汽車沖壓件外觀缺陷的解決方案

文/王翀，陳建波，陳曉楓·廣汽乘用車有限公司

本文介紹了汽車沖壓件在生產(chǎn)過程中最常見的外觀缺陷（麻點不良）以及該不良產(chǎn)生的原因，并詳細(xì)闡述了全流程的解決方案，包括源頭改善和源流控制兩個方面，從源頭上削減異物碎屑的發(fā)生幾率，從源流上防止異物被帶入模具型面，能夠快速有效地削減沖壓件麻點不良、降低生產(chǎn)成本，對如何提升汽車板沖壓車間的品質(zhì)管理水平具有良好的借鑒作用。

隨著小汽車走進(jìn)千家萬戶，市場對小汽車的需求持續(xù)旺盛，但消費者對汽車的要求也越來越高，另一方面造車新勢力如雨后春筍般不斷出現(xiàn)，整個汽車行業(yè)面臨的競爭越來越大，如何在激烈的競爭中脫穎而出，就需要各大汽車制造商進(jìn)一步提高產(chǎn)品質(zhì)量、降低制造成本。沖壓作為整車廠四大制造工藝之一，也要不斷提升自身的產(chǎn)品質(zhì)量。汽車沖壓板件在生產(chǎn)過程中最常見的外觀缺陷就是麻點不良，常常造成零件品質(zhì)下降，導(dǎo)致返修工作量大、員工勞動負(fù)荷較高，曾長期困擾著汽車板沖壓行業(yè)。隨著涂裝車間使用更為環(huán)保的水性漆，水性油漆的覆蓋遮蔽能力偏弱，車身品質(zhì)對麻點不良大小的要求越來越高，如何有效削減沖壓零件麻點不良率，快速提升沖壓零件質(zhì)量顯得越來越迫切。

麻點不良的產(chǎn)生原因

麻點不良的產(chǎn)生機(jī)理

汽車的側(cè)圍、門板、發(fā)動機(jī)蓋板等金屬零件，是通過模具把一張平整的鋼板坯料歷經(jīng)拉延成形、修邊切料、整形、沖孔等工序后，得到最終的零件成品，鋼板坯料在沖壓過程中，鋼坯與模具型面是貼緊在一起的，如果兩者之間有異物碎屑時，沖壓成形后零件表面就會壓出凸點或凹點，如圖1 所示，一般稱這種外觀缺陷為麻點不良。

圖1 麻點不良的產(chǎn)生機(jī)理

異物的來源

在生產(chǎn)過程中沖壓零件出現(xiàn)麻點不良時，把異物收集起來，利用電子放大鏡觀察異物表面的形態(tài)、顏色等，有條件時做化學(xué)成分分析，快速準(zhǔn)確地確定異物的具體物質(zhì)。

經(jīng)過系統(tǒng)性分析和歸類，異物的來源有以下幾個方面，包括鋼板坯料(毛刺鐵屑、皮帶屑等）、清洗機(jī)(粉塵、皮帶屑等）、機(jī)器人(粉塵、油污等）、端拾器(團(tuán)狀毛屑、粉塵）、模具(鐵屑、粉塵、油污等）、車間角落(團(tuán)狀毛屑、粉塵等）。把收集到的異物整理歸類，編制形成數(shù)據(jù)庫，方便后續(xù)生產(chǎn)出現(xiàn)異常時查找對比，快速鎖定異物來源。

沖壓廠要有效、快速地解決沖壓零件麻點不良的問題，就要從源頭上杜絕各個環(huán)節(jié)產(chǎn)生異物，在源流上防止異物被帶入到模具型面。

削減麻點不良的有效對策

本次改善項目包括落料工序、清洗工序、搬運工序、模具沖壓等環(huán)節(jié)，提升全流程各個工序的潔凈度水平，防止鋼板坯料和模具型面出現(xiàn)異物，生產(chǎn)出高品質(zhì)沖壓零件。

落料工序改善

重點管理項目是控制刃口毛刺大小，以及防止鋼板坯料在傳送過程中刮擦皮帶產(chǎn)生皮帶屑。

⑴建立刃口毛刺標(biāo)準(zhǔn)，標(biāo)準(zhǔn)值≤0.1mm；測量工具：平口千分尺；重點測量位置：刃口交接處，如圖2 所示，通過調(diào)整刃口間隙和保證刃口表面粗糙度，嚴(yán)格按標(biāo)準(zhǔn)要求管理毛刺大小。

圖2 側(cè)圍鋼板坯料毛刺重點管理位置

⑵在傳送皮帶機(jī)構(gòu)增加頂起裝置，防止鋼板坯料流經(jīng)皮帶交接處時，刮擦皮帶從而產(chǎn)生皮帶碎屑，如圖3 所示。

圖3 在小皮帶處增加頂起裝置

鋼坯清洗工序改善

⑴建立清洗機(jī)清洗能力評價標(biāo)準(zhǔn)，詳見表1，定期做清洗能力測試，確保清洗機(jī)正常工作，能力滿足生產(chǎn)需求。

表1 清洗能力評價標(biāo)準(zhǔn)

