汽車頂蓋流水槽波浪問題分析及解決方法

文/孫剛，戴長征，熊瑞·一汽-大眾汽車有限公司佛山分公司

以某車型頂蓋為例，頂蓋上表面成形主要以脹形為主，尾部流水槽的負角工藝，是由OP40、OP50 兩序模具的斜楔翻整結構共同調整實現，因此對工藝設計、模具設計、模具調試的要求較高，同時導致模具調試與維護工作難度增大。本文介紹通過模具工藝結構改進和拉延筋調整等方面分析缺陷產生原因，解決流水槽的波浪、縮頸質量缺陷，為后續模具維修調試提供參考。

問題現狀

該頂蓋流水槽在批量生產過程中產生波浪，導致焊裝車間無法進行裝車，需人工對波浪缺陷進行返修，返修率高達100%，同時Audit 評審扣B 類項，整車裝配后流水槽波浪處存在積水風險，嚴重影響整車裝配質量及精度，需要對波浪缺陷進行優化。

頂蓋流水槽成形工藝

頂蓋流水槽工藝(圖2)復雜，成形深度相對較大，需要7 序模具完成，成形工藝順序分別是OP20 拉延、OP30 預修邊、OP40 預整形、OP50 斜楔側整、OP60修邊沖孔和OP70 上翻切邊。由于流水槽無法一次成形，OP40 工序對流水槽進行部分預整形，為OP50 流水槽最終成形做準備。另外，兩次整形都采用斜楔側壓整形完成流水槽負角工藝。

圖1 流水槽波浪缺陷樣圖

圖2 流水槽工藝排布圖

波浪產生原因

⑴壓料面壓力。在成形過程中，壓邊力可以調整進料流動速度，改善板料內部應力分布。壓邊力過小，板料流動阻力越小，增大板料內、外應力差，成形不充分，造成波浪。

⑵拉延筋種類。拉延筋設置是控制板料流動主要工藝，拉延筋主要分為圓筋、方筋、檻筋三種，若其選擇不當，不能提供有效進料阻力，使板料走料失穩流入量過快，形成起皺波浪。

⑶凸凹模間隙。對于淺拉延脹形件，凸凹模走料成形間隙過大導致頂蓋成形過程中無法達到綜合應變要求，局部塑性變形不充分，使得板料在厚度方向起伏，造成波浪。

⑷凸凹模R 角。在拉延成形或者整形時，凹模R角過大，導致成形過程中板料流過R 角時，產生阻力太小，板料流動過快產生波浪。

⑸成形高度。流水槽造型一次成形無法滿足需求，由于第一次整形高度要大于或者等于最終整形高度，導致存料過多，最終整形時，整形凸模無法將板料全部延展而產生波浪。

問題分析

波浪經常出現拉延、翻邊、整形工序，根據圖2流水槽工藝排布圖了解流水槽的成形主要在OP40 預翻整、OP50 整形，再結合流水槽的成形工藝曲線(圖3)分析，流水槽在成形過程中板料急劇變化，產生局部不平，且板料流動量非常大。此處流水槽的走料是通過凸凹模壓料面和拉延筋配合控制板料的流動，若壓料面的著色率低和拉延筋與筋槽的R 角過大將導致板料流動過快或者過多，均會造成波浪缺陷，故需要加大流水槽成形區板料流入量的限制。

圖3 流水槽成形工藝曲線圖

解決過程

減小筋槽R 角

如圖4 所示檢查OP50 模具工藝結構時，發現流水槽區域上模是利用圓筋控制此區域成形走料，使用半徑規測量下模筋槽R 角為R4mm。圓筋筋槽R 角標準設計為R2mm(圖5)，剛好比標準設計R 角大了一倍。故分析缺陷產生機理是由于長期生產磨損導致筋槽R 變大，使得流水槽區域板料流動過快，整形時板料走料失衡，產生波浪。首先將燒焊下模筋槽R 角，將筋R 角做小，恢復至R2mm 的標準設定，保證整形時提供足夠的進料阻力，使其塑性變形更充分。

