三廂后蓋總成質量控制與零件設計優(yōu)化

上汽大眾汽車有限公司 黃平華

1.概述

后蓋總成在整車裝配中是屬于比較重要的零件，在后圍匹配中處于核心位置，和兩側的側框及后保險杠、玻璃等都存在匹配關系。在車型開發(fā)過程中，后蓋總成作為一個獨立個體，不可避免的會有一些匹配問題會被重點抱怨。按照一般的邏輯，后蓋總成的尺寸問題不外乎有兩個原因造成：第一個就是單件尺寸超差，第二個就是生產(chǎn)過程中帶來的尺寸偏差。從而解決問題的方式也就是去優(yōu)化單件尺寸或者優(yōu)化總成的工裝以及生產(chǎn)過程。然而去優(yōu)化這種已經(jīng)客觀存在的缺陷會造成大量的單件模具調試工作，以及工裝夾具的調試優(yōu)化工作，在增加項目成本的同時優(yōu)化效率也不高。

本文主要針對某在產(chǎn)車型的后蓋總成存在的角部尺寸塌陷和激光焊區(qū)域尺寸偏差問題，創(chuàng)造性的從零件結構設計的角度出發(fā)，討論哪種結構的設計可以避免或者改善上述的一些尺寸問題，從而在今后的新產(chǎn)品設計開發(fā)階段就可以把這些有利的信息應用進去，提高產(chǎn)品設計的成熟度。

2.角部塌陷問題分析及優(yōu)化方案

三廂后蓋在折邊時經(jīng)常會遇到一個問題，就是后蓋后部的兩個尖角在折邊之后出現(xiàn)角部塌陷，影響尺寸匹配的同時，也會出現(xiàn)表面缺陷，如圖1所示。

圖1 后蓋角部塌陷

在檢查折邊工藝和折邊設備之后，發(fā)現(xiàn)后蓋的后部尖角的設計狀態(tài)就是不折邊，僅僅是通過角推把后蓋外板的翻邊角度向內推，如圖2所示。

圖2 后蓋角部折邊工藝

在試驗過程中發(fā)現(xiàn)，由于后蓋外板零件在角部位置成形硬化，剛度特別大，需要較大的角推力才能把翻邊面推到理想位置。而后蓋內板距離角部太遠，有約7mm的距離，導致在角推過程中時外板零件的尖角部位處于自由狀態(tài)，缺少內板零件的支撐和壓料板的壓合作用，如圖3所示，從而出現(xiàn)角部塌陷。

圖3 后蓋角部位置內板與外板的設計狀態(tài)

基于這種狀態(tài)，我們可以考慮在沖壓車間修邊條件允許的情況下，把內板零件角部的圓角縮小到R3mm，此時內板角部與外板圓角根部的距離就縮小到3.2mm，如圖4所示。

圖4 后蓋內板優(yōu)化設計方案

根據(jù)建議優(yōu)化沖壓模具得到新的內板零件之后，把角推工位的壓料板通過燒焊獲得更多的壓料面積，同時把壓料板和零件進行研配，最終獲得折邊后的后蓋總成情況如圖5所示，可以看到角部的塌陷改善了很多。

圖5 內板角部延長后的后蓋塌陷優(yōu)化狀態(tài)

然而需要注意的是，把內板的圓角延長之后可能會產(chǎn)生新的問題，內板角部鈑金偏軟。例如某車型的后蓋內板在生產(chǎn)過程中發(fā)現(xiàn)了如圖6所示的零件變形。經(jīng)過過程跟蹤發(fā)現(xiàn)是在沖壓生產(chǎn)線的機械手把零件放置在輸送帶上的時候造成的變形。

圖6 后蓋內板角部生產(chǎn)過程中變形

檢查該車型的后蓋內板零件，發(fā)現(xiàn)在角部的咬邊法蘭面比較寬，尖角距離內板造型加強筋較遠從而導致尖角偏軟，如圖7所示。

圖7 后蓋內板角部造型

對于這種情況，我們對比了以往十幾個車型的后蓋內板造型以及實際生產(chǎn)狀況，得出了經(jīng)驗數(shù)據(jù)：為了保證后蓋內板尖角的剛性和穩(wěn)定性，尖角和內板造型加強筋的距離需小于30mm。

綜上所述，為了后蓋總成在后蓋尖角處的尺寸質量以及穩(wěn)定性，對于后蓋內板尖角處的零件設計需要同時滿足兩個條件：

（1）在滿足沖壓模具零件生產(chǎn)以及折邊模內外板合攏的情況下，后蓋內板角部與外板圓角根部的距離越小越好；

（2）后蓋內板尖角和加強筋的距離需小于30mm。

因此，對于后蓋內板角部的設計可以采用圖8所示造型。

圖8 后蓋內板角部造型優(yōu)化建議

3.激光焊接面質量問題分析及優(yōu)化方案

目前上汽大眾的三廂后蓋的設計方案基本上都是上下板通過激光焊接，然后再和后蓋內板進行咬邊。激光焊接面的質量好壞會直接影響后蓋總成在Z向和X向的功能尺寸，反映到裝車就有可能會影響到后蓋總成下部與后保險杠之間的縫隙匹配以及后蓋兩側與后保之間平整度匹配。當然，這兩個匹配問題由很多因素造成，比如后蓋下部本身的尺寸超差，后蓋內板在X向的尺寸回彈以及折邊損耗的控制等。本文對這些因素不多加分析，僅僅針對后蓋外板上部的激光焊接面質量控制這個方面進行相對深入的分析。

