側(cè)圍外板流水槽拐角處起皺問題分析與改進(jìn)

文/丁祖銀，李峰，吳用福，榮志文·奇瑞汽車股份有限公司

側(cè)圍外板流水槽拐角處起皺問題分析與改進(jìn)

文/丁祖銀，李峰，吳用福，榮志文·奇瑞汽車股份有限公司

問題描述

整車AUDIT反饋某車型側(cè)圍外板流水槽與頂蓋拐角處出現(xiàn)起皺甚至疊料現(xiàn)象（圖1所示的紅線Ⅱ區(qū)域內(nèi))，對整車外觀影響較大，對后序工藝生產(chǎn)也有一定影響。對于焊裝工藝，由于起皺會造成白車身側(cè)圍部位與流水槽內(nèi)板配合間隙變大，影響焊接，導(dǎo)致焊點強(qiáng)度變低；對于涂裝工藝，因為起皺，PVC涂膠時會出現(xiàn)氣泡，涂膠美感差。

圖1 側(cè)圍外板流水槽與頂蓋拐角處出現(xiàn)起皺

問題分析及改進(jìn)思路

起皺是一種由板料壓縮不穩(wěn)造成的塑性失穩(wěn)現(xiàn)象，即由于板料壓縮應(yīng)力和金屬流動不穩(wěn)定造成的。當(dāng)切向壓應(yīng)力達(dá)到板料的臨界壓應(yīng)力值時，如果有任意微小擾動，起皺就會開始。一般情況下，切向壓應(yīng)力在凸緣的外邊緣達(dá)到最大值，故起皺也首先在最外邊緣發(fā)生。板料在塑性變形中會受到復(fù)雜的應(yīng)力，由于板厚方向尺寸比其他兩個方向尺寸小的多，故厚度方向最不穩(wěn)定，當(dāng)板面內(nèi)的壓應(yīng)力達(dá)到一定值時，板厚方向會失穩(wěn)起皺，而板料中金屬質(zhì)點流動的速度不同、板料不同部位與模具摩擦阻力差異等都有可能導(dǎo)致起皺。

首先，該側(cè)圍翻邊的Ⅰ區(qū)、Ⅱ區(qū)、Ⅲ區(qū)在翻邊時都受到壓應(yīng)力，經(jīng)受力分析Ⅱ區(qū)拐角正中間所受的切應(yīng)力最大，且切向壓應(yīng)力已達(dá)到板料的臨界壓應(yīng)力，故Ⅱ區(qū)會起皺；其次，Ⅱ區(qū)切向壓應(yīng)力在凸緣的外邊緣達(dá)到最大值，故起皺也首先在Ⅱ區(qū)最外邊緣發(fā)生，并且越靠近Ⅱ區(qū)最外邊緣越嚴(yán)重；再次，此側(cè)圍板厚方向尺寸比其他兩個方向尺寸小的多，板面內(nèi)的壓應(yīng)力已達(dá)到一定值，故Ⅱ區(qū)在板厚方向會失穩(wěn)；最后，Ⅰ區(qū)、Ⅱ區(qū)、Ⅲ區(qū)三個區(qū)域的金屬質(zhì)點都發(fā)生流動，然而Ⅰ區(qū)和Ⅲ區(qū)金屬質(zhì)點與模具的摩擦阻力遠(yuǎn)小于Ⅱ區(qū)，且Ⅰ區(qū)和Ⅲ區(qū)金屬質(zhì)點的流動速度也小于Ⅱ區(qū)，也促使了Ⅱ區(qū)起皺。因此，Ⅱ區(qū)內(nèi)尤其外邊緣板厚方向容易起皺甚至疊料。

為解決此問題，對模具R角、側(cè)圍翻邊后的流水槽和頂蓋部分的夾角、側(cè)圍翻邊后的料邊長度等進(jìn)行分析。

⑴模具R角。模具R角變大時，此部分起皺問題會有所減緩，但效果不明顯，而且增大模具R角，與側(cè)圍部分配合的部件尺寸（如后背門、流水槽內(nèi)板等)都要對相應(yīng)設(shè)計進(jìn)行變更，如此會對整車的造型、美觀產(chǎn)生較大影響，此方法暫不可行。

⑵側(cè)圍翻邊后的流水槽和頂蓋部分的夾角。夾角增大時，此部分起皺問題會有所減緩，然而與側(cè)圍部分配合的部件尺寸都要相應(yīng)進(jìn)行設(shè)計變更，也會對整車造型、美觀產(chǎn)生較大影響，此方法也不可行。

⑶側(cè)圍翻邊后的料邊長度。通過CAE分析減小側(cè)圍Ⅱ區(qū)翻邊前的料邊長度，對此部分起皺影響顯著，而且此種方法快捷有效，從根本上解決了起皺問題。使用CAE分析減小側(cè)圍Ⅱ區(qū)翻邊前的料邊長度，實施此次改進(jìn)。

改進(jìn)措施驗證

⑴采用CAE分析，減小側(cè)圍翻邊后的料邊長度進(jìn)行預(yù)分析。CAE分析發(fā)現(xiàn)改進(jìn)后外觀有明顯提升（圖2)。通過CAE分析得出料邊減短后，制件Ⅱ區(qū)夾角部位起皺有明顯改觀，將夾角部位在原有料邊基礎(chǔ)上減短7mm理論上可消除起皺。

