汽車覆蓋件凸凹點缺陷分析及控制

莫小軍

（廣西機電技師學院，廣西 柳州 545005）

0 引言

隨著社會經濟發展進步，人們的生活水平提高，汽車行業迎來了發展迅猛，汽車也走進了千家萬戶。據中國汽車工業協會將發布2021年我國汽車產銷量數據，據中國汽車流通協會預計，2021年汽車銷量約2580萬輛，與2020年基本持平，乘用車銷量約2100萬輛，與去年2000萬輛相比將近增長5%。伴隨汽車產量增加的同時各個品牌的競爭也非常慘烈。受到內外部的因素影響，汽車生產和制造成本居高不下，加上消費者更注重汽車的產品的外觀和整體質量，生產過程中各個環節的生產成本控制尤為重要。汽車覆蓋件作為汽車的皮膚，直接呈現在消費者眼前，他的品質直接影響消費者的視覺感受和購買欲望。汽車覆蓋件多為外觀件，表面不允許有波紋、皺紋、凸凹點、劃傷、拉毛、壓痕、擦傷等缺陷。其中凸凹點缺陷是我們生產過程中最常見，最為難以辨識，也是最難控制和返修的一種質量缺陷。汽車覆蓋件特點為：材料薄，大多在0.6 mm~1.0 mm之間、形狀復雜、立體曲面多、維修困難；凸凹點在生產過程中頻繁出現會耗費大量的人力物力進行返工返修。這些返修成本在生產工程中是一種不增值的成本浪費行為，既增加過程成本又會造成質量瑕疵，這些瑕疵返工返修不理想，流入市場，既影響消費者購車感受，又形象品牌形象。因此，重點探討了沖壓覆蓋件表面在生產過程中凸凹點缺陷產生原因和改進控制措施，從而提高覆蓋件沖壓質量和生產效率、降低產生成本。

1 汽車覆蓋件凸凹點缺陷產生原因

汽車覆蓋件凸凹點缺陷產生的常見原因有：板料在開卷落料過程中邊緣有細小的碎屑帶到模具型面產生的凸凹點；板料表面殘留有垃圾帶到模具型面產生的凸凹點；板料鋅粉的脫落帶到模具型面產生的凸凹點；覆蓋件在OP10拉延成型工序產生的凸凹點；模具修邊刀和廢料切斷刀產生的碎屑帶到模具型面產生的凸凹點；模具鑲塊切邊刃口間隙不良,形成絲條狀碎屑產生的凸凹點。

2 產生凸凹點缺陷的案例分析及控制措施

2.1 案例分析

案例一:某汽車頂蓋投產初期生產過程存在大量的凸凹點產生，返工率達到了88%左右，且返修速度無法滿足量產需求，生產過程成本過高，經過深入調查分析，原因在于OP10拉伸工序進出料時磕碰、產生碎屑，這些碎屑帶入本工序和后工序的模腔，造成零件表面凸凹缺陷，影響產品質量外觀及生產線生產效率。

原因分析：由于OP10拉伸模具設計采用四周定位方式，如（圖1）所示，定位器較高，且無托架，人工送料和出料時稍有不慎，板料就會與定位器存在刮碰，這些板料產生的凸凹點在拉伸過程和后續工序是無法通過模具本身進行消除，只能通過人工識別，后續返修的方式進行回用，耗費大量的人工和返修成本。

圖1 定位據和板定位方式

改進控制措施：通過改進變定位器形式，兩側定位器增加導向（圖2），在進料側的定位器上增加橡膠滾輪（圖3）和帶橡膠滾輪的進料托架，增加出料側出料托架同時取消出料側定位器（圖4），使得操作工在送料時，橡膠滾輪始終托住板料底面，兩側導向有效地避免板料往前推進過程中錯位磕碰，后側托架在出料是始終托住工序件的工藝補充部位，通過改善模具結構和改善人機工程減輕操作工的疲勞程度，又有效避免人為的磕碰造成凸凹點的產生，提高量產[1]。

圖2 兩側定位器更改前后對比

圖3 進料側定位器更改前后對比

圖4 定位器變更和增加托架

案例二:某汽車模具刃口加工輪廓不光順，模具刃口間隙不當，刃口間隙平行度不良，如模具維修工研配刃口不良、刃口局部補焊過渡區研配不良。上下模刃口鑲塊分塊結構，拼接或者研配過程中出現段差，會造成粒狀和粉狀碎屑。

