10.16638/jki.1671-7988.2019.08.045
戴晨昱
（上海延锋金桥汽车饰件系统有限公司工程开发部，上海201206）
摘要：目前市面上的汽车内饰的喇叭网，主要分塑料和金属材质两种，其中又以塑料喇叭网占绝大多数，两种材料各自的优缺点鲜明，塑料件的优点可以一体成型，原材料成本略低；但塑料件的缺点：网孔大易出飞边造成堵孔、受热涨冷缩变形量大、吸能且音效差，影响透音、外观可见加强筋、外观易划伤、外观质感不强。而金属件的优点：网孔可按外观需要缩小、音效均匀、受热涨冷缩不变形、金属闪耀的瞩目材质、无加强筋、环保。金属件的缺点：工艺相对长。通过我们的汇总、梳理，将复杂工艺做模块化组合、拼接，可以满足不同价位客户的需求，使金属喇叭网使用功能上的优点放大，成本降低，以大大提高整车客户的使用率。同时通过有效的软件分析支持，可以在项目初期，或者在项目开发过程中避免反复的改模验证，以降低成型制造的开发成本。
关键词：蚀刻；喷粉；喷漆；冲压成型；褶皱；不锈钢
中图分类号：U462 文献标识码：A 文章编号：1671-7988(2019)08-144-04
Metal Speaker Grille Forming Process Development Research in
Automotive Interior Trims
Dai Chenyu
昌河铃木价格( Shanghai Yanfeng JinQiao Automotive Trim Systems Co., Ltd. Eng. Development, Shanghai 201206 )
Abstract: At present, the speaker grille of automobile interior decoration on the market is mainly made of plastic and metal materials, of which plastic speaker grille accounts for the vast majority. The advantages and disadvantages of the two materials are distinct. The advantages of plastic parts can be integrated into one piece, and the cost of raw materials is slightly lower. However, the disadvantages of plastic parts are: large hole pattern is easy to emerge from flying edge, resulting in blockage, large thermal expansion, cold contraction, large deformation, energy absorption and poor sound effect. The sound transmission and appearance show that the reinforcing tendons, the appearance is easy to scratch, and the appearance texture is not strong. The advantages of metal p
arts: hole pattern can be arranged according to the appearance needs, sound effect is uniform, heat rise, cold shrinkage does not deform, it is real metal shining material, no reinforcing ribs, environmental protection. Disadvantage of metal parts: relatively long process. Through our summary and combing, modular combination and splicing of complex processes can meet the needs of customers at different price levels, enlarge the