圖4 測量筋槽R 角

圖5 拉延圓筋設計標準

圓筋改為方筋

因為流水槽最終成形工序為OP50，需要盡量控制板料少流動，嘗試將原來的圓筋改為方筋(圖6)，依靠拉延方筋提供制件成形所需要的進料阻力，加劇板料的塑性變形，使流水槽整形區域板料得到充分延展，提高制件成形剛性。并且改為方筋后能降低OP50 流水槽整形凸凹模壓料面和筋槽R 角的磨損，提高模具壽命，保證后期長期生產的穩定性。注意，筋與筋槽的R 角一般不能小于R2mm，避免制件表面刮鋅皮或產生積屑瘤影響制件成形質量。

圖6 圓筋改為方筋

凸凹模著色提升

結合圖3 工藝流程圖可知，OP50 工序流水槽整形時，存在整形拉深工藝，因此除了筋直接控制該區域走料之外，整形凸凹模著色也至關重要，整形凸凹模在最終成形上起決定性作用，作為工作零件其著色率要求非常高，將直接影響制件成形質量。由于長期高強度批量生產導致工作面磨損，檢查整形凸凹模著色率僅60%，導致部分區域壓料力不足，造成板料成形時在厚度上產生波動，影響板料流動的穩定性。故需要以翻邊凸模為基準研修翻邊凹模著色，使其上下壓料面著色率研修至80%，達到模具著色驗收標準。

實施以上措施優化OP50 整形工序流水槽拉延筋及筋槽R 角后，由于在制件成形過程中板料流動減少，波浪缺陷得到控制，但在調試生產過程中發現流水槽立面R 角出現新增縮頸缺陷(圖7)，制件生產報廢率高達6.3%。

圖7 縮頸開裂缺陷樣圖

線上研修放大下模筋槽R 角使板料流動稍加增多，波浪缺陷再次出現，對比優化前狀態有所減輕，不過依然無法滿足質量要求(圖8)針對此問題反復多次燒焊調整拉延筋，同時通過對OP40 凸模R 角進行放大等方式調整進料分布，但均無法將模具調試至一個同時無波浪和縮頸的穩定狀態。

圖8 波浪缺陷減輕

成形工藝改進

對比OP40 與OP50 兩工序件流水槽邊緣走料線。發現兩序流水槽中部收料線相差25mm(圖9)。如圖10 所示嘗試通過調整OP40 上模流水槽翻邊凸模高度，向內側加高10mm 方式來增加翻邊預翻深度，使得OP40 流水槽翻邊時多走10mm，最終成形位置由E 處改為F 處，增大流水槽在OP40 工序成形的預翻量，使得OP50 流水槽成形走料長度由25mm 減小至15mm，減小兩序走料差距。在OP40 下模對應區域研配去量，調試后對比制件成形狀態，同時對OP50筋及筋槽R 角重新優化調整。

圖9 兩序流水槽收料線對比

圖10 OP40 預翻量加深示意圖

為保證OP50 長期穩定性，將整形凸模表面淬火，降低表面粗糙度，最終流水槽波浪消除，制件無縮頸等缺陷(圖11)。Audit 單件評分由B 降至C1，焊裝裝車無需返修，同時解決流水槽處積水問題，批量生產驗證制件狀態穩定。

圖11 最終調試件

結束語

本文闡述了頂蓋流水槽波浪缺陷的產生機理，并通過改進模具整形工藝及合理利用拉延筋控制走料等方法優化質量缺陷。此改進方案為帶有流水槽的頂蓋模具，解決類似質量問題時提供思路和方向。同時可為以后流水槽工藝設計做參考，從而在設計階段進行問題規避，提高模具生產穩定性及單件質量，縮短后期模具調試周期。