CN114871336A - 发动机罩外板的回弹控制方法、翻边模具及车辆 - Google Patents

Abstract

本发明涉及车身成型技术领域，具体涉及一种铝发动机罩外板的回弹控制方法、翻边模具及车辆，方法包括：利用翻边凸模和上压料板将所述发动机罩外板上除翻边区域以外的区域压紧，并分别利用翻边凹模和全周压料板将所述发动机罩外板上的翻边区域压紧，使所述发动机罩外板翻边区域在被夹持的状态下完成翻边过程、避免圆弧区域自由翻边释放的横向剪切应力造成巨大的回弹；本发明通过调整曲率半径，和设置辅助棱线，并加高主棱线高度和范围的方案；使回弹量减小到制造端风险可控范围内、并能消除主棱线附近波浪问题。本发明能够解决铝发动机罩在工业化阶段产生的巨大回弹问题，有助于提高了发动机罩的装配精度，减小装配缝隙，提高整车外观质量。

Description

发动机罩外板的回弹控制方法、翻边模具及车辆

技术领域

本发明涉及车身成型技术领域，具体涉及一种发动机罩外板的回弹控制方法、翻边模具及车辆。

背景技术

发动机罩外板是乘用车前部主要零件之一；因其强相关造型和行人保护等属性值，同时也作为重要的中长周期覆盖件(尤其是铝合金的发动机罩外板，是制造端的长周期零件)，是整车开发前期CAS评审和同步工程工作的重点关注零件。

但CAS阶段的冲压SE分析：发动机罩外板存在巨大的回弹，如图2所示；后部回弹最大值27mm、两端回弹最大值-28mm，高度差达到55mm，这与铝板的材料特性相关。

发动机罩外板的回弹问题是常见的冲压质量问题，一般采用回弹补偿的方案去解决。由于铝板材的弹性模量是钢板材的1/3，如果通过回弹补偿去解决上述回弹问题，因为局部补偿量大、同时两端与中间的补偿方向相反，造成加工模面曲率与产品较大的变化，因发动机罩外板的曲率是影响回弹量的主要因素，每次补偿后的零件都会产生新的不同的回弹结果，这也是铝发动机罩外板回弹问题整改的难点所在。实际调试过程中、发生上述回弹量随机变化的问题，多次回弹补偿调试零件仍然无法达到验收标准。发动机罩外板压合到内板形成总成后，发动机罩外板的尺寸超差问题有改善、能装车，但是内外板间隙不均匀、影响内外板减震胶涂胶、造成溢胶等质量问题。

发明内容

鉴于以上现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种发动机罩外板的回弹控制方法、翻边模具及车辆，以改善发动机罩外板翻边后产生巨大回弹的问题。

为实现上述目的及其它相关目的，本发明提供一种发动机罩外板的回弹控制方法，包括：

发动机罩外板翻边成型过程中，分别利用翻边凸模和上压料板将所述发动机罩外板上除翻边区域以外的区域压紧，并分别利用翻边凹模和全周压料板将所述发动机罩外板上的翻边区域压紧，使所述翻边区域材料在翻边凹模和全周压料板夹持下、沿翻边凹模和全周压料板之间的缝隙逐渐流入到翻边凸模与翻边凹模之间而形成翻边。

在本发明的一可选实施例中，还包括采用三维建模软件对发动机罩外板进行曲率分析，并调整曲率半径，使所述发动机罩外板上任意区域的曲率半径均小于第一临界值，或者使所述发动机罩外板上曲率半径大于第一临界值的区域的直径小于预设值。

在本发明的一可选实施例中，所述第一临界值为9000mm；所述预设值为150mm。

在本发明的一可选实施例中，所述发动机罩外板上曲率半径大于第一临界值的区域的曲率半径小于第二临界值。

在本发明的一可选实施例中，所述第二临界值为10000mm。

在本发明的一可选实施例中，还包括在所述发动机罩外板上设置主棱线和辅助棱线，所述主棱线为两条且关于所述发动机罩外板的纵向中轴线对称设置，所述辅助棱线位于两条所述主棱线之间。

