沖壓件對機(jī)器人包邊質(zhì)量的影響及控制

摘 要：文章針對汽車門蓋線的包邊技術(shù)要求，分析了生產(chǎn)應(yīng)用中常見的機(jī)器人包邊常見的缺陷形式，研究了機(jī)器人包邊系統(tǒng)中影響包邊質(zhì)量的主要因素，重點(diǎn)講述了外板翻邊長度、角度、內(nèi)R角、內(nèi)外板整體質(zhì)量對機(jī)器人包邊質(zhì)量的影響及控制方法，為汽車門蓋包邊質(zhì)量的提升提供了理論依據(jù)。

關(guān)鍵詞：機(jī)器人；包邊；影響

中圖分類號：U468.21 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-8937（2012）17-0090-02

汽車產(chǎn)業(yè)是我國國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要支柱產(chǎn)業(yè)，隨著生產(chǎn)力的迅速發(fā)展，柔性自動化的生產(chǎn)方式是現(xiàn)代企業(yè)所追求的目標(biāo)，面對競爭日益激烈的市場需求，提升汽車白車身生產(chǎn)線的柔性和自動化程度勢在必行。機(jī)器人柔性滾邊技術(shù)是白車身焊裝技術(shù)的重要組成部分，它是通過安裝在機(jī)器臂上滾邊頭中的滾輪，在滾邊胎模的支撐下沿板件包邊型面進(jìn)行滾壓包邊的內(nèi)外板連接技術(shù)。機(jī)器人滾邊零件質(zhì)量的好壞直接影響車身裝配尺寸精度、車身覆蓋件的表面質(zhì)量、整車外觀美觀和強(qiáng)度，而沖壓件質(zhì)量的好壞是決定滾邊質(zhì)量的好壞重要因素之一，因此，研究沖壓件對機(jī)器人包邊質(zhì)量的影響及控制對機(jī)器人滾邊的質(zhì)量就顯得尤為重要。

1 機(jī)器人包邊工藝

滾邊是包邊的一種，機(jī)器人滾邊工藝是由機(jī)器人按預(yù)定的程序和軌跡控制滾邊工具的運(yùn)動，按相應(yīng)程序?qū)⒘慵M(jìn)行折邊處理。其包邊過程同傳統(tǒng)的包邊形式相同，分為三個步驟：翻邊，預(yù)包邊，終包邊，如圖1（a），（b），（c）。在滾邊時，滾邊頭通過壓力裝置將壓力傳給滾輪，通過滾輪施加作用力在工件上，施壓過程中預(yù)留的翻邊向內(nèi)側(cè)翻折并最終壓平或成一定角度。

機(jī)器人滾邊系統(tǒng)主要包括三大部分組成：滾邊胎模定位系統(tǒng)、滾邊工具系統(tǒng)、機(jī)器人及其控制系統(tǒng)。滾邊胎模定位系統(tǒng)用于將待滾邊零件放置在滾邊模具上，然后用定位機(jī)構(gòu)進(jìn)行定位；而滾邊工具系統(tǒng)中，滾邊頭上面的滾輪根據(jù)滾邊加工步驟的不同進(jìn)行選取，通過滾輪將零件外板的翻邊沿內(nèi)扳進(jìn)行彎曲。機(jī)器人及其控制系統(tǒng)主要用于控制滾輪的軌跡、速度和滾邊壓力，以及機(jī)器人與其他相關(guān)系統(tǒng)之間的通信。

2 機(jī)器人包邊常見缺陷

機(jī)器人包邊常見的缺陷主要有兩大類：尺寸精度缺陷和外觀質(zhì)量缺陷，除此之外，包邊失效也是機(jī)器人包邊在項(xiàng)目初期常見的缺陷。具體的機(jī)器人滾邊常見缺陷見表1。

3 機(jī)器人包邊的影響因素

機(jī)器人滾邊缺陷的產(chǎn)生，是一種或多種因素共同作用的結(jié)果，這些因素的不合理不僅影響了零件的外觀質(zhì)量與尺寸的穩(wěn)定性，同時，產(chǎn)生缺陷后零件及模具的返修在增加非增值時間的同時也大大增加了生產(chǎn)與制造成本，造成了很大的浪費(fèi)。因此，研究機(jī)器人包邊的影響因素顯得尤為重要，而在這些影響因素當(dāng)中，沖壓件質(zhì)量的高低及穩(wěn)定性將直接決定機(jī)器人包邊的質(zhì)量及穩(wěn)定性。

影響機(jī)器人包邊質(zhì)量的沖壓件主要是門蓋的外板和內(nèi)板。

3.1 外板的影響

①翻邊長度h。翻邊長度的大小直接影響到滾壓零件的質(zhì)量。一方面，翻邊稍大時，有利于沖壓模的設(shè)計和制造，有利于板料的生產(chǎn)，并且包邊后使得翻邊與內(nèi)板的接觸面積增加，有利于包邊件的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和穩(wěn)定性，但是，翻邊長度太大時，零件在滾壓過程中產(chǎn)生的應(yīng)力無處釋放，容易產(chǎn)生波浪、褶皺、平面變形、特征線不清晰等缺陷。另一方面，翻邊長度較小時，由于翻邊角部產(chǎn)生的加工硬化，造成翻邊與角部加工硬化區(qū)域重合，這樣在滾邊時，產(chǎn)生的應(yīng)力就要通過內(nèi)外板一起來消化，容易產(chǎn)生翻邊邊緣下塌；同時，翻邊過短，存在包邊包不住的風(fēng)險，甚至造成包邊失效。普通包邊的翻邊長度一般不大于10mm，角部曲率變化較大的區(qū)域一般取2.5～5 mm，水滴包邊的翻邊長度以13～16 mm為佳，且在較長邊中間加窄邊過渡以釋放應(yīng)力。

