汽車發動機蓋包邊模的調試方法研究

陳文鋒，曾昭亮，楊玉貴

（四川成飛集成科技股份有限公司，四川成都 610091）

1 引言

汽車包邊是將汽車上兩個或多個制件連接到一起的工藝，其中，包邊模由于生產過程中采用一次動作完成對制件的定位、壓料、預包邊和包邊，其上下模還可對制件進行幾何形狀的校正，這種工藝設備的生產效率，制件品質，穩定性，與其他包邊工藝設備相比具有明顯的優勢，在國內汽車廠家中運用的較廣泛。由于這種工藝方法引進于日本，在每個車型中，所需的量又不是很大，所以國內對這種模具的生產調試經驗比較少。通過總結最近這幾年對相關項目的包邊模的調試經驗總結，以最具代表性的汽車發動機蓋為實例，介紹這個制件的常見質量缺陷，具體分析產生的原因，及模具的調試解決方案，為將來的其它包邊模提供合理高效的調試方案。

2 包邊模常見缺陷及排除方法

汽車發動機蓋包邊模，是將發動機蓋內板與外板連接到一起的工藝設備，它是通過機床提供動力，做上下往復運動，在向下運動過程中，通過定位銷，壓料板，預彎機構，主彎鑲塊實現對制件的定位，壓料，預彎，主彎動作。其中制件的表面質量和外形尺寸偏差，大部分出在預彎和主彎階段。以下通過實例，具體介紹包邊模的常見缺陷的排除方法。

2.1 面品缺陷及排除方法

2020 年5 月，在調試長安福特某項目的發動機蓋時，發動機蓋包邊后，前擋風玻璃處的兩處尖角出現凹陷（見圖1），與翼子板搭接處的兩處圓弧R出現了輪廓不順暢現象（見圖2）。間隙在2.3~3.0mm，間隙差達到了0.7mm。在試生產階段，輪廓不順暢位置和大小還不穩定。出現大批量的返修，嚴重影響生產效率。

圖1 表面凹陷圖

圖2 輪廓尺寸圖

如圖1所示，通過對制件尖角處進行分析，可以看出制件尖角處，有一段圓弧，在外板預彎和主彎過程中，由于圓弧處往內包邊，該段圓弧包邊后會缺料，受缺料拉應力的影響，隨著主彎力的消失而釋放，所以在調試時，應該先從減小內應力上入手。

（1）從減小單件的內應力入手，用圓弧公式：

式中N——圓弧對應的圓心角度

π——圓周率

R——圓弧半徑

可計算處該段圓弧缺料情況。該段圓弧R為300mm，圓弧對應角度為30°，翻邊高度為10mm，通過公式可以算出：

包邊后的翻邊線長度為：

通過計算可以看出，兩段圓弧缺料為：

在公式中可以看出，翻邊高度越短，對圓弧的影響越小。在查閱了長安福特的技術標準后，將翻邊高度降到了5mm 通過公式可以算出，改進后，圓弧L2=30×3.14×（300+5）÷180=159.62mm。

缺料長度L2-L1=2.62

通過對外板翻邊高度的降低，可以看出圓弧缺料優化了很多。

（2）對包邊模的改進。在包邊過程中，模具盡量做到對材料的全約束，任何一個地方的應力釋放或者應力突變，都會反映在制件的表面上。所以要全面檢查模具的每一個細節。

a.應先檢查制件與下模型面的貼合程度，因為外板單件在成型過程中，材料受擠壓力，剪切力，彎曲力，材料表面硬化等影響，由于殘余應力的釋放，會有彈性變形。所以要檢查制件與下模型面是否一致。如果外板與下模不一致的話，制件在壓料階段，將力作用在外板上，外板與下模型面不符，在壓料的時候就將制件表面壓變形。具體的檢查方法是先將單件外板涂上紅丹，放入下模，用手按壓制件，通過著色檢查是否型面一致。通過著色檢查后，發現外板制件與下模有0.2mm 的間隙。所以要將制件與下模進行研磨協調。經過協調好的下模，制件與下模形成至少20mm寬的一致形狀，這個寬度，正好是壓料板和主彎鑲塊對下模施加力的最小寬度。