在本发明的一可选实施例中，两条所述主棱线之间的距离L1＜900mm；所述辅助棱线设有一条，且所述辅助棱线位于所述发动机罩外板的纵向中轴线上。

在本发明的一可选实施例中，两条所述主棱线之间的距离L1＜900mm；所述辅助棱线设有两条，两条所述辅助棱线关于所述发动机罩外板的纵向中轴线对称设置，两条所述辅助棱线之间的距离L2＜600mm。

为实现上述目的及其它相关目的，本发明还提供一种翻边模具，包括上模和下模；

所述上模包括：

翻边凹模，所述翻边凹模为环形，所述翻边凹模的轮廓形状与发动机罩外板边缘的翻边区域的轮廓形状相同；

上压料板，所述上压料板位于所述翻边凹模围成的区域内，所述上压料板与所述发动机罩外板的轮廓形状相同，所述上压料板相对于所述凹模上下活动设置；

所述下模包括：

翻边凸模，所述翻边凸模与所述发动机罩外板的轮廓形状相同；

全周压料板，所述全周压料板围绕所述翻边凸模的边缘设置，所述全周压料板相对于所述翻边凸模上下活动设置；

驱动机构，用于驱动所述上模和所述下模做相对开合动作。

在本发明的一可选实施例中，所述翻边凸模与下模座固接，所述全周压料板与下模座活动连接，所述上模与所述下模合模状态下，所述全周压料板的底面与所述下模座的顶面之间设有1-2mm的间隙。

为实现上述目的及其它相关目的，本发明还提供一种车辆，包括：

车体；

发动机罩，安装在所述车体的发动机舱上方，所述发动机罩包括外板和内板；

所述发动机罩外板上任意区域的曲率半径均小于第一临界值，或者所述外板上曲率半径大于第一临界值的区域的直径小于预设值；

所述外板上设置主棱线和辅助棱线，所述主棱线为两条且关于所述发动机罩外板的纵向中轴线对称设置，所述辅助棱线位于两条所述主棱线之间；

所述外板边缘设置翻边，所述翻边采用如下方法成型：分别利用翻边凸模和上压料板将所述发动机罩外板上除翻边区域以外的区域压紧，并分别利用翻边凹模和全周压料板将所述发动机罩外板上的翻边区域压紧，使所述翻边区域材料在翻边凹模和全周压料板夹持下、沿翻边凹模和全周压料板之间的缝隙逐渐流入到翻边凸模与翻边凹模之间而形成翻边。

综上所述，本发明翻边模具结构设计为全周压料翻边结构，使发动机罩前后侧的缺料和多料翻边区域在全周压料板作用下翻边、避免自由翻边横向剪切应力释放造成的巨大的回弹，有助于提高了发动机罩的装配精度，减小装配缝隙，提高整车外观质量；另外本发明在保证造型家族特征的前提下，通过减小铝发动机罩外板前风窗位置曲率半径、增加棱线、加高主棱线高度和范围的方案，使回弹量减小到制造端风险可控范围内、并能消除主棱线附近波浪问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是一种发动机罩外板的结构示意图；

