北汽：后轮罩外板成形及回弹解决方案

后轮罩外板的同步工程分析与工艺设计优化


引言

后轮罩外板作为白色车身的关键构件之一，与其他侧围轮眉、轮罩内板及D柱等部件进行搭接，其尺寸精度控制要求较高。随着大尺寸轮胎的应用增加，后轮罩的成形深度愈发显著，这一变化不仅提高了后轮罩外板的成形难度，且在回弹控制上带来了更大的挑战。本文通过引入先进的CAE（计算机辅助工程）分析技术，探讨了后轮罩外板在新车型开发中的同步工程分析与优化方法，旨在提升产品的制造可行度和质量控制能力。

后轮罩外板同步工程分析

在新车型开发的初期阶段，车身产品设计工程师通常侧重于满足车辆性能及多部件配接需求，往往忽视了制造可行性因素。这一缺口可能导致设计过程中出现的制造难题，甚至无法实现制造。因此，同步工程分析在新车型的开发中至关重要。文中通过分析某新车型的后轮罩外板设计，揭示了其制造过程中存在的风险点。

主要风险点包括：

立壁加强筋与台阶问题：Ⅰ、Ⅱ处存在强筋至顶部圆角的多段台阶，产生应力集中，易导致开裂；




立壁拔模角与拉深深度：Ⅲ处落差（32mm）大加之拔模角小，限制了材料流动，提高了成形难度；

立壁结构导致的应力集中：Ⅳ处两立壁间夹角形成锐角，易局部开裂，同时角部可能发生皱折。

通过CAE分析识别出以下问题：


顶部所有台阶式圆角均发生开裂现象，其中Ⅳ处开裂最为严重；


角部区域也出现明显的皱折问题。


精准修改建议与设计优化


针对上述分析结果，提出了一系列优化建议：

立壁设计优化：Ⅰ、Ⅱ处强筋提前消失，以确保顶部圆角的光顺性；非搭接区域增加斜面，使顶部接触由点接触转变为线接触，降低应力集中。

加强面设计：对于Ⅲ处，增加后部斜面削平尖点，采用前部整形工艺减小开裂可能性。

立壁及法兰结构优化：在Ⅳ处增加不搭接区域的斜面，削弱开裂尖点，并在底部加入吸皱三角筋。确保△筋结构不影响底部法兰的圆角边界。

此优化方案后，实施效果验证如下：

减薄情况：修改后制造件有2处尖点位置的减薄超过了20%，最大减薄率达到21.1%，这一值未超过材料DC06允许的最大减薄率23%，确保了成形要求的满足。

角部起皱消失：经过CAE分析结果的改进，角部区域的成形得到了显著改善，曲面失效高度（surface defect height），起皱现象消失。实际产品的角部区域也完全未出现起皱，确保了产品性能和外观质量。

后轮罩外板工艺设计


冲压方向设置

冲压过程的方向选择至关重要。文中采用基于底部法兰法向线的拉深路径设计，确保材料成形过程的平稳进行，如图8所示。这有效避免了材料流动干扰和均匀成形压力。

压料面设计

为优化板料流动，压料面设计采用轮罩底部法兰面作为压料面，前侧轮弧法兰面适度隆起，减少前侧法兰端部与轮弧顶部的高度差，保障材料流动顺畅。同时，通过前侧抬高部位的倾角设计，避免了压料面触料时可能产生的起皱现象。

凸模工艺补充设计

1. 凸模轮廓均匀性：优化凸模轮廓设计，确保L1近似等于L2，保证整个凸模的伸展率一致，减少成形过程中由工艺造成的回弹偏差。

2. 工艺补充大圆角：在轮弧前侧工艺补充区域增加大圆角设计，延长轮罩顶部圆角的触料时间，将省略至的触料状态由点触变为线触，有效减少开裂风险。

3. 凸模反成形结构：利用凸模顶部的反成形结构，提升制件延伸率与刚性，降低回弹现象，优化结果如图13所示。

角部结构设计与优化

针对轮罩右前侧角部的特殊结构，特别设计立即壁凹弧结构，用于改善角部立壁的线长特性，降低在拉深过程中产生的起皱现象，改进后的实现效果如图15所示。

同步工程分析与工艺设计的综合优化，显著提升了后轮罩外板的成形质量和生产效率，解决了设计与制造中的关键问题，极大地改善了后轮罩外板的生产可行性与质量水平。