advantages of metal speaker grille in use function, reduce the cost, and greatly improve the utilization rate of vehicle customers. At the same time, through effective software analysis support, it can avoid repeated model modification verification in the early stage of the project or in the process of project development, so as to reduce the development cost of forming manufacturing.
Keywords: chemical etching; powder coating; painting; forming; wrinkle; stainless steel
CLC NO.: U462 Document Code: A Article ID: 1671-7988(2019)08-144-04
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戴晨昱：汽车内饰中金属喇叭网设计开发成型研究
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广汽丰田雅力士召回
前言
汽车内饰中，对于音响的配置越来越趋于高端化和个性化，而作为音响最直接门面的扬声器网罩，目前，主要以金属和塑料材质的选用为主。其中，市面上的车型又以传统的塑料喇叭网罩占据了绝大多数，金属喇叭网罩，以往作为高端车型，或者中高端车型旗舰款的一个汽车内饰的卖点，相较于传统的塑料网罩，具有独特的金属光泽和机械拉丝效果，网孔形式设计多样，因此受到许多豪华车型的青睐，目前市场上金属喇叭网主要应用在内饰领域，包括汽车仪表台，门板高、低音喇叭网，OHC 和顶棚喇叭网，座椅头枕喇叭网、后排副仪表板喇叭网、立柱喇叭网等等。随着金属喇叭网罩工艺的逐渐成熟和汽车市场流行趋势的追捧，金属喇叭网罩在整车上的应用也有逐渐增长的趋势。本文主要介绍金属喇叭网的一些传统工艺构架，以及在冲压成型过程中的一些问题的解决。
1 金属喇叭网罩材料的分类和选用
金属喇叭网罩的材料的选择主要以普通的冷轧钢板SPCC 为主，也有不锈钢和铝合金材料。以下分类介绍一下各种选用材料的优缺点，以及后续工艺选择的一些要求，表面处理的一些局限性。 1.1 低端金属喇叭网罩的选择
相对低端的冷轧钢金属喇叭网。冷轧钢的金属喇叭网罩，在早期的一些BBA 车型中，选用比较广泛，其网孔的形式呢，就比较单一。主要是以一些阵列的PATTERN 为主。比较常见的有菱形、圆孔、甚
至于一些六边形。因为其网孔的实现方式为拉网或者冲孔，所以无法开发出一些别致的创意图案，只能实现一些简单的横纵排列。另外由于其材质无法完全满足汽车内防腐蚀的要求，金属喇叭网表面会增加一道喷粉工艺，由于喷粉层的覆盖，金属网会有比较明显的塑料质感，无法达到亮眼的金属光泽，所以该工艺配置的金属喇叭网，也渐渐的在被一些高端车型所摒弃了。同时，如果需要添加音响品牌标识，还需要定制额外的标牌，卡接或者粘接上去，无形中又增加了整条工艺线的长度，成本随之上升。 1.2 中高端金属喇叭网罩的选择
铝合金材质的金属喇叭网。做为一个突破点，从选用铝合金材质起，金属喇叭网网孔已经可以开始通过蚀刻工艺来实现，即化学腐蚀。金属喇叭网网孔的多元化设计。另一方面，铝合金由于其不怎么佳的成型延展性，尖角位置由于易在成型时造成破裂，设计者往往无法过多的去挑战过于复杂曲面的金属喇叭网造型，以平面或近似平面，并配以绚丽的
网孔造型花纹，为这款选材的主流做法。此外，由于铝质材
料的表面强度不高，在加工过程中易划伤，对成型模具的要求比较高，模具接触面希望能达到镜面精度。同时，也需要考虑其成型后零件的强度，是否可以满足各个主机厂对于喇叭网罩冲击性能的要求。最后，铝质材料可选的表面处理方式比较少，即单一的阳极氧化，或者在阳极氧化过程中的不同着。不过，其在阳极氧化后所凸显的暗白调，以其特有的低光泽性，倒是比较受一些日系车所青睐。 1.3 高端以及新兴主机厂的选择