⑵在線首的清洗機(jī)兩段皮帶交接處增加導(dǎo)輪，如圖4 所示，有效防止鋼板坯料傳送過程中刮擦皮帶，從而防止產(chǎn)生皮帶碎屑。

圖4 皮帶過渡處增加導(dǎo)輪

機(jī)器人搬運工序改善

端拾器的支架、吸盤等部件在工作時直接接觸到鋼板坯料，所以對其潔凈度要求很高，如果車間管理日常清潔保養(yǎng)不到位，端拾器的支架、吸盤等部件就會經(jīng)常堆積異物，如圖5 所示，聯(lián)動生產(chǎn)過程中把異物掉落在鋼板坯料上，導(dǎo)致沖壓后的零件出現(xiàn)麻點不良。

圖5 端拾器部件異物

改善對策：建立端拾器潔凈度標(biāo)準(zhǔn)管理制度，詳見表2，由固定責(zé)任人保養(yǎng)清潔，確保端拾器潔凈度維持在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)。

表2 端拾器部件潔凈度保養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)

拉延模具潔凈度改善

模具的異物來源分為兩大類，第一類是OP10 模具型面拉傷導(dǎo)致鋼板坯料表面拉毛產(chǎn)生鐵屑，第二類是模具本體的油污粉塵堆積后掉落到模具型面。

⑴OP10 模具拉延筋管理，模具鍍鉻前，型面達(dá)到鏡面效果，表面無拉傷、氣孔、裂痕等缺陷，硬度控制在40 ～45HRC；鍍鉻后表面硬度在60 ～65HRC。通過專項管理，能確保生產(chǎn)過程中不會發(fā)生由于模具表面的缺陷問題導(dǎo)致零件拉傷，從而有效防止產(chǎn)生鐵屑。

⑵為了防止模具本體堆積異物，需要對存儲環(huán)節(jié)做專門管理。OP10 模具必須存放在第一層，防止其他工序模具的異物掉落在上面；同時定期對OP10 模具進(jìn)行清潔保養(yǎng)，頻次是1 次/5000 沖次，重點管理項目是對型面、上空腔、壓邊圈等部位做清潔，保養(yǎng)完成后在壓邊圈的側(cè)面涂上黃油。

⑶除了在源頭上減少異物的產(chǎn)生，同時想辦法在異物流動環(huán)節(jié)上加以阻止，例如防止上空腔的異物跑到工作型面。為此，通過深入研究OP10 模具開合過程中氣流對模具型面潔凈度的影響，發(fā)現(xiàn)當(dāng)模具閉合時，型面的空氣排空，如圖6 所示；當(dāng)模具打開時，型面瞬間形成負(fù)壓，這時候通氣孔會快速、大量從上模空腔倒吸空氣，如圖7 所示，從而把上空腔細(xì)小的毛屑、粉塵吸入模具型面，長期重復(fù)動作下，模具型面就會堆積出異物。

圖6 模具排氣

圖7 模具吸氣

改善對策：在OP10 模具通氣孔上增加了氣流過濾裝置，采用金屬彎管+海綿的過濾裝置，如圖8所示，能有效地防止上空腔的異物倒吸進(jìn)模具的工作型面。

圖8 通氣孔上增加過濾裝置

消除模具刃口鐵屑

在生產(chǎn)過程中，經(jīng)常在修邊工序發(fā)現(xiàn)條狀鐵屑，如圖9 所示。這種長條狀的鐵屑，是由于上模修邊刀與下模廢料刀重切造成的，其原因是上模刀把鋼板刺破后，下模廢料刀的刀尖位置太靠上，對鋼板廢料二次剪切從而產(chǎn)生鐵屑，如圖10 所示。

圖9 刃口條狀鐵屑

圖10 上模刀與下模刀重切

解決方案：⑴下模廢料刀高出上模修邊刀4mm。⑵廢料刀背做負(fù)角處理，廢料刀的刀刃先于刀背接觸鋼板，刀尖首先刺破鋼板。⑶上模高刀刃入量6mm，上模低刀刃入量4mm，高低刃口的高度差控制在4mm，如圖11 所示。⑷刃口間隙值調(diào)整：理想間隙是鋼板坯料厚度的5%～10%。⑸刃口表面粗糙度管理基準(zhǔn)：刃口光順，無拉毛、擦黑、崩損現(xiàn)象，每5000 沖次點檢保養(yǎng)一次。

圖11 刃口高度調(diào)整

通過調(diào)整刃口高度和維持刃口良品條件，可以避免廢料刃口重切或者扯斷鋼板坯料的問題，先在試模機(jī)單機(jī)確認(rèn)合格后，再安排模具上壓力機(jī)生產(chǎn)，確認(rèn)沖壓生產(chǎn)過程無鐵屑產(chǎn)生，如圖12 所示。