⑵初步確定改進(jìn)量并進(jìn)行手工樣件生產(chǎn)、效果確認(rèn)。通過CAE分析后，按照手工件驗證步驟（圖3)，驗證實物料邊切斷后效果。

通過CAE理論分析，制作1∶1理論樣板，依據(jù)理論數(shù)據(jù)反推切除部位與切除量，通過手工打磨OP30工序件，經(jīng)過OP40翻邊，切除料邊長度實際可以解決翻邊夾角起皺問題。按照同樣方法對左右側(cè)圍外板起皺實施小批量手工驗證。

⑶將左右側(cè)圍外板改進(jìn)后數(shù)據(jù)與左右流水槽上部進(jìn)行CATIA裝配分析，驗證翻邊起皺部位改進(jìn)后實物焊裝匹配效果。使用手工打磨件經(jīng)焊裝夾具進(jìn)行匹配驗證，與相鄰匹配件左右流水槽上部匹配間隙、料邊效果。通過理論數(shù)據(jù)裝配驗證和手工打磨切除料邊件焊裝夾具匹配驗證，發(fā)現(xiàn)匹配后側(cè)圍外板Ⅱ區(qū)部位產(chǎn)生空洞（圖4)。

圖2 采用CAE分析發(fā)現(xiàn)改進(jìn)后外觀有明顯提升

⑷組織評審、確定最終修改量。通過手工打磨工序件在模具上生產(chǎn)驗證、手工驗證件在焊裝匹配驗證，最終由車身技術(shù)研究院、生產(chǎn)部門車身技術(shù)科、質(zhì)量科、沖焊車間共同確定，為消除左右側(cè)圍外板拐角處起皺現(xiàn)象，將左右側(cè)圍外板Ⅱ區(qū)39mm段起皺部位料邊分別減短0mm-7mm-0mm進(jìn)行設(shè)計變更。針對改進(jìn)后匹配空洞現(xiàn)象同步對流水槽上部翻邊長度進(jìn)行設(shè)計變更，最終決定進(jìn)行設(shè)計優(yōu)化并分步實施改進(jìn)。

改進(jìn)方案實施

⑴為解決左右側(cè)圍外板改進(jìn)后與左右流水槽上部本體匹配產(chǎn)生空洞現(xiàn)象，聯(lián)系左右流水槽上部本體廠家，對左右流水槽上部本體與側(cè)圍外板改進(jìn)匹配點進(jìn)行同步改進(jìn)，改進(jìn)方案可以優(yōu)化流水槽上部匹配部位翻邊角度，增加料邊，消除匹配空洞（圖5)。

圖3 手工件驗證步驟

⑵對左右側(cè)圍外板預(yù)消除起皺部位模具實施改進(jìn)。聯(lián)系外委模具廠家、設(shè)備管理部專家現(xiàn)場研討確認(rèn)改進(jìn)方案。經(jīng)現(xiàn)場分析，決定在原有OP30模具修邊部位增加側(cè)修邊機(jī)構(gòu)，可達(dá)到將料邊切短的目的。左右側(cè)圍模具改進(jìn)周期為30天，改進(jìn)費用20萬元。

模具/制件改進(jìn)效果驗證

通過對側(cè)圍流水槽與頂蓋拐角處的起皺問題進(jìn)行分析改進(jìn)，模具外出加工回廠后調(diào)試生產(chǎn)，側(cè)修邊機(jī)構(gòu)實現(xiàn)的修邊尺寸達(dá)到預(yù)期效果（圖6)，觀感上較之前有明顯提升，且涂裝刷膠方便。驗證結(jié)論：改進(jìn)成功，可批量生產(chǎn)，生產(chǎn)部門車身技術(shù)科根據(jù)庫存消耗情況下發(fā)切換通知單。

圖4 理論與手工驗證間隙、料邊效果

圖5 優(yōu)化流水槽上部匹配部位翻邊角度

圖6 側(cè)修邊機(jī)構(gòu)實現(xiàn)的修邊尺寸達(dá)到預(yù)期效果

結(jié)束語

本文主要針對左右側(cè)圍外板翻邊起皺進(jìn)行改進(jìn)。通過方案分析及確定，實施CAE分析，通過翻邊高度切短工藝來消除起皺現(xiàn)象，考慮到批量生產(chǎn)可行性與一致性，通過對模具OP30增加側(cè)修邊機(jī)構(gòu)完成此次改進(jìn)。通過此次改進(jìn)，進(jìn)一步提升了全員質(zhì)量意識，我們不僅要生產(chǎn)合格的沖壓件，更要把沖壓件當(dāng)成一件工藝品來雕琢。

丁祖銀，工藝師，主要工作方向為新車型沖壓項目管理、工藝改進(jìn)、過程質(zhì)量控制。曾在期刊雜志發(fā)表論文3篇，曾獲蕪湖市自然科學(xué)優(yōu)秀學(xué)術(shù)論文三等獎、蕪湖市職工技術(shù)創(chuàng)新競賽二等獎，申報專利1項。