新能源汽車的年銷量從2016年的50.7萬(wàn)輛提高到2020年的136.7萬(wàn)輛，年均增長(zhǎng)率達(dá)到了28%。不論是造車新勢(shì)力還是傳統(tǒng)車企都在加大新能源汽車的投入。從外觀設(shè)計(jì)上看，前些年的燃油車的機(jī)罩前部和進(jìn)氣格柵基本沒(méi)有匹配要求(圖1)，近些年來(lái)的車型上，前格柵上部會(huì)保留部分和機(jī)罩前端配合。新能源汽車沒(méi)有了發(fā)動(dòng)機(jī)總成，發(fā)動(dòng)機(jī)艙前部的進(jìn)氣格柵的功能也就無(wú)用武之地，新能源汽車的機(jī)罩更多是和一體化的前保匹配(圖2)，配合面尺寸更長(zhǎng)，因此新能源汽車機(jī)罩前部的精度要求要比傳統(tǒng)燃油車要高很多。

隨著這種機(jī)罩和一體化前格柵的設(shè)計(jì)理念的普及，機(jī)罩前端的精度控制就得到了越來(lái)越多主機(jī)廠的關(guān)注。機(jī)罩內(nèi)板、外板在經(jīng)過(guò)沖壓模具成形后，在焊裝進(jìn)行包邊壓合，經(jīng)過(guò)涂裝的烘烤噴漆，前端包邊面邊緣的面差會(huì)發(fā)生較大的變化(圖3)，如果全工序工藝控制不好的話，從沖壓到總裝的這種變化可能有1～2mm的量。但是隨著機(jī)罩和一體化前格柵的匹配，如果機(jī)罩前端面差發(fā)生較大的變化量，和前格柵的匹配也會(huì)超公差，目視起來(lái)這種缺陷會(huì)更加明顯。

原因分析

理想狀態(tài)的機(jī)罩內(nèi)板和外板包邊時(shí)，內(nèi)板和外板之間留有一定的間隙，機(jī)罩外板卷邊面和內(nèi)板貼合緊密(圖4)。涂裝烤房?jī)?nèi)溫度一般在160～190℃，保溫20～40min。機(jī)罩的包邊部位在這個(gè)溫度中會(huì)發(fā)生熱變形。根據(jù)分析總結(jié)多個(gè)車型項(xiàng)目的經(jīng)驗(yàn)，得出機(jī)罩烘烤后發(fā)生熱變形的主要原因如下。

⑴機(jī)罩外板和機(jī)罩內(nèi)板包邊后，外板卷邊面與內(nèi)板不貼合。烘烤后外板發(fā)生變形有張開(kāi)的趨勢(shì)，導(dǎo)致機(jī)罩總成的面差發(fā)生變化。而產(chǎn)生這種不貼合的因素主要是2類：①機(jī)罩外板前端形狀的R被壓扁(圖5)，這里R的尺寸至少應(yīng)該是2層外板的料厚和1層內(nèi)板料厚以上。如果包邊后R的形狀被壓扁，外板的卷邊面與內(nèi)板就不會(huì)貼合，烘烤后外板卷邊面有張開(kāi)趨勢(shì)。②機(jī)罩內(nèi)板和外板在包邊時(shí)發(fā)生竄動(dòng)，導(dǎo)致局部?jī)?nèi)板和外板間隙偏小(圖6)，包邊時(shí)內(nèi)板將外板頂開(kāi)，烘烤后外板的變形趨勢(shì)在擴(kuò)大，導(dǎo)致機(jī)罩總成面差精度變化。

⑵機(jī)罩內(nèi)板模具成形不充分機(jī)罩內(nèi)板拉延模具和整形模具成形不充分，機(jī)罩內(nèi)板材料未得到充分的延展，導(dǎo)致機(jī)罩內(nèi)板前端剛性不足，因此在涂裝烘烤時(shí)，機(jī)罩內(nèi)板發(fā)生熱變形回彈，機(jī)罩總成前端面差發(fā)生較大變化。

另外，機(jī)罩總成熱變形的原因還包括包邊面上的密封膠材質(zhì)和工藝，涂裝時(shí)機(jī)罩工裝治具的支撐點(diǎn)位和支撐方式。福建汽車集團(tuán)云度新能源汽車公司的劉武生和廣汽埃安新能源汽車的孟令輝等人對(duì)此有深入研究，筆者就不過(guò)多贅述。本文主要介紹在模具方面的研究和對(duì)策。