b.在包邊模預彎過程中，要盡量控制預彎變形的區域，因為預彎變形區域越小，制件面品質量越高。在預彎過程中，預彎鑲塊是向制件翻邊輪廓法向做運動，如圖3所示。

力F1是往法向方向的，制件預彎后角度越小，制件的形變區域就越大，所以要盡量的增大預彎角度。通過改變預彎角度，反復試驗，發現預彎角度只要小于或等于75°，都可以順利的主彎，而且預彎角度對輪廓的縮進影響最小。所以，將制件預彎角做成75°，以減小預彎變形區域。由于向內變形區域越小越好，通過圖3 可以看出，壓料板離制件邊緣是最近的，還可通過壓料板對制件垂直方向增加壓料力，讓外板與下模緊密貼合，以達到減小預彎變形區域的目的。施壓壓力以不破壞制件表面面品為原則，通過減小單件的內應力和對預彎變形區域的控制，改進后的包邊制件，包邊面品得到了很大的提高，如圖4所示。

圖3 預彎鑲塊運動軌跡圖

圖4 表面質量圖

2.2 制件圓弧輪廓不順暢包邊不良及解決方法

通過圖5（試模產品）可以看出該段圓弧的間隙在2.3~3.0mm，圓弧的間隙差達到了0.7mm，誤差非常的大。該段圓弧在法向上還呈反弧形。圓弧包邊后材料會多出一部分，通過圖6還可看出，在包邊過程中，每段圓弧所受力方向還不同。

圖5 輪廓間隙圖

圖6 局部包邊起皺圖

制件的形狀，決定了在主彎過程中，由于包邊多余材料易產生起皺，想要均勻的在圓弧分散多余材料的應力非常的困難，如圖7所示。

圖7 產品造型圖

首先是對模具結構的分析，模具該處由于受空間的限制，只能安裝一組預彎機構，如圖8所示。整段圓弧在預彎過程中，只能向一個方向運動。由于制件圓弧處的特殊形狀，每段圓弧上的初始角度都不同，而模具采用這種結構后，只能完成一種預彎角度，在工作過程中，造成角度大的位置先接觸，角度小的位置后接觸，圓弧中間的材料會向兩側擠壓，擠壓應力出現不均勻，材料會提前在圓弧某段出現起皺，在接下來主彎過程中，直邊材料還會向薄弱點擠料，造成起皺點材料越來越多。包邊后的制件，會往外卷料，造成輪廓不順暢。

圖8 預彎斜鍥圖

問題找到后，首先還是先從制件的根本原因入手，解決制件多料問題。制件外板圓弧翻邊高度為8mm，圓弧半徑為R90mm，弧長對應角度為45°，多余材料可以用圓弧公式L=Nπr/180計算。

包邊后弧長L2=45×3.14×（90-8）÷180=64.37mm

多余材料L1-L2=6.28mm

通過計算可以看出，該段圓弧包邊后，材料多出了6.28mm，經過對長安福特的技術標準核定，確定包邊高度最低可以為5mm，由弧長公式可以算出:

改進后，多余材料L1-L2=3.93mm

通過對單件的改進，可以大大減少多余的材料，對接下來包邊模調試非常的有利。

前面在模具分析中看出，模具在工作過程中，主要還是預彎出現了材料不均勻堆積現象，才造成了主彎后的制件輪廓不順暢。所以，在模具調試中要對預彎鑲塊進行改進。

在改進中，發現制件輪廓不順的位置不穩定，給模具的調試又增加了很大難度。通過對預彎鑲塊的分析，發現是模具在預彎時，預彎鑲塊與外板單件圓弧不一致，在預彎過程中不能對材料進行全程的約束，照成預彎后起皺的點不穩定，最后包完邊的制件圓弧質量不穩定。要做到預彎穩定，必須對材料在預彎過程中進行全程約束。