一般的后蓋外板上板激光焊接面的結構如圖9所示，法蘭邊緣除了有兩個缺口，是平坦的。

圖9 某A車型后蓋外板上部激光焊接面區(qū)域結構

為了保證激光焊接面的平整度質量，沖壓模具在設計斜楔翻邊模時會采用增加下托料的翻邊方式來控制翻邊法蘭起皺和保證尺寸的穩(wěn)定性，但是這種設計同時會造成法蘭面向外翻轉，如圖10中黑色虛線的實際零件和紫色理論零件位置的偏差。

圖10 增加下托料翻邊示意圖

同時在翻邊完畢后由于法蘭邊緣存在應力釋放會導致激光焊接面的尺寸波動很大，如圖11所示，某A車型后蓋外板單件的測量報告顯示，激光焊接面左右尺寸落差達8mm。這種尺寸落差在激光焊接的時候，盡管可以通過總成夾具進行強制壓合，然后完成激光焊接，對激光焊接的質量影響不是很大，出現(xiàn)焊接中斷、脫焊的幾率不是很高。但是后蓋外板上下部焊接完成之后，不可避免會存在一些應力。而這種殘余應力在油漆車間進行電泳以及烘干工序時會得到釋放從而導致后蓋變形。這種不可控的影響對后蓋裝車影響比較惡劣，我們還是需要從根本上想辦法去解決。

圖11 某A車型后蓋外板上部激光焊接面區(qū)域尺寸偏差

既然是由于斜楔翻邊之后的殘余應力釋放導致的焊接面尺寸偏差，那我們可以從殘余應力的方面著手來加以控制。因此在某個新車型B的開發(fā)過程中，就在該激光焊接區(qū)域的造型設計方面提出了一個新的方案：在法蘭邊緣部位增加了一條加強筋，如圖12所示。

圖12 B車型后蓋外板上部激光焊接面區(qū)域造型設計

這條加強筋的成形是在完成整個激光焊接面的翻邊之后完成的，和翻邊面上的其他特征一起成形。在造型方面就可以很好地控制翻邊之后產(chǎn)生的應力釋放，同時讓沖壓模具有一個整形的工序可以來調整該法蘭邊緣部位的尺寸。如圖13所示，B車型后蓋外板上部的測量報告中顯示，這種增加加強筋的后蓋外板激光焊接面左右的尺寸落差僅有2mm，而且左右基本上對稱。

圖13 B車型后蓋外板上部激光焊接面區(qū)域尺寸偏差

B車型的后蓋外板造型設計獲得了一定的成績，比起A車型的尺寸落差8mm有了很大的改善。然而根據(jù)自身的經(jīng)驗積累和判斷，如果在激光焊接面區(qū)域除了增加加強筋，再增加一兩個工藝缺口，應該可以使得該區(qū)域在翻邊過程中應力釋放更加徹底，激光焊接面的相關尺寸得到更好的控制，如圖14所示。這類的后蓋外板設計已經(jīng)應用在新的項目中，然而目前零件還沒有量產(chǎn)，具體的對于零件優(yōu)化的效果還有待進一步驗證。

圖14 后蓋外板上部激光焊接面區(qū)域結構優(yōu)化建議

4.結論

在項目開發(fā)前期，可制造性分析對于零件的設計非常重要，直接關系到單件以及總成裝車的質量。因此，我們需要在項目過程中隨時總結一些好的零件設計方案，避免在后續(xù)新車型中出現(xiàn)類似的缺陷。

本文針對三廂后蓋總成常見的角部尺寸塌陷和激光焊質量兩個問題進行了深入的分析討論，同時結合實際生產(chǎn)現(xiàn)場經(jīng)驗，獲得了一些可以明顯改善單件和總成質量的設計理念。

（1）在滿足沖壓模具零件生產(chǎn)以及折邊模內外板合攏的情況下，后蓋內板角部與外板圓角根部的距離越小越好。

（2）后蓋內板尖角和加強筋的距離需小于30mm。

（3）后蓋外板上部激光焊接面區(qū)域的法蘭邊緣需要有加強筋，同時開工藝缺口。 □

資訊

武重和哈量通過2018年國家技術創(chuàng)新示范企業(yè)復核評價

日前，根據(jù)工業(yè)和信息化部、財政部《技術創(chuàng)新示范企業(yè)認定管理辦法(試行)》(工信部聯(lián)科〔2010〕540號)和《工業(yè)和信息化部辦公廳關于2018年開展國家技術創(chuàng)新示范企業(yè)復核評價工作的通知》(工信廳科函〔2018〕105號)要求，工信部對2015年認定及通過復核的150家國家技術創(chuàng)新示范企業(yè)組織開展了復核評價。其中，武昌船舶重工集團有限公司等146家企業(yè)通過復核評價，機床工具行業(yè)企業(yè)武漢重型機床集團有限公司和哈爾濱量具刃具集團有限責任公司通過審核評價。

文件指出，希望通過國家技術創(chuàng)新示范企業(yè)復核評價的企業(yè)切實發(fā)揮示范引領作用，完善制度建設，加大技術創(chuàng)新投入，加強關鍵核心技術攻關，不斷提升自主創(chuàng)新能力，真正成為創(chuàng)新主體。