②翻邊角度θ。外板翻邊角度的大小決定了翻邊根部的加工硬化狀況，由于根部的加工硬化，在進(jìn)行包邊時變形往往優(yōu)先在根部附近的區(qū)域發(fā)生，而不直接發(fā)生在根部，翻邊角度越大，根部產(chǎn)生的加工硬化越不明顯，滾邊過程中發(fā)生變形的區(qū)域越不好控制，增加了包邊后尺寸的不確定性，影響到尺寸精度的穩(wěn)定性，同時，也會產(chǎn)生波浪、褶皺、平面變形、特征線不清晰等缺陷。反之，翻邊角度越小，根部產(chǎn)生的加工硬化越明顯，滾邊過程中發(fā)生變形的區(qū)域越容易控制，包邊后尺寸外形尺寸變化較小，產(chǎn)生缺陷的幾率也較小。但是，翻邊角度過小給沖壓件的脫模帶來很大的困難，生產(chǎn)過程中翻邊角度θ通常為90°～105°，在某些有特殊要求的被包件上翻邊角度θ也會有所不同，需視具體部位調(diào)節(jié)。

③翻邊內(nèi)R角。外板翻邊內(nèi)R角的影響機(jī)理與翻邊角度相似，內(nèi)R角越大，加工硬化的區(qū)域越大，產(chǎn)生尺寸及外觀質(zhì)量缺陷的幾率越大，反之，內(nèi)R角越小，加工硬化的區(qū)域越小，產(chǎn)生尺寸及外觀質(zhì)量缺陷的幾率越小，但是，當(dāng)內(nèi)R角過小時角部產(chǎn)生加工硬化的區(qū)域存在很大的應(yīng)力集中，而應(yīng)力集中往往是裂紋容易產(chǎn)生的地方，從而導(dǎo)致包邊部位開裂，影響到門蓋外觀質(zhì)量及結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，生產(chǎn)過程中內(nèi)R角一般在0.2～0.5 mm之間，它往往隨著外板板厚δ的變化而變化，常見的內(nèi)R角通常取δ/2。

④外板的質(zhì)量穩(wěn)定性。外板的質(zhì)量是影響包邊質(zhì)量的重要因素，由于通常門蓋外板要比內(nèi)板薄一些，而對于薄板沖壓件的成型，由于應(yīng)力的作用，使得薄板沖壓成型后易于變形或者產(chǎn)生回彈，尤其是一些拐角、曲面或特征線部位，同時，在板料成型及物流運(yùn)輸過程中，一些不必要的灰塵和碰撞，可能會造成外板外表面的損傷，這些對于作為汽車覆蓋件的外板更是不允許的。因此，對于外板的質(zhì)量控制要從沖壓工藝及模具的質(zhì)量入手，同時控制物流的運(yùn)輸過程及料架設(shè)計，以把對外板的損傷減到最小。

3.2 內(nèi)板的影響

包邊過程是一個復(fù)雜的薄板成型過程，最終包邊質(zhì)量的好壞除受機(jī)器人滾邊工藝的影響外，更主要的取決于內(nèi)板的質(zhì)量。首先是內(nèi)板的切邊，當(dāng)沖壓工藝不當(dāng)時，切邊往往存有波浪變形、開裂、毛刺、凹凸不平、尺寸變化不規(guī)律等缺陷，而這些缺陷是造成翻邊類似缺陷的重要因素。其次，內(nèi)板的局部或整體變形會引起包邊件的局部或整體變形，甚至?xí)绊戙q鏈安裝孔的位置精度及穩(wěn)定性，嚴(yán)重影響白車身的質(zhì)量匹配，更有甚者，當(dāng)變形較大時會造成包邊失效。因此，對沖壓件內(nèi)板的控制，必須制定合理的沖壓工藝，并嚴(yán)格按照模具的設(shè)計要求進(jìn)行設(shè)計，制定合理的定位與反變形策略，以防止內(nèi)板的變形及保持切邊的穩(wěn)定性。

4 結(jié) 語

在實(shí)際的生產(chǎn)應(yīng)用中，對機(jī)器人滾邊零件缺陷及其影響因素進(jìn)行研究，通過對各種不利因素加以調(diào)整和控制，不僅有利于減少機(jī)器人滾邊質(zhì)量缺陷的產(chǎn)生，提升機(jī)器人滾邊零件的外觀質(zhì)量與尺寸精度，同時，對于提升整車匹配的質(zhì)量和尺寸精度以及提高企業(yè)的核心競爭力有著非常重要的作用。

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