新兴的不锈钢材质金属喇叭网。和铝合金材质的金属喇叭网一样，不锈钢材质的金属喇叭网，同样可以通过蚀刻的工艺来实现复杂图样的网孔排布，对网孔尺寸仅只有最小值限制，取决于使用不锈钢基材的板厚，较常用的有0.5mm 厚0.6mm 厚。目前欧系的主机厂，如Daimler 奔驰，宝马系列车款，比较主流的是选用不锈钢材质，欧系所选的不锈钢牌号为1.4301，北美业务主要选用ASTM304，国内业务主要是选择宝钢国产的0Cr18Ni9或者日系的JIS SUS304做替代。此外，不锈钢材质金属喇叭网的可选表面处理方式就很广了，喷漆，喷粉，电泳漆这种传统方式都可以采用，同时还可以采用PVD 表面处理工艺，即物理溅射电镀工艺，该工艺可以达到表面泽和彩的多样化。此外，不锈钢的延展性较好，强度也适中，即满足了工艺加工的可行性，对零件性能又有一定的保障，通过冲压成型工艺组合，可以开发出一些稍微复杂曲面的金属喇叭网造型。当然，其在冲压成型中的回弹特性，也会造成成型零件在匹配上的一些问题，后面在我们冲压工艺分析验证部分做了一些研究介绍。
2 金属喇叭网成型CAE 分析问题验证及解决
2.1 问题介绍
早期金属喇叭网罩开发，针对产品褶皱拉破等表面质量风险在前期无有效识别手段，没有CAE 工具辅助分析，缺少风险量化的指标，因此也无法提供准确有效的优化方案。在开发过程中，出现表面褶皱缺陷，而且在常规的冲压工艺和模具上无法有效改善，产品表面质量无法满足客户要求，需推翻原有
工艺设计，重新进行开发验证。故尝试引入钣金成形CAE 工具进行喇叭网成形模拟验证。 2.2 解决方案
分以下几步，引入CAE 工具，尝试建立不锈钢喇叭网产品缺陷和CAE 模型的对应关系；量化产品缺陷指标，提前对成形风险进行预测；应用CAE 工具优化成形工艺，改善产品褶皱缺陷和表面质量，最终通过客户外观认可。金属喇叭网在成型过程中，主要存在以下几种主要缺陷，褶皱、破损和网孔变形。褶皱缺陷：金属冲压成形过程中，材料在凹面堆积，造成局部变厚，形成褶皱；一般可通过拉延成形工艺进
作者简介：戴晨昱（1981-），男，就职于上海延锋金桥汽车饰件系统有限公司工程开发部，从事汽车内饰件开发工作。
146 行改善。破损和网孔变形缺陷机理类似：成形过程中网孔面受拉或者受压，圆孔失稳变形为椭圆；若局部拉伸超过金属抗拉强度，将导致网孔破裂；一般可通过降低网孔区域受拉或者受压程度进行改善。
分析操作步续，如下：
1）输入产品3D 数据，材料信息和厚度；
2）使用软件工具建立相同的工艺过程和模具面，进行模拟成形和计算；
3）分析结果与产品实际缺陷状态吻合，准确复现缺陷。 为验证CAE 工具可靠性，同时对正进行开发的、已有实物样件的其他系列金属喇叭网产品进行模拟，得到与产品一致的成形性能，验证可靠。
2.2.1 成形性分析
即基于产品应力应变曲线，和实际计算的应变状态对比，按照颜划分出产品不同区域受拉或者受压程度，借此快速判断产品成形过程中的状态。
图1
2.2.2 厚度分析
即产品在成形过程中，局部受拉或者受压会导致厚度变化，使用厚度分析，可以准确地判断产品在成形后的壁厚变厚或者变薄状态，可参考颜和残厚数值进行风险预判：严重变薄有撕裂风险，变厚则有堆料褶皱风险。
2.2.3 褶皱分析
即软件中通过计算成形过程中模具凹面上钣料和模具面的曲率贴合度，评估褶皱风险。如果钣料和模具面始终贴合，CAE 判断此时钣料形状是产品形状，无褶皱风险；如果局部没有贴合，CAE 判断为褶皱风险。褶皱分析是换算的结果，公式如下，仅代表钣料和模面的分离程度，并不代表真正的褶皱量，仅作参考。
2.2.4 摩擦力设置
在钣金成形过程中，板材始终与工具接触，因为金属板在工具表面上流动，因此接触是动态的，相对运动产生的阻力即摩擦力。默认状态下，分析软件应用哥伦布定律计算成形过程中摩擦力的状态，既摩擦剪切力和单位面积上施加的压力成正比，假设摩擦系数为μ：摩擦系数与模具表面的光洁度、板材
的光洁度都有关系，不锈钢板材与模具（SKD11模具钢）正常摩擦系数约0.15，通过增加润滑剂可降低到0.07~0.1。摩擦力会影响拉延过程中材料流动状态，可作为控制材料流动的手段，预设将不锈钢成形标准压力（3MPa)+
标准摩擦系数（0.15）组合设置为1.0F 。 2.3 成型方案对比
2.3.1 冲压成型（原始方案）
内饰分析：对冲压成形工艺，由于成形过程中没有压料边的拉延，局部的堆料效果和摩擦力的设置基本没有关联，材料总是趋向于在造型凹面堆积，形成褶皱风险。针对褶皱缺陷的工艺方案优化方向，改为拉延工艺，可以细分如下。
2.3.2 局部拉延（半拉延工艺）