图2是图1所示发动机罩外板的回弹仿真示意图，图中深色区域表示回弹严重的区域，回弹数值的正负表示回弹方向；

图3是一种发动机罩外板进行结构优化前的曲率半径分布示意图，图中深色区域表示曲率半径大于9000mm的区域；

图4是本发明的实施例所提供的进行机构优化后的发动机罩外板的曲率半径分布示意图，图中深色区域表示曲率半径大于9000mm的区域；

图5是本发明的其中一实施例所提供的带有辅助棱线的发动机罩外板的结构示意图；

图6是本发明的另一实施例所提供的带有辅助棱线的发动机罩外板的结构示意图；

图7是本发明的实施例所提供的翻边模具的结构示意图，图中仅示出了与发动机罩外板相接处的模具的面；

图8是本发明的实施例所提供的发动机罩外板翻边过程的定位结构示意图；

图9是本发明的实施例所提供的翻边模具合模前的原理图；

图10是本发明的实施例所提供的翻边模具合模过程中边角局部区域的原理图；

图11是本发明的实施例所提供的翻边模具合模后边角局部区域的原理图；

图12是本发明的实施例所提供的主棱线加高区域分布示意图；

图13是图12的A-A剖视图。

元件标号说明：

10、发动机罩外板；101、前端圆弧区；102、后端圆弧区；103、前侧圆弧区；104、尖点；105、灯口；11、翻边区域；12、主棱线；13、辅助棱线；20、上模；21、上压料板；22、翻边凹模；30、下模；31、翻边凸模；32、全周压料板；40、定位块。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其它优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。还应当理解，本发明实施例中使用的术语是为了描述特定的具体实施方案，而不是为了限制本发明的保护范围。下列实施例中未注明具体条件的试验方法，通常按照常规条件，或者按照各制造商所建议的条件。

请参阅图1至图12。须知，本说明书附图所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容所能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。

在本发明的表述中，所述“纵向”、“横向”、“垂向”等指示方向的表述，其含义与本领域中对车辆各方向的一般定义一致，所述“纵向”是指车辆的长度方向即X向，所述“横向”是指车辆的宽度方向即Y向，所述“垂向”是指车辆的高度方向即Z向。

当实施例给出数值范围时，应理解，除非本发明另有说明，每个数值范围的两个端点以及两个端点之间任何一个数值均可选用。除非另外定义，本发明中使用的所有技术和科学术语与本技术领域的技术人员对现有技术的掌握及本发明的记载，还可以使用与本发明实施例中所述的方法、设备、材料相似或等同的现有技术的任何方法、设备和材料来实现本发明。

请参阅图4-12所示，本发明提供一种发动机罩外板10的回弹控制方法，需要说明的是，本实施例采用的发动机罩外板10的轮廓如图1所示，其边缘轮廓包括位于前侧的前端圆弧区 101；位于后侧的后端圆弧区102；位于两侧的前侧圆弧区103；位于前侧圆弧区103与后端圆弧区102之间的尖点104；以及位于前端圆弧区101与前侧圆弧区103之间的灯口105。为解决翻边后的回弹问题，本发明主要从以下两方面进行改进：

工艺设计上：铝发动机罩外板10的翻边模具结构设计为全周压料翻边结构；使发动机罩前后侧的缺料和多料翻边区域11在全周压料板32作用下翻边、避免自由翻边横向剪切应力释放造成了发动机罩外板10翻边工序件产生巨大的回弹量，使回弹量由55mm减小到10mm。

产品设计上：在保证造型家族特征的前提下，通过减小铝发动机罩外板10前风窗位置曲率半径、加高主棱线12高度和范围的方案，使回弹量由10mm减小到制造端风险可控范围内、并能消除主棱线12附近波浪问题。

具体的：

请参阅图3、4所示，本发明采用三维建模软件对发动机罩外板10进行曲率分析，并调整曲率半径，使所述发动机罩外板上任意区域的曲率半径均小于第一临界值，或者使所述发动机罩外板10上曲率半径大于第一临界值的区域的直径小于预设值。

可以理解的是，发动机罩外板10一般设计的大而平坦，尤其是后部的前风窗附近位置型面、曲率半径很大，如图3所示，后部和两侧的曲率半径Rx、Ry一般为10000mm-30000mm。但从拉延件成形角度，曲率半径小，材料应变值越大、塑性变形越充分、零件刚性越好，拉延和翻边后的回弹值就越小。发动机罩外板10的曲率半径是影响回弹产生的主要因素，在保证造型特征的前提下，发动机罩外板10尽量设计较小的曲率半径、尤其是后部的前风窗位置；如图4所示，本发明定义的发动机罩外板10零件理想的曲率标准如下：

