汽車(chē)頂蓋外板起皺問(wèn)題研究和改進(jìn)

王 震，徐 肖

安徽江淮汽車(chē)集團(tuán)股份有限公司技術(shù)中心（安徽合肥230601）

1 引言

汽車(chē)白車(chē)身主要有鈑金沖壓件焊接連接組成，因沖壓件單件的面品質(zhì)量、精度（面差、止口、孔）對(duì)整車(chē)精度及質(zhì)量有直接影響。沖壓件單件除了精度要滿(mǎn)足指標(biāo)要求外，其外觀面品質(zhì)量要求也不允許存在開(kāi)裂、起皺、疊料、拉毛、凹陷、鼓包等質(zhì)量問(wèn)題，特別是外覆蓋件質(zhì)量要求更高。對(duì)于頂蓋尾部鉸鏈安裝臺(tái)階面起皺問(wèn)題，屬于A 類(lèi)等級(jí)的品質(zhì)缺陷，嚴(yán)重影響整車(chē)質(zhì)量。本文針對(duì)現(xiàn)有某車(chē)型頂蓋外板調(diào)試過(guò)程中出現(xiàn)的尾部鉸鏈安裝臺(tái)階面起皺問(wèn)題，基于CAE仿真分析判斷及現(xiàn)場(chǎng)排查驗(yàn)證，查找出問(wèn)題產(chǎn)生的具體原因，并提供有效的措施和改進(jìn)方案，解決起皺問(wèn)題，提升制件質(zhì)量[1]。

2 起皺問(wèn)題描述

頂蓋外板在沖壓生產(chǎn)調(diào)試過(guò)程中，尾部與尾門(mén)搭接的位置為“乙”字形結(jié)構(gòu)，頂蓋尾部寬度方向“乙”字形結(jié)構(gòu)底部?jī)蓚?cè)設(shè)置有尾門(mén)鉸鏈安裝臺(tái)面，用于安裝尾門(mén)鉸鏈安裝尾門(mén)，兩個(gè)鉸鏈安裝臺(tái)面中間的型面上設(shè)置有多個(gè)臺(tái)階造型，用于增加制件剛性強(qiáng)度。其負(fù)角結(jié)構(gòu)主要通過(guò)斜楔機(jī)構(gòu)側(cè)整形實(shí)現(xiàn)，但實(shí)際生產(chǎn)時(shí)，該“乙”字形底部經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重起皺或明顯的皺痕（見(jiàn)圖1），該問(wèn)題對(duì)車(chē)身存在以下影響：①?zèng)_壓件表面質(zhì)量差，不達(dá)標(biāo)；②沖壓成形過(guò)程起皺、疊料，導(dǎo)致凸凹模型面磨損，模具使用壽命降低；③尾部安裝臺(tái)面起皺不平，與尾門(mén)鉸鏈支架裝車(chē)安裝時(shí)，搭接面匹配性很差。

圖1 頂蓋外板尾部與尾門(mén)搭接處起皺

該頂蓋外板材質(zhì)為DC04，料厚為0.7mm。沖壓成形工藝規(guī)劃由4工序完成，具體如圖2所示。OP10實(shí)現(xiàn)內(nèi)板造型的拉伸成形；OP20 修邊、沖孔；OP30 周圈法蘭面局部整形，尾部“乙”字形結(jié)構(gòu)側(cè)整形；OP40翻邊、整形、沖孔。

圖2 頂蓋外板工序圖

檢查每一工序件的出件狀態(tài)，排查起皺產(chǎn)生的具體工位。起皺問(wèn)題主要出現(xiàn)在第三工序，即第二工序中的工藝補(bǔ)充面轉(zhuǎn)變?yōu)橹萍Y(jié)構(gòu)的過(guò)程起皺。因此，基本可以確定頂蓋外板的尾部可視面起皺是由側(cè)整形產(chǎn)生的。

3 起皺原因分析

對(duì)整形工序可能造成起皺的原因，通過(guò)人機(jī)料法環(huán)測(cè)的魚(yú)刺圖進(jìn)行初步分析，如圖3所示。可以發(fā)現(xiàn)，問(wèn)題主要集中在尾部整形前的工藝補(bǔ)充、材料性能、機(jī)床參數(shù)、模具表面質(zhì)量、側(cè)整形側(cè)壓料力、側(cè)整形模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、凸凹模材質(zhì)選用幾個(gè)方面。

3.1 整形模型面研配不達(dá)標(biāo)