原因分析：OP20切邊工序由于上、下模與廢料刀切邊鑲塊刃口吃入量一般采用“2-2-2”結構如圖5所示，a與b點位置刃口高度相差4 mm，b點與c點相差4 mm，由于上模鑲塊刃口不等高，當上模往下運動時，a、c點先接觸零件，這兩點開始剪切時c點還離空4 mm才能切斷，造成模具在切邊裁剪時局部存在先后不同步現象。由于該區域廢料刀位置切邊與廢料切斷不同步，如圖6所示，a、b、c位置刃口剪切過程存在先后，同時該區域下模廢料刀與切邊刃口也是不等高的。如圖7所示，零件在該區域的剪切存在先拉變形后裁切等現象，造成零件局部的切邊在切斷前存在拉斷、撕裂或者拉薄后才經切邊刃口剪切，如圖8所示。此時由于該區域被拉裂、拉薄，料厚發生變化，造成料厚與刃口間隙不匹配，也就是說出現這種狀態時刃口間隙是過大的，此時沖裁就會造成拉斷擠斷，形成該區域存在大量的細絲狀、顆粒狀或粉末狀鐵屑[1，2]，如圖9所示。這些鐵屑會粘在零件上，帶入本工序或者帶入下工序造成甚至壓合在模具上形成批量凸凹點。

圖5 上、下模與廢料刀刃口吃入量

圖6 上模鑲塊刀刃形狀

圖7 切邊刃口與廢料刀不等高

圖8 零件切邊存在拉斷

圖9 刃口附著顆粒狀鐵屑

改進控制措施：通過采用改變模具結構和切邊時序方案，盡可能地避免鑲塊切邊時不同步，造成先拉變形、拉薄再切邊，通過變更模具結構，更換鑲塊，把切邊分在不同工序完成，OP20先切一部分，剩余的余料在后工序再切，如圖10所示。這個上模切邊刃口和切廢料刃口是沿產品型面按照固定的切入量設計，更改前是“2-2-2”結構，同時下模刃口鑲塊也變更設計，更換鑲塊，如圖11所示。使得零件切邊刃口與廢料刀等高，切邊與廢料切斷同步，消除拉斷、撕裂或者拉薄等現象，從而改善切邊條件。避免切邊鐵屑的產生，保證刃口干凈無顆粒物粘結，避免本工序和后工序的顆粒物的帶入模腔，有效地減少沖壓過程中凸凹點的產生如圖12所示。

圖10 更改后同步切入量鑲塊

圖11 更改后下模刃口結構

圖12 更改結構后，切削基本消除

案例三：在OP20（切邊工序）中模具因切邊刃口間隙大或間隙小，導致切邊刀的位置產生大量的碎屑。在生產過程中，該碎屑隨零件帶到模具內腔，造成零件表面出現凸凹點，需要停機對碎屑進行擦拭和清理，影響生產線運行效率。

模具切邊碎屑產生的原因是由于模具切邊刃口疲勞崩刃、損耗，上、下模刃口間隙發生變化，主要表現有間隙過小引起二次剪切、切邊碎屑，間隙過大引起毛刺、切邊不斷等問題導致，模具切邊刃口間隙一般要求為板料厚度的5%~8%，如圖13。當模具切邊刃口間隙小時會產生模具切邊碎屑，如圖14所示。碎屑狀態有粉末狀、片狀和針狀等形態。模具切邊小知識：沖裁件分為三個特征區，即圓角帶約占料厚5%，光亮帶約占料厚30%，斷裂帶約占料厚的60%，毛刺約占料厚的5%~10%[1，2]。工作中，常通過特征區來判斷沖裁件的質量缺陷和沖裁間隙。沖裁間隙就是凸、凹模刃口工作部分尺寸之差，它是最重要的沖裁工藝參數，對沖裁件的端面質量、尺寸精度、模具壽命、沖裁力、卸料力和頂料力等都有很大的影響。其中刃口間隙及刃口吃入狀態是凸凹點產生的關鍵。

圖13 正常切邊刃口間隙狀態

圖14 間隙小切邊刃口間隙狀態

改進控制措施：修補模具切邊刃口，提高刃口側面精度，重新上機研配間隙。通過調整切邊刃口間隙，使其刃口間隙狀態成為合理間隙，其沖裁件斷面特征表現比例分別為：圓角帶占板料厚度1/6，光亮帶占板料厚度2/6，斷裂帶占板料厚度3/6，毛刺約0.1 mm以內[1，2]。

案例四：某車型發罩外板OP10模具生產過程中出現失效形式：拉傷頻繁燒結開裂、凸凹點多，造成返修量大[3]。因此對發罩外板生產進行跟蹤，主要拉傷燒結部位（圖15所示標志處），每生產50~150件則拉傷燒結一次，甚至燒結后拉裂如圖16所示標志處。需要在線打磨處理10 min/次，每個班次僅能生產800件就被迫下線保養，每班次6~8次停線。按車身60JPH的生產節拍沖壓每天需提供1700左右的發罩外板，則每天生產2~3次，停線180 min左右，影響運行效率25%~30%，FTQ：0%~14.67%。嚴重影響生產效率、質量合格率及車身供件，可能導致車身停線風險。