(1)大部分区域(即图4中的浅色区域)的曲率半径Rx、Ry<9000mm；

(2)不满足条件(1)的区域(即图4中的深色区域)的直径小于150mm；同时这些区域的曲率半径Rx、Ry<10000mm最佳。

需要说明的是，上述不满足条件(1)的区域的轮廓并不一定是标准的圆形，本发明所述该区域的直径应当理解为大致涵盖该区域的一个虚拟圆形区域的直径，例如可以是该区域在竖直投影方向上的一个最小外接圆直径。

请参阅图5、6所示，本发明在所述发动机罩外板10上设置主棱线12和辅助棱线13，所述主棱线12为两条且关于所述发动机罩外板10的纵向中轴线对称设置，所述辅助棱线13位于两条所述主棱线12之间。

可以理解的是，作为重要的造型特征，发动机罩外板10两侧都会设计明显的棱线，一般称之为主棱线12；本发明增加的棱线设计在两条主棱线12的中间位置，因其在造型和视觉效果上都要弱于主棱线12、因此称之为辅助棱线13。辅助棱线13将发动机罩外板10后部大曲率型面分割开；同时，因棱线曲率半径很小、成形后棱线区域有很好的刚性，对附近型面有很好的支撑作用，因而改善了上述区域的型面回弹问题。本发明定义的辅助棱线13方案如下：

(1)双辅助棱线13方案；关于X轴对称的两条辅助棱线13，如图6所示；主棱线12 距离L1建议<900mm、辅助棱线13距离L2建议<600mm。

(2)单辅助棱线13方案；与X轴重合的辅助棱线13，如图5所示,主棱线12距离L1 建议<900mm。

请参阅图11、12所示，棱线设计的高度和宽度也是影响附近型面的一个因素。型面曲率半径的优化解决了主要的回弹问题、但是主棱线12两侧型面和中间X轴型面形成了型面波浪：棱线和X轴位置是高点、棱线两侧是的凹坑，如果产品的定位基准点设置不当、很容易造成约束回弹波浪加剧。这种小范围内的波浪问题、回弹补偿时会造成新的波浪、影响整个机盖外板的面品。本发明主棱线12两侧的波浪问题通过增加棱线的高度和范围解决，如图 11、12所示：

1)加高区在棱线后部的波浪位置，前部棱线高度光顺过渡。

2)棱线整体向上偏移，保持原有棱线的夹角和棱线圆角不变，避免滑移线的产生。

3)棱线的高度在原有基础上加高1.5-2.5mm，以不产生明显滑移线为临界值。

4)棱线宽度也相应加大，使棱线影响范围更大、提高零件整体刚性。

采用本发明的方法优化后，铝发动机罩外板10在造型阶段的回弹值可以减少到(-3,3)，既保证主棱线12、曲率等造型的家族特征，又规避铝合金发动机罩外板10在制造端的重大质量风险。

请参阅图7-11所示，所述发动机罩外板10翻边成型过程中，分别利用翻边凸模31和上压料板21将所述发动机罩外板10上除翻边区域11以外的区域压紧，并分别利用翻边凹模 22和全周压料板32将所述发动机罩外板10上的翻边区域11压紧，在翻边凹模22和全周压料板32的夹持下，使所述翻边区域11材料从翻边凹模22和全周压料板32之间的缝隙逐渐流入到翻边凸模31与翻边凹模22之间而形成翻边。

如图7-11所示，发动机罩外板10产品前端保险杠和后端前风窗位置均设计为范围较大的圆弧区域、两侧有较短的直线区域。铝发动机罩外板10压合前的翻边高度虽然只有10mm、但前后侧的缺料和多料翻边后的横向剪切应力释放造成了发动机罩外板10翻边工序件产生巨大的回弹量。为了控制回弹，需要控制翻边过程中的材料流动、避免材料自由状态下翻边，本发明的方案是翻边下模30全周增加压料板，压料力20T、行程20mm。全周压料板32能够使材料在被夹持的状态下完成翻边，控制材料的径向拉伸和横向剪切变形。翻边后的回弹量由原来的(-28,27)减小到(-5,7.5)，改善效果很大。