通過(guò)在OP20 完成的制件表面刷藍(lán)單涂料，然后進(jìn)行整形沖壓出件，根據(jù)模具凸凹模具表面顏色附著率，判斷尾部成形部分研合率是否達(dá)標(biāo)[2]，如圖4 所示，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)證判斷，工作部位研配精度滿(mǎn)足要求，因此，整形模型面研配并非導(dǎo)致起皺的根本原因。

3.2 機(jī)床工況差、加工精度不足

調(diào)試使用的壓機(jī)對(duì)汽車(chē)板件的調(diào)試有很大的影響，特別是機(jī)床的穩(wěn)定性及上下臺(tái)面的平面度，會(huì)使得外板件調(diào)試的效果失真[3]。

汽車(chē)外覆蓋件的加工對(duì)加工數(shù)模的公差要求比較高，模具加工設(shè)備應(yīng)同樣要滿(mǎn)足加工精度要求?，F(xiàn)場(chǎng)加工數(shù)模的處理是在CATIA 中進(jìn)行，公差為0.01mm。加工設(shè)備采用的是OKUMA 加工中心。壓機(jī)工況良好、加工精度滿(mǎn)足要求，因此，機(jī)床參數(shù)、加工精度不是導(dǎo)致起皺的根本原因。

圖3 通過(guò)魚(yú)刺圖對(duì)起皺原因進(jìn)行初步排查

圖4 頂蓋尾部成型著色率

3.3 壓機(jī)噸位選用及成形參數(shù)設(shè)置不合理

沖壓調(diào)試機(jī)床參數(shù)需要根據(jù)工藝設(shè)計(jì)、CAE分析中既定的壓力參數(shù)等設(shè)置，保證調(diào)試實(shí)際出件結(jié)果與分析結(jié)果對(duì)比的有效性。

頂蓋4道工序壓機(jī)噸位分別為1,600t、800t、800t、800t，與成形分析參數(shù)比較，機(jī)床噸位滿(mǎn)足生產(chǎn)需求，如圖5所示。因此，壓機(jī)噸位選用及成形參數(shù)設(shè)置不是導(dǎo)致起皺的根本原因。

3.4 材料性能

材料對(duì)沖壓件的成形性能存在很大的影響，每種材料的力學(xué)性能是存在差異的，特別是材料硬化指數(shù)n值和厚向異性系數(shù)r值，直接影響板材成形時(shí)抵抗起皺變形的能力[4]。頂蓋外板材質(zhì)為DC04，現(xiàn)場(chǎng)同時(shí)使用馬鋼和寶鋼的料片進(jìn)行生產(chǎn)，拉伸過(guò)后都存在起皺。經(jīng)檢測(cè)提供的材料，滿(mǎn)足使用要求，因此，材料性能不是導(dǎo)致起皺的根本原因。

3.5 尾部整形前的工藝補(bǔ)充面設(shè)計(jì)不合理

起皺出現(xiàn)的工序：通過(guò)對(duì)各工序成形后狀態(tài)對(duì)比確認(rèn)，起皺問(wèn)題主要出現(xiàn)在第三工序，即第二工序中的工藝補(bǔ)充面轉(zhuǎn)變?yōu)橹萍Y(jié)構(gòu)的過(guò)程起皺，如圖6所示。

圖5 CAE分析所需成形力及壓料力

CAE模擬分析結(jié)果：通過(guò)成形過(guò)程模擬仿真分析（見(jiàn)圖7），各個(gè)工序的工藝補(bǔ)充面對(duì)緊后工序成形有直接影響，工藝補(bǔ)充面過(guò)長(zhǎng)或過(guò)短會(huì)出現(xiàn)起皺或開(kāi)裂，因此，尾部整形前的工藝補(bǔ)充面設(shè)計(jì)不合理是造成側(cè)壁起皺的原因。

3.6 側(cè)整形尾部坯料尺寸偏小，壓料不穩(wěn)

側(cè)整形工序尾部料邊尺寸根據(jù)制件展料計(jì)算得出，跟坯料尺寸大小無(wú)關(guān)，中間為側(cè)整形區(qū)域，尾端壓料。該種成形方式較常用，壓料力足夠時(shí)，尾部壓料區(qū)域可實(shí)現(xiàn)有效壓料[5]。

圖6 整形前后工序型面對(duì)比

圖7 CAE模擬分析結(jié)果與實(shí)物狀態(tài)

起皺與尾部坯料尺寸無(wú)關(guān)，壓料區(qū)可實(shí)現(xiàn)有效壓料。尾部側(cè)整形壓料力足夠，因此，側(cè)整形壓料不穩(wěn)并非導(dǎo)致起皺的根本原因。