圖15 拉傷燒結部位

圖16 拉傷開裂部位

原因分析：OP10模具表面存在砂眼，板料流動產生刮擦導致鐵粉脫落，鐵粉脫落就是由于板料在流動過程中與上下模圓角接觸時產生刮擦從而導致表面附著的鐵粉發生剝離，然后拉傷燒結產生凸凹點[4]；OP10模具表面存在裂紋，板料流動產生刮擦導致鐵粉脫落，鐵粉脫落就是由于板料在流動過程中與模具上的裂紋處產生刮擦從而導致板料表面附著的鐵粉發生剝離，然后拉傷燒結產生凸凹點。壓力機內粉塵多，生產時會帶入模腔造成凸凹點，同時掉入筋槽內直接影響板料正常流動，受阻或不順暢后產生拉傷燒結產生凸凹點。板料卷邊疊料相當于兩層料厚，壓件時會燒結拉裂，板料臟存在油漆、薄膜異物直接產生凸凹點。板料在經過開卷落料后表面可能鑲嵌有部分垃圾或雜質，未經過專用清洗機設備就包裝運往公司使用,板料周邊部分垃圾、包裝紙會粘貼在周圍未被清理掉，對中臺表面、過渡滑輪也存在不清潔的現象，從而造成凸凹點的產生。

改進控制措施：對砂眼位置打磨挖空，重新補焊修復，使模具型面平順無砂眼缺陷。對裂紋位置打磨挖空，重新補焊修復，使模具型面平順無裂紋缺陷。對壓力機內進行粉塵處理，盡量減少壓力機內粉塵。操作員要確認每次生產上料時，通過生產準備前用氣管對板料周圍雜質清潔，對中臺表面、滑輪傳送帶進行定期清潔檢查，減少垃圾的附著。另外要對所有切邊部位控制無碎鐵片狀態，確保模具表面無油漆脫落掉落到板料上及模腔內[4]。

2.2 改進和控制措施后的效果

改進控制措施后跟蹤2個季度，出現燒結拉傷情況明顯減輕。產生的經濟效益：平均每天生產3次，停線180 min左右；按公司《節約換算標準》中得出人工成本為26.77元/人/小時節約金額為416327元。問題解決有效耗時50 h，人工成本為26.77×50=338.5元，電費為100元。投入的費用：1338.5+100=1438.5元；經濟效益=416327-1438.5=414988.5元。經半年的生產跟蹤驗證，數據顯示：根據模具刃口失效數據分析，因表面凸凹點停線時間占總停線時間從原來的56.3%降到14.03%，低于標準值；產品一次下線合格率從12%提升到92.5%；生產過程非計劃性停線從35%縮減到3.2%，生產效率從原來的班產500臺帶缺陷產品，提高到了班產800臺合格產品。這有效地改善人機工程，提高產品合格率，滿足產品質量要求的同時提升生產效率，減少了返工返修成本，改善效果顯著。

3 結語

由于汽車大型覆蓋件沖壓工藝的特殊性和客觀條件，致使生產過程凸凹點缺陷產生具有必然性，凸凹點缺陷不可能完全消除，但是可以使用以下相應的質量控制措施來減少：建立模具點檢制度并展開全員培訓；強化現場管理，車間級重點宣傳質量和成本意識；明確模具日常保養計劃和內容并實施保養，及時修理模具，保證模具始終具備良好的技術狀態；遵守“自檢互檢”原則，前后工序分區檢驗，層層把關，發現問題及時處理；規范沖壓操作工藝規程，明確保養時間和模具表面清潔頻次對模腔進行清潔；每50件使用壓縮空氣對切邊工序產生并滯留在刃口的鐵屑進行清理；清潔刃口后進行涂油處理，條件允許：改善沖壓操作環境，盡可能使用相對獨立的封閉環境生產；編制檢驗指導書，明確并提高檢驗抽檢頻次30件檢驗一次，由專業檢驗員進行抽檢，發現問題往前追溯30件；合理的優化模具結構，合理增加輔助裝置，改善人機工程、避免人為的磕碰。

從人、機、料、法、環、測等方面全面剖析了大型覆蓋件生產過程中的凸凹點質量缺陷產生的原因，并提出了相應的解決控制措施，實踐證明這些控制措施有效減少沖壓生產過程中凸凹點缺陷的產生，提升生產質量合格率，減少了事后返修返工的時間和成本，有效提升生產效率。從生產工作的實際經驗出發，對凹凸點缺陷的成因做了總結，供各位沖壓同仁討論，拋磚引玉，共同學習共同進步，把沖壓件的質量提升到更高的層次。