进一步的，如图10、11所示，所述翻边凸模31与下模座(图未示出)固接，所述全周压料板32与下模座活动连接，所述上模与所述下模合模状态下，所述全周压料板32的底面与所述下模座的顶面之间设有1-2mm的间隙，全周压料板32的主要作用是在翻边弯折过程中控制翻边区域11的材料流动，随着翻边凹模22的下行，使翻边区域材料11在全周压料板32的夹持下、逐渐流入翻边凹模22和翻边凸模32之间、合模状态板料11与全周压料板32 完全分离，间隙的存在能够保证全周压料板32与材料11分离后、与下模30存在一定安全间隙。

请参阅7-11所示，基于上述翻边过程，本发明提供的一种翻边模具，包括上模20和下模30；所述上模20包括：翻边凹模22，所述翻边凹模22为环形，所述翻边凹模22的轮廓形状与发动机罩外板10边缘的翻边区域11的轮廓形状相同；上压料板21，所述上压料板21 位于所述翻边凹模22围成的区域内，所述上压料板21与所述发动机罩外板10的轮廓形状相同，所述上压料板21相对于所述凹模上下活动设置；所述下模30包括：翻边凸模31，所述翻边凸模31与所述发动机罩外板10的轮廓形状相同；全周压料板32，所述全周压料板32 围绕所述翻边凸模31的边缘设置，所述全周压料板32相对于所述翻边凸模31上下活动设置。

结合图7-11对翻边模具的具体工作过程进行详细说明：首先将发动机罩外板10放置在下模30上，并用定位块40固定；上模20在驱动机构(如压机)驱动下整体下行，直至上压料板21与翻边凸模31合拢，需要说明的是，上压料板21与上模20座之间以及全周压料板 32与下模30座之间应当设置弹性部件(如氮气弹簧等)，保证翻边凸模31与上压料板21合拢时、翻边凹模22还能够继续下行，此时翻边凹模22和翻边凸模31对发动机罩外板10的翻边区域11材料施加纵向的拉力、翻边区域11开始向下弯折，弯折区域的弧形区域101、 102和105产生了横向剪切力，与此同时翻边区域11被夹持在翻边凹模22与全周压料板32 之间，两者能够控制翻边区域11的材料逐渐流进翻边凹模22和翻边凸模31之间、消除横向剪切力的影响，合模阶段板料11与全周压料板32完全分离，采用这种方式成型的翻边能够大幅度减小回弹；最后上模20在压机驱动上行，下模30与上模20分离，将发动机罩外板 10从翻边凸模31上取下，翻边工序结束。

基于上述发动机罩外板10，本发明还提供一种车辆，包括车体和发动机罩；所述发动机罩安装在所述车体的发动机舱上方，所述发动机罩包括外板和内板；所述外板上曲率半径大于第一临界值的区域的直径小于预设值；所述外板上设置主棱线12和辅助棱线13，所述主棱线12为两条且关于所述发动机罩外板10的纵向中轴线对称设置，所述辅助棱线13位于两条所述主棱线12之间；所述外板边缘设置翻边，所述翻边采用如下方法成型：分别利用翻边凸模31和上压料板21将所述发动机罩外板10上除翻边区域11以外的区域压紧，并分别利用翻边凹模22和全周压料板32将所述发动机罩外板10上的翻边区域11压紧，使所述翻边区域11材料在翻边凹模22和全周压料板32夹持下，沿翻边凹模22和全周压料板32之间的缝隙逐渐流入到翻边凸模31与翻边凹模32之间而形成翻边。可以理解的是，车辆的发动机罩外板10经过防回弹设计，能够有效减小车身装配间隙，提高车辆整体外观质量。

