沖壓外覆蓋件質量管理及典型案例解析

馬金勝，孫繼軍

（長城汽車股份有限公司技術中心，河北省汽車工程技術研究中心，河北保定 071000）

1 引言

目前，顧客對汽車外觀質量的要求越來越高，而沖壓外覆蓋件的外觀質量直接決定了整車的美觀，因此嚴格控制汽車外覆蓋件質量十分重要。大部分外覆蓋件在生產過程中產生的表面缺陷，在前一道工序中并不能通過肉眼發現，這些微小的表面缺陷，有時甚至要到噴漆工序全部完成后才能被肉眼察覺。屆時，就只能采取非常昂貴且耗時的修復方法來修復挽救了，因為越到后道工序（沖壓、車身、噴漆及總裝），去除表面缺陷的成本就越高。

本文旨在通過質量管理方法，將沖壓外覆蓋件表面缺陷控制在沖壓工序，杜絕問題件流入后工序。結合實踐經驗，從制件設計、模具設計制造以及生產過程等幾個階段，論述汽車沖壓外覆蓋件生產的制件質量管理問題，列舉質量管理各階段存在的典型問題及解決辦法，共同探討汽車沖壓外覆蓋件質量管理的新方法、新途徑。

2 制件設計

眾所周知，單一光順的A級曲面最高階一般在5～6階，最高不超過8階，此時A級曲面在延伸后不會出現自交卷曲現象。而對于整體的A級曲面則要求為：相關特征流動方向均勻一致，且整體高斯曲率分布沒有突變。對于汽車外表面而言，高可見區（即大的特征面）95%以上的面積須達到3階或是3階以上的曲率連續，5%的少可見區（即小的特征面）須達到2階或是2階以上的曲率連續，只有這樣的曲面才能使汽車整體造型既美觀又大方。以汽車加油口部位外覆蓋件為例進行說明，如圖1所示。

圖1 外覆蓋件光影分析

因此，在制件設計階段可采用以下管理模式：

（1）針對前期車型外覆蓋件的缺陷及SE分析進行整理，并根據設計FEMA，充分識別在研車型外覆蓋件的潛在問題。

（2）對在研車型外覆蓋件數模進行SE全工序的模擬分析，確保在整車開發前期將制件問題予以解決。

（3）將前期的設計方案與資深專家進行交流論證，確保方案的可行性。

（4）在制件的工藝設計階段按制件進行分工，結構設計階段按工序進行分工，同時結合編程和調試人員，形成專人專項合作小組，這樣既有利于提高品質，又能保證在面對問題時快速有效的解決問題。

（5）制作外覆蓋件特殊性清單，在設計階段就對制件的特殊性予以重點監控。

通過對外覆蓋件潛在問題的充分識別，全工序模擬，專家論證，專人負責，形成一套完整的體系，將潛在問題扼殺在制件的設計階段。

3 模具設計與制造

汽車外覆蓋件的沖壓成形是靠模具來實現的，因此模具設計的是否合理，模具制造是否能夠達到設計要求，是決定汽車外覆蓋件質量好壞的關鍵。

目前，國內大多數汽車外覆蓋件的模具工藝及結構設計、分析計算等工作主要靠CAE軟件以及工作經驗來完成，然而軟件分析與實際存在一定差異，人員技能水平也同樣參差不齊，造成模具結構及交付狀態均存在著較多不足，這是制約制件質量最重要的因素，也是沖壓外覆蓋件管控的源頭。

由模具因素造成的車身外覆蓋件質量缺陷主要有破裂、起皺、滑移線、沖擊線、面畸形、凹坑、凸起、拉伸痕等缺陷。而前7種缺陷都可以在沖壓工藝設計初期階段借助CAE分析軟件進行解決，也可以在模具調試階段通過改善和優化模具進行解決。然而拉伸痕缺陷則會伴隨模具的整個生命周期，對于這一缺陷只能依靠現場環境的清潔、板料的清洗，和模具表面的油污清理等方法才能改善。下面將以凹坑和拉伸痕為例進行說明。

3.1 凹坑缺陷管控方案

對于外覆蓋件的凹坑缺陷來說，可從以下幾方面進行管理：

（1）組織有經驗的專家在模具結構會簽之前針對模具有可能產生凹坑缺陷的潛在部位進行風險識別。

（2）嚴格管控由于設備原因導致制件產生凹坑缺陷的重要因素。例如：氣墊壓力不穩、頂桿高度誤差大、滑塊平行度誤差大等。

（3）突破傳統思維限制，采用創新工藝，改進工藝補充方案。

解決凹坑缺陷的傳統方法就是增大壓邊力，將凹坑“拉平”，例如某車型側圍D柱出現凹坑，模具整改思路就是OP30、OP40模具在整形工序壓芯加強壓0.3mm，通過強壓研合將凹坑拍平，如圖2所示。