圖12 刃口無鐵屑

減少模具型面與鋼板坯料接觸面積

通過上述改善對策的開展實施，整個生產(chǎn)環(huán)節(jié)的潔凈度得到很大改善，沖壓零件的麻點不良率已經(jīng)從5.5%下降到1.2%，要想進(jìn)一步削減麻點不良率，就要從預(yù)防環(huán)節(jié)再做改善。既然不能把生產(chǎn)環(huán)節(jié)的異物全部消除，那能不能減少模具型面與鋼板坯料接觸面積？即使出現(xiàn)異物，只要把異物“藏”起來，就能減少零件表面被異物壓出麻點的幾率，為此，我們研究在保證正常成形狀態(tài)下，如何減少成形過程中模具型面與鋼板坯料的接觸面積。如果能在模具型面增加藏屑孔/槽，當(dāng)有異物飄進(jìn)模具型面時，異物剛好落入藏屑孔/槽里面，如圖13 所示，就可以有效防止沖壓零件被壓出麻點。

圖13 異物落入孔/槽

⑴經(jīng)過研究和測試，不是所有的模具型面都可以制作藏屑孔/槽，否則在拉延成形過程中引發(fā)其他品質(zhì)問題，模具型面要增加孔/槽，原則上必須滿足以下三個條件：1）待加工孔/槽區(qū)域與型面R 角的距離要大于20mm，避免拉延過程中鋼板坯料流動產(chǎn)生變形，導(dǎo)致成品零件面品不良。2）待加工孔/槽區(qū)域的曲率半徑大于R500mm。3）待加工孔/槽區(qū)域不能是壓料的強(qiáng)壓受力面，防止零件表面被壓出凹凸點。

⑵藏屑孔/槽的機(jī)加工方案。1）依據(jù)上述原則，先初步確定模具型面的孔/槽待加工區(qū)域，如圖14所示，最終加工區(qū)域還要根據(jù)實際使用工況調(diào)整。2）使用藍(lán)光設(shè)備掃描模具實物型面數(shù)據(jù)，與3D 數(shù)模進(jìn)行數(shù)據(jù)對比，差異值必須小于0.05mm，確保走刀沒有干涉。3）設(shè)置核心加工參數(shù)，編寫機(jī)加工程序，此處需要特別注意的是，為了減少機(jī)加工孔/槽邊緣對零件品質(zhì)的影響，在距離邊界15mm 處做漸變處理，機(jī)加工孔/槽呈漸變變淺至消失的狀態(tài)。4）上機(jī)床加工處理，先試加工邊緣一處面積，確認(rèn)加工質(zhì)量合格后，繼續(xù)把剩下的位置全部加工完成，最后得到完整的加工效果，如圖15 所示。5）機(jī)加工完成后，使用高壓氣槍把孔/槽的異物清潔干凈，再使用專用的砂紙和合金銼刀對孔/槽表面進(jìn)行精細(xì)拋光。

圖14 模具型面待加工區(qū)域

圖15 模具型面的藏屑孔

批量生產(chǎn)驗證及對策標(biāo)準(zhǔn)化

機(jī)加工好的模具安排上壓力機(jī)生產(chǎn)線試沖3000件，確認(rèn)零件合格后，安排模具鍍鉻處理，確保量產(chǎn)穩(wěn)定。通過實施上述改善措施，零件麻點品質(zhì)不良大幅下降，零件不良率由5.5%下降為0.8%。隨著零件麻點不良率大幅下降，可以節(jié)省返工/返修工時、節(jié)省耗材和能源、減少故障停機(jī)、減少零件報廢等等，降低內(nèi)作生產(chǎn)成本，同時還可以削減2 名操作工/每個班，綜合收益非常可觀，既提升了零件品質(zhì)，又降低了生產(chǎn)成本。

經(jīng)實踐驗證有效的措施，我們就要把這些措施形成標(biāo)準(zhǔn)化的管理辦法和管理要求，并且每天持之以恒地去做，否則一旦松懈下來，生產(chǎn)環(huán)節(jié)的潔凈度得不到維持和保證，零件麻點不良就很容易反反復(fù)復(fù)地發(fā)生。把潔凈度的管理要求以崗位作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)書和良品條件的形式明確定義出來，能有效地約束各個崗位嚴(yán)格地加以執(zhí)行，確保各個管理措施持續(xù)有效地開展。

結(jié)束語

本文通過深入分析沖壓件麻點不良發(fā)生的機(jī)理，總結(jié)出一套行之有效的解決方案，一是源頭改善：要從異物產(chǎn)生的源頭著手，最大限度的減少異物的產(chǎn)生，包括落料環(huán)節(jié)、清洗環(huán)節(jié)、端拾器搬送、沖壓拉延等各個工序。二是源流控制：例如在模具的通氣孔增加過濾裝置、在模具型面增加藏屑凹槽，防止異物的帶入導(dǎo)致沖壓件表面形成麻點不良。通過源頭改善和源流控制雙管齊下，就能有效、快速降低汽車沖壓件的麻點不良，提升產(chǎn)品質(zhì)量，降低生產(chǎn)成本。