综上所述，本发明翻边模具结构设计为全周压料翻边结构，使发动机罩前后侧的缺料和多料翻边区域11在全周压料板32作用下翻边、避免自由翻边横向剪切应力释放造成的巨大的回弹，有助于提高了发动机罩的装配精度，减小装配缝隙，提高整车外观质量；另外本发明在保证造型家族特征的前提下，通过减小铝发动机罩外板10前风窗位置曲率半径、增加棱线和加高主棱线12高度和范围的方案，使回弹量减小到制造端风险可控范围内、并能消除主棱线12附近波浪问题。所以，本发明有效克服了现有技术中的一些实际问题从而有很高的利用价值和使用意义。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.一种发动机罩外板的回弹控制方法，其特征在于，包括：

发动机罩外板翻边成型过程中，分别利用翻边凸模和上压料板将所述发动机罩外板上除翻边区域以外的区域压紧，并分别利用翻边凹模和全周压料板将所述发动机罩外板上的翻边区域压紧，使所述翻边区域材料在翻边凹模和全周压料板夹持下，沿翻边凹模和全周压料板之间的缝隙逐渐流入到翻边凸模与翻边凹模之间而形成翻边。

2.根据权利要求1所述的发动机罩外板的回弹控制方法，其特征在于，还包括采用三维建模软件对发动机罩外板进行曲率分析，并调整曲率半径，使所述发动机罩外板上任意区域的曲率半径均小于第一临界值，或者使所述发动机罩外板上曲率半径大于第一临界值的区域的直径小于预设值。

3.根据权利要求2所述的发动机罩外板的回弹控制方法，其特征在于，所述第一临界值为9000mm；所述预设值为150mm。

4.根据权利要求3所述的发动机罩外板的回弹控制方法，其特征在于，所述发动机罩外板上曲率半径大于第一临界值的区域的曲率半径小于第二临界值。

5.根据权利要求4所述的发动机罩外板的回弹控制方法，其特征在于，所述第二临界值为10000mm。

6.根据权利要求1或2所述的发动机罩外板的回弹控制方法，其特征在于，还包括在所述发动机罩外板上设置主棱线和辅助棱线，所述主棱线为两条且关于所述发动机罩外板的纵向中轴线对称设置，所述辅助棱线位于两条所述主棱线之间。

7.根据权利要求6所述的发动机罩外板的回弹控制方法，其特征在于，两条所述主棱线之间的距离L1＜900mm；所述辅助棱线设有一条，且所述辅助棱线位于所述发动机罩外板的纵向中轴线上；或者所述辅助棱线设有两条，两条所述辅助棱线关于所述发动机罩外板的纵向中轴线对称设置，两条所述辅助棱线之间的距离L2＜600mm。

8.一种翻边模具，其特征在于，包括上模和下模；

所述上模包括：

翻边凹模，所述翻边凹模为环形，所述翻边凹模的轮廓形状与发动机罩外板边缘的翻边区域的轮廓形状相同；

上压料板，所述上压料板位于所述翻边凹模围成的区域内，所述上压料板与所述发动机罩外板的轮廓形状相同，所述上压料板相对于所述凹模上下活动设置；

所述下模包括：

翻边凸模，所述翻边凸模与所述发动机罩外板的轮廓形状相同；

全周压料板，所述全周压料板围绕所述翻边凸模的边缘设置，所述全周压料板相对于所述翻边凸模上下活动设置；

驱动机构，用于驱动所述上模和所述下模做相对开合动作。

9.根据权利要求8所述的翻边模具，其特征在于，所述翻边凸模与下模座固接，所述全周压料板与下模座活动连接，所述上模与所述下模合模状态下，所述全周压料板的底面与所述下模座的顶面之间设有1-2mm的间隙。

10.一种车辆，其特征在于，包括：由权利要求1-7任一所述发动机罩外板的回弹控制方法制得的发动机罩外板。

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