汽车引擎盖外板刚性不足的原因及预防措施点
引擎盖外板作为汽车白车身外覆盖件的组件之一，任何表面质量缺陷都会暴露给消费者，影响用户体验，因此引擎盖外板的设计与制造过程非常重要。在引擎盖外板的设计制造过程中，由于造型设计时工艺考虑不足或者工艺设计及模具调试不到位会造成引擎盖外板的质量缺陷，如起皱、冲击线、刚性不足等。而刚性不足会造成引擎盖外板的凹陷、异响等问题，因此必须采取相应措施避免刚性不足的发生。
刚性不足的原因
排除材料自身力学性能的影响外，引擎盖外板发生刚性不足其根本原因是板料在成形过程中塑性变形不充分。根据实际生产经验，利用Autoform软件分析引擎盖外板的减薄率、主应变及材料的流入量等参数，发现当减薄率及主应变越大，材料流入量越小时，材料的塑性变形越充分，越不容易发生刚性不足问题。
图1 引擎盖外板减薄率
图2 引擎盖外板主应变
图1、图2所示为某车型的引擎盖外板CAE分析后的减薄率与主应变结果。根据经验，主应变>3%，减薄率≥3%时板料刚性良好，而图2椭圆内的材料以双向拉应力作用的拉深变形为主，主应变略小于3%，是发生刚性不足的风险位置。根据实际零件的检测结果，该处由于拉深不够充分，发生了刚性不足问题。
预防措施
解决引擎盖外板的刚性不足问题，主要就是减少材料四周的流入量，使中间局部材料充分减薄而胀拉成形，使材料塑性变形充分，增加零件的刚性。根据这个思路可以从零件造型设计、冲压工艺设计、模具制造等方面提出解决措施。
零件造型及设计阶段
图3所示为引擎盖外板的表面有较大曲率时材料的流动情况，由图3可知，曲率较大时中间部分的材料流动困难，很难使其伸长变形，易发生刚性不足的问题，一般要求引擎盖外板表面曲率≤100000mm，如图4所示。部分车型由于造型需求，曲率较大，可以考虑更换材料，用烘烤硬化钢代替普通钢板或者增加材料厚度等措施改善零件刚性不足问题。
图3 引擎盖曲率较大的情况
图4 引擎盖曲率较小的情况
冲压工艺设计阶段
01
冲压方向
冲压工艺设计时首先考虑引擎盖的冲压方向，使前后端的拉深深度差异最小，材料能够均匀拉深，还能有效减小冲击线对外观质量的影响，如图5所示。
图5 引擎盖的冲压方向
02
冲压工艺补充
工艺补充的设计直接影响零件的材料利用率及零件的成形质量，如果拉深补充深度太深则会影响零件成形性及降低材料的利用率，拉深补充深度浅又会使零件拉深不充分，影响零件的刚性，因此应选择合理的拉深补充材料。为了使引擎盖外板拉深充分的同时有良好的成形性，零件两侧的拉深深度一般设置为30~35mm，并设置30°左右的拔模角度，适当增大凸、凹模圆角，如图6所示。某些车型基于造型设计理念，引擎盖外板整体有内凹的趋势，这样的零件造型不利于中间材料充分拉深变形，因此需要在工艺补充上设置如图7所示的工艺余料，使板料在成形过程中工艺余料部分先接触上模，后期成形过程对中间板料有一个拽料作用，防止板料发生叠料，使其充分成形。
图6 引擎盖外板拉深补充设置
图7 引擎盖外板拉深补充余料设置
03
进料阻力
为了保证引擎盖A面材料的充分拉深，需要通过进料阻力控制四周多余材料的流入。进料阻力太小，则材料流入容易，造成材料堆积；进料阻力太大，则径向拉应力大，会造成颈壁部分拉裂，因此需要设置合理的进料阻力。一般通过调节压边力和拉深筋来控制进料阻力，如果零件刚性不足、材料流入量大，则在零件周圈合理布置方筋，增大压边力控制方筋外侧的材料流入量，成形较充分，提高材料利用率，如图8所示。图9所示为某车型布置方筋后引擎盖外板的减薄率及材料流入量。
图8 引擎盖拉深筋设置
图9 某车型引擎盖外板材料流入量及减薄率
04
模具零件补偿
引擎盖外板中间大平面处刚性不足时，在重力作用下会产生凹陷。通过Autoform分析可以预测引擎盖外板是否存在刚性不足的风险，如果存在，可以在工艺阶段对模具零件设置补偿，如图10所示，模具零件中间部分做凸起的补偿，能解决引擎盖外板刚性不足引起的凹陷。
图10 引擎盖外板模具零件补偿方案
零件开发阶段
某些车型的引擎盖外板由于前期造型及零件设计或者冲压工艺设计的不合理，会造成最终零件的刚性不足，很难通过后期模具调试方式解决。为保证零件开发进度，可以采取在刚性不足位置粘贴补强材料的方式。粘贴补强材料的方式可以明显提高引擎盖刚性，但是粘贴补强材料、减震胶及板材在不同温度条件下变形量不同，会造成引擎盖外板拉坑现象，还需要合理布置粘贴胶点。此外，粘贴补强材料应力集中部位也会造成引擎盖外板过涂装烘烤后产生凹坑现象，需要采取补强材料剪圆角、开洞、剪波浪等方法处理。图11所示为某车型利用补强材料方式成功解决引擎盖外板刚性不足的案例。
图11 某车型引擎盖外板粘贴补强材料案例
▍原文作者:许乔阳、王良芬、韩超、陈嵩山
▍作者单位：风度（常州）汽车研发院有限公司