圖2 強壓解決凹坑問題

但有時候該方法并不適用，往往會出現由于壓邊力過大而導致制件拉裂的情況。此時，就必須突破傳統的思維方式——采用局部“送料”的方案。一方面修改拉伸筋，放大拉伸筋的R角，以減小進料阻力；另一方面根據制件的形狀方向，分析控制走料方式，通過調整工藝補充的R角，微調進料阻力。如圖3所示。

圖3 局部“送料”的方案

（4）結合汽車外覆蓋件的特點，綜合比較板料的加工硬化指數和拉伸性能，選取材料性能最合適的沖壓板料。

3.2 拉伸缺陷管控方案

拉伸缺陷會伴隨模具的整個生命周期，這一缺陷只能通過現場環境的清潔、板料的清洗以及模具表面油污的清理等措施才能改善。因此，要解決由于模具因素帶來的質量問題，就需做好整個模具生命周期中各個階段潛在失效模式的識別和日常維護，管控因素如圖4所示。

圖4 魚骨圖

因此，可以從以下幾方面進行管理：

（1）結構會簽階段。模具結構設計前，充分識別制件的公差要求及特殊特性，充分運用資深專家的經驗和前期車型的DFMEA，規避設計異常及做好模具結構策劃。使用模具設計檢查表，對模具結構進行逐項檢查，多方評審優化模具結構。例如拉伸模及非標斜楔上的導板選擇銅導板，外覆蓋件模具采用氮氣彈簧作為壓料力源等等。

（2）鑄件階段。側圍、翼子板等關鍵外覆蓋的拉伸模鑄件材質采用GGG70L（QT700），拉伸模型面光潔度達到Ra0.8以上，表面硬度54～56HRC，通過表面處理技術來實現，如TD、PVD、鍍鉻等。由于鑄件自然失效時間較長，應延長模具開發周期，否則模具存在較高的開裂風險。

（3）NC加工階段。按照工藝數模指示細化強壓區域的加工數模數，同一模具最好安排在同一臺機床上精加工，以保證型面加工精度。

（4）調試驗收階段。現場模具調試，由資深模具專家負責指導，模具調試遵循專人專件制度，嚴格的按照模具作業調試指導書進行裝配及研合，模具驗收過程中嚴格按照《模具動、靜態驗收表》標準執行，調試出件必檢測，同時做好檢測記錄。

4 生產過程

在整個外覆蓋件質量管理的過程中，生產過程管理是最后一個質量管控環節，也是最重要的一個管控環節。其過程包括兩部分，其一是沖壓生產過程，其中典型問題包括模具擦拭不到位、模具保養不到位、皮帶機臟、端拾器臟、人員檢驗不到位、人員裝筐作業不到位等問題；其二是搬運存儲過程，其中典型問題包括叉車搬運/防護不到位、制件存儲時間長、工位器具缺陷、工裝碼放層數、制件存儲不到位等問題。

這對以上可能出現的問題，可以從以下幾方面進行管理：

（1）在制件生產階段要做好日常維護工作：①板料的在線清洗；②在模具生產一定量的制件后進行模具清洗（大約2,000～3,000件）；③模具表面油污定期清理。如表1所示。

表1 模具維護保養要求

（2）明確生產線、品質、技術人員的管理定位；劃分生產、品質人員在線的職責，制定檢驗的頻次；建立外覆蓋件的檢驗標準；標準化外覆蓋件的手修流程及方法。

（3）人員技能培養提升：初級培訓階段，強化技能訓練；中級培養階段，標準化過程規范；高級提升階段，靈活運用工具方法，解決各種問題。

（4）定期擦拭傳送皮帶，保證傳送皮帶清潔度；定期更換清潔油，保證清洗機衛生維護及清洗油效果；在生產過程中，保證整線封閉；有效的控制整個沖壓車間的粉塵濃度。

5 結束語

沖壓外覆蓋件是整個汽車白車身的“臉面”，其表面任何細小的缺陷都會在涂裝后引起光線的漫反射而損壞外形的美觀,因此外覆蓋件的質量是質量控制的重中之重。上面介紹的過程管控方法，是最基本最有效的方法，但并不是唯一的，具體情況要根據實際遇到的問題進行靈活的運用。只有不斷的解決問題，積累工作經驗，才能在最合適階段找出最有效的解決方案，只有形成體系標準，問題會解決在初期階段，避免問題流入下一道工序。