分析：对半拉延工艺，原凹面堆料区域状态改善，且随着摩擦力的增加，尖角上的变薄率增加。在CAE 模拟过程中，产品A 面和模具100%贴合压紧，材料仅从工艺补充面向内流动；但实际上，研合率100%很难实现，材料有可能从两侧向中间流动，造成A 面大面局部受拉，产生波浪和网孔位移。风险：壁厚变薄，网孔变形，大面波浪。
2.3.3 正向全拉延工艺（全拉延，工艺补充面在产品A 面以下）
分析：全拉延工艺，原凹面堆料区域状态改善，但产品A 面受拉严重，且随着摩擦力的增加，产品A 面上变薄率不断增加，网孔区域由于局部抗拉性能弱化，易失稳变形。风险：局部网孔变形甚至破裂。
2.3.4 反向全拉延工艺（全拉延，工艺补充面在产品A
面以上）
分析：反向全拉延工艺，原凹面堆料区域状态改善，产品局部变薄，且摩擦1.0F 变薄率是其他所有工艺方案中最优效果；摩擦0.5F 相较1.0F 变化并不明显，但增加润滑和清洗工艺，对成本和节拍不利。风险：局部网孔变形。
大众sportsvan表1 方案对照表
R-red ，Y-yellow ，G-green 分析结果，如图2所示：
图2
2.4 后期实物验证
为验证分析准确性，对于以上三个方案，都进行了实物验证，与软件分析结果吻合。
在该项目中，通过选用方案-反拉延工艺（全拉延，工艺补充面在产品A 面以上）， （下转第210页）
构，以避免灭火器与灭火器支架的撞击声。
车身螺栓、自攻钉等固定结构，需采用加装弹垫、逆齿防松垫片、放松螺母、锁紧螺母等防松措施，避免固定构件的松动而产生振动、摩擦噪声。
noblem6004.5 制造工艺措施
前文所述的发泡、喷涂阻尼胶的做法，均属于制造工艺方面的降噪措施。除此之外，顶盖、侧围蒙皮的涨拉焊接工艺，也是一种有效的降噪措施，同时可以提升外蒙皮的平整度。蒙皮涨拉焊接工艺降噪的原理是通过涨拉提高蒙皮的固有频率，降低汽车行驶中蒙皮产生的噪音。常用的冷涨拉工艺可分为一次涨拉和二次涨拉。
一次冷涨拉工艺在客车行业中应用较为广泛。但一次涨拉实际是“拉骨架”，而骨架自身刚度有限，实际允许的涨拉力通常很小，导致蒙皮张紧的不够充分。蒙皮越宽越长，涨拉获得的效果越差。
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二次冷涨拉是将蒙皮定位夹紧到一次涨拉架上，进行第一次涨拉，要求蒙皮超过其屈服极限，产生塑性变形为止，而后卸下已经预涨拉好的蒙皮进行二次涨拉，涨拉量一般为蒙皮总长的1‰，涨拉完毕后，将蒙皮与骨架焊接固定。二次冷涨拉的两次涨拉过程，使得蒙皮发生了形变强化，屈服极限得到提高，增强了抵抗变形的能力，降噪效果和蒙皮平整度也更好。
5 总结
噪声与噪声源及噪声的传播途径有着密切的关系，在客车车内噪声控制方面，从车身自身的控制措施而言，只要努力控制噪声的传播途径，以及减轻车身及附件在外界激振的情况下产生的振动噪声，各种措施有效运用，客车的噪声就可以得到较好的控制。未来随着标准法规的严格，目前应用于乘用车的有源消声等先进技术，也会在客车行业得到应用。
参考文献
[1] 戴德沛.阻尼减振降噪技术.西安交大出版社.1986年.
[2] 党川.大型客车车内噪声的控制.噪声与振动控制.1989年.
[3] 何渝生.汽车噪声控制.北京机械工业出版社.2002年.
[4] 谷正气.汽车车身现代技术.机械工业出版社.2009年.
（上接第146页）
解决了产品缺陷，通过了客户端产品外观认可，保证了项目的正常开发进程。深入了解金属网成形过程中缺陷的形成机理，掌握了金属喇叭网罩产品成形的CAE能力，建立了一套金属喇叭网成形风险分析和工艺可靠性的模拟验证方法，可以减少报价失误，降低开发风险，节省软模验证费用，提高开发效率，减少开发工时，第一次就把事情做好，提高客户满意度。
3 总结
随着汽车音响的配置越来越趋于高端化和个性化，金属喇叭网因为其独特的音响效果，在Burmester、Bose、B&O、B&W等，这些顶级音响品牌为车企所打造的高音质系统中，金属网罩的应用成了必不可少的元素；金属喇叭网做为一个新兴的内饰装饰部分，在将来若干年以内还是有很多的市场空间。在开发过程中，通过前期软件模拟分析，可以不断提升工艺制造分析能力，包含如下优势：降低模具开发验证费用，缩短验证周期；量化缺陷风险指标，设计有效的工艺验证方案；提高工艺、工序报价的准确性。
参考文献
[1] AutoForm R7 Software Manual.
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