為了更準確的判斷問題，需要做以下的準備工作：

第一步：為方便直觀看制件包邊后輪廓走料情況，減少對質量缺陷的誤判，需要將制件圓弧輪廓處用刻線刀進行刻線，如圖9所示。

圖9 產品圓角圖

第二步：為方便觀察預彎過程中的走料情況，需要將制件圓弧處涂上紅丹著色。

第三步：為找到預彎鑲塊圓弧與下模制件圓弧的準確位置，可將準備好的制件放入下模，用記號筆畫出制件圓弧與模具對應的圓弧線。做好以上工作后，將外板件取出，將預彎機構彈簧卸下，模擬預彎鑲塊工作到下行程點狀態，對預彎鑲塊圓弧與制件圓弧進行匹配研磨，做到預彎鑲塊圓弧與制件圓弧一致，預彎鑲塊工作到底狀態在制件圓弧的根部，這樣研配好的預彎鑲塊，在預彎過程中才能對材料進行全程約束。

經過以上的改進以后，放入準備好的外板和內板，進行預彎。通過預彎后的制件，發現由于受預彎機構只能往一個方向運動的限制，圓弧中間的材料還是向兩側擠壓堆積，出現起皺，如圖10所示。

圖10 圓角預彎后圖

最后，將制件進行分段的主彎，在分段主彎的最后階段，由于制件圓弧處的特殊形狀，包邊過程中，不是標準的扇形包邊，而是一個反成形包邊，主彎過程中，每段材料受力不均勻，直邊材料翻邊高度比圓弧處的高，提前與主彎鑲塊接觸受力，將材料往圓弧上推擠，當出現起皺后，所有的多余材料都往薄弱點堆積，包完邊的制件，材料多的位置，輪廓往外卷，材料少的位置往里卷，造成總成輪廓間隙大小不均，圓弧不順暢。在現場通過試驗發現，只要用手工敲擊預彎，預彎后的制件呈波浪形（見圖11），主彎后的圓弧輪廓就很圓順。因此，在此基礎上提出了材料引導的概念，就是在圓弧預彎過程中，將多余的材料分多點，引導到需要的地方，讓主彎后的制件材料均勻的擴散在圓弧上，達到圓弧輪廓圓順的目的。

圖11 圓角手工預彎圖

具體的調試方法：先在制件輪廓上用刻刀劃線，將制件放入模具內，再將預彎鑲塊圓弧處，按3 處等分，分別焊3個寬5mm，高3mm的凸點，焊好后打磨圓順，一切準備工作做好后，做一個全動作件，通過看所刻的線在輪廓邊緣位置的變化，就可看出材料的卷邊走料情況。在這種狀態下，預彎后的制件會出現3處凹陷點，在主彎過程中多余的材料會向預先做好的凹陷點流動，凹陷點的材料會往外卷料。這時，再對這3個點內的圓弧進行優化，在每一段內增加一個點，對多余材料進行再引導，讓材料均勻分散在整段圓弧上，達到圓弧輪廓圓順的目的。通過改進后，包邊的制件間隙控制在了2.7~3.0mm（見圖12），圓弧輪廓順暢（見圖13），效果非常好。

圖12 整改后輪廓間隙圖

圖13 整改后表面質量圖

經過以上改進后的模具，連續生產了6萬多件，模具非常穩定，產品質量得到了客戶的一致好評。以上的調試方法，還可以應用到其他的包邊模調試中，如汽車前、后門、行李箱、背門等，經過多年的驗證，具有很好的效果。

3 結束語

汽車包邊模調試是一種很復雜的工作，需要綜合運用相關單件的沖壓工藝知識，單件的質量控制，焊裝焊接工藝，車身質量管控等相關知識，只有努力學習探索，不斷的總結經驗，才能更好的制造調試出高品質的模具和產品。