改善對(duì)策

⑴包邊模具改善，防止機(jī)罩外板R 被壓變形。主要對(duì)策是在包邊模具的主包刀的壓合面進(jìn)行改造，對(duì)可能會(huì)接觸到外板R 角的部分進(jìn)行機(jī)加避空(圖7)。于是外板的翻邊面在包邊過(guò)程中會(huì)在前端形成一個(gè)隆起，形成水滴狀，這樣就避免了外板R 角被包邊刀塊壓扁(圖8)。

(2)機(jī)罩內(nèi)板上設(shè)置凸起，防止零件竄動(dòng)。在機(jī)罩內(nèi)板的包邊面區(qū)域，均勻的布置多個(gè)凸起(圖9)，機(jī)罩外板對(duì)應(yīng)處的材料長(zhǎng)度適當(dāng)增加，便于機(jī)罩外板包邊時(shí)能覆蓋住凸起。然后再在包邊模具的主包刀對(duì)應(yīng)位置挖孔進(jìn)行避空(圖10)，便于機(jī)罩外板包邊壓合時(shí)在內(nèi)板凸起處發(fā)生塑性變形(圖11)，防止機(jī)罩內(nèi)板和外板可能的多個(gè)方向的竄動(dòng)。

(3)提升機(jī)罩內(nèi)板前端剛性。沖壓車間為了提高生產(chǎn)效率，通常會(huì)將機(jī)罩內(nèi)板模具和機(jī)罩外板模具并列放置在一起進(jìn)行生產(chǎn)(圖12)，但是并列模具時(shí)由于壓機(jī)成形壓力較大，會(huì)使壓機(jī)的上滑塊發(fā)生輕微擾度彎曲變形(圖13)，導(dǎo)致壓機(jī)中部的模具型面成形不到底。例如我司的某條沖壓線機(jī)床臺(tái)面的尺寸為4500mm×2200mm，某機(jī)罩外板模具最大尺寸(第3 序模具有翻邊內(nèi)容，模具尺寸最大)2460mm×2190mm，對(duì)應(yīng)的機(jī)罩內(nèi)板最大尺寸為2190mm×1980mm。如果希望機(jī)罩內(nèi)板和外板并列生產(chǎn)，就只能讓機(jī)罩外板橫向布置，機(jī)罩內(nèi)板縱向布置。但是機(jī)罩內(nèi)板前格柵部分放置于壓機(jī)中部，便會(huì)發(fā)生機(jī)罩前格柵部位成形不充分的情況，導(dǎo)致機(jī)罩內(nèi)板剛性不足。因此在模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)階段，就需要將機(jī)罩內(nèi)板的前格柵部分布置于壓機(jī)邊緣(圖14)，調(diào)試階段重點(diǎn)提升機(jī)罩內(nèi)板前格柵部位的模具壓合率，拉延序盡量使機(jī)罩內(nèi)板材料拉深率提高，零件只要不發(fā)生開(kāi)裂或者頸縮就可以。這樣成形出來(lái)的機(jī)罩內(nèi)板的剛性就是在同等材料材質(zhì)下的最高剛性，后續(xù)在涂裝烘烤噴漆時(shí)發(fā)生的熱變形就會(huì)相應(yīng)減少。

結(jié)束語(yǔ)

在國(guó)家新能源政策的引領(lǐng)下，越來(lái)越多的車企即將或者已經(jīng)推出自己的電動(dòng)車型。電動(dòng)車型一體化的前格柵設(shè)計(jì)理念也將逐步普遍化，這樣相對(duì)于傳統(tǒng)燃油車型來(lái)說(shuō)，機(jī)罩總成的精度也越來(lái)越受到關(guān)注。如何消除機(jī)罩的熱變形也被越來(lái)越多的同行研究，這也是一個(gè)跨部門跨學(xué)科的綜合性問(wèn)題。

本文也只是從模具角度進(jìn)行了相關(guān)的研究及經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，歸納了以下三點(diǎn)：

⑴通過(guò)對(duì)包邊模具主包刀的避空打磨，防止外板R 角被壓變形；

⑵通過(guò)對(duì)機(jī)罩內(nèi)板模具包邊面設(shè)置凸起，包邊后防止機(jī)罩內(nèi)板和機(jī)罩外板竄動(dòng)時(shí)導(dǎo)致內(nèi)板將外板頂開(kāi)的情況；

⑶通過(guò)在模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)階段并列模具的合理布局，使得機(jī)罩內(nèi)板模具的重要前格柵部位位于壓機(jī)邊緣，提升機(jī)罩內(nèi)板零件的成形性，削減涂裝的熱變形。