3.7 側(cè)整形模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及凸凹模材質(zhì)選用不合理

結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)結(jié)果：對(duì)比公司相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)結(jié)構(gòu)模具結(jié)果運(yùn)動(dòng)過(guò)程的原理及可實(shí)現(xiàn)性分析，模具結(jié)果合理，滿(mǎn)足生產(chǎn)要求。

凸凹模材質(zhì)選用結(jié)果：通過(guò)公司模具設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)分析，凸凹模均采用鑄空冷鋼，滿(mǎn)足標(biāo)準(zhǔn)要求，因此，模具結(jié)構(gòu)、材質(zhì)并不是致起皺的根本原因。

4 方案制定

4.1 確定起皺問(wèn)題所在工序

通過(guò)識(shí)別現(xiàn)場(chǎng)各工序?qū)嶋H出件質(zhì)量，結(jié)合CAE分析過(guò)程變化，對(duì)制件成形過(guò)程中各工序尖角位置造型變化，判斷尾部安裝面起皺問(wèn)題出現(xiàn)的所在工序，確定為第三工序OP30側(cè)整形時(shí)出現(xiàn)起皺問(wèn)題。

4.2 確定起皺具體原因、機(jī)理

頂蓋尾部所有臺(tái)階造型在OP10 拉伸工序中拉伸成形實(shí)現(xiàn)，理論上在OP30 中側(cè)在側(cè)整形結(jié)束后所有已成形出來(lái)的臺(tái)階應(yīng)該正好到達(dá)制件的理論臺(tái)階位置。

但是，實(shí)際側(cè)整成形過(guò)程中，如圖8所示，臺(tái)階造型運(yùn)動(dòng)到位后又繼續(xù)往內(nèi)側(cè)運(yùn)動(dòng)了一定距離，使得OP10中已經(jīng)成形的臺(tái)階造型被強(qiáng)壓抹平從而造成了起皺痕跡，且造成安裝臺(tái)面位置起皺嚴(yán)重，無(wú)法消除，即OP10中首先成形出來(lái)的臺(tái)階造型過(guò)于靠前，側(cè)整時(shí)往內(nèi)側(cè)移動(dòng)過(guò)多。

圖8 側(cè)整形前后臺(tái)階起皺移動(dòng)距離

4.3 制定整改方案

根據(jù)措施2 中的起皺機(jī)理，分析工藝模面并結(jié)合實(shí)物測(cè)量結(jié)構(gòu)，確定整改方案及整改量。

如圖9 所示，OP10、OP20 原臺(tái)階面造型往外側(cè)移動(dòng)，保證整形前后截面線長(zhǎng)度基本一致。

圖9 側(cè)整形前后弧長(zhǎng)對(duì)比

設(shè)計(jì)要點(diǎn)：OP20到OP30側(cè)整形前后，保證臺(tái)階R角內(nèi)側(cè)整形區(qū)域的截面弧長(zhǎng)基本一致，即右圖中紅色曲線與綠色曲線弧長(zhǎng)基本一致。

根據(jù)制定方案后工藝圖紙，下發(fā)技術(shù)通知單，進(jìn)行實(shí)物整改，模具結(jié)構(gòu)中分別對(duì)OP10、OP20中臺(tái)階面位置進(jìn)行補(bǔ)焊加工。

改進(jìn)后結(jié)果如圖10所示，通過(guò)對(duì)尾部面品質(zhì)量對(duì)比可知，大面積起皺問(wèn)題的A 類(lèi)缺陷完全消除，大批量生產(chǎn)均無(wú)起皺問(wèn)題，表面光順較好。

圖10 整改前后出件狀態(tài)

5 結(jié)語(yǔ)

針對(duì)某車(chē)型頂蓋外板可視面的起皺問(wèn)題，在生產(chǎn)調(diào)試過(guò)程中，通過(guò)CAE 輔助驗(yàn)證，排除可能引起起皺問(wèn)題的型面研配、加工精度、機(jī)床參數(shù)、材料性能、壓料力、模具結(jié)構(gòu)等可能影響因素，最終確定導(dǎo)致沖壓件缺陷的主要原因是尾部整形前的工藝補(bǔ)充面設(shè)計(jì)不合理。通過(guò)原因分析制定了對(duì)應(yīng)的改進(jìn)方案措施，最終解決起皺問(wèn)題，保證制件外觀質(zhì)量的達(dá)成。