B180H1天窗頂蓋修邊碎屑的解決措施

王志軍，張傳海，施靜華，宋琦

B180H1天窗頂蓋修邊碎屑的解決措施

王志軍，張傳海，施靜華，宋琦

（寧波吉潤汽車部件有限公司，浙江 寧波 315336）

采用五工序成形工藝生產(chǎn)天窗頂蓋，中間及尾部角和曲線造型修邊工藝設(shè)計(jì)在OP20和OP40工序，研究此兩序下天窗頂蓋的修邊刃口，改善零件的切邊碎屑。利用B180H1材質(zhì)設(shè)計(jì)一種天窗沖壓修邊工藝及模具，建立天窗頂蓋成形工藝，在生產(chǎn)過程中，通過調(diào)整刃口間隙、垂直度、符型、刃入量等改善修邊碎屑。在設(shè)計(jì)的OP20和OP40工序工藝中，修邊刃口符型，兩側(cè)激光焊直邊采用鑲塊而非整體結(jié)構(gòu)，刃入量和刃口間隙分別為6 mm和0.035 mm，采用二級(jí)廢料刀結(jié)構(gòu)有效改善了修邊碎屑。天窗頂蓋修邊工藝排布在OP20和OP40工藝合理，修邊碎屑和上下模修邊刃口間隙、刃入量、廢料刀相關(guān)，研配模具可以有效改善碎屑?jí)簜嵘a(chǎn)品質(zhì)量和實(shí)際生產(chǎn)效率。

B180H1；天窗頂蓋；模具；修邊碎屑；生產(chǎn)效率

近年來沖壓裝備自動(dòng)化不斷完善，沖壓生產(chǎn)效率隨之提升，高沖次生產(chǎn)下汽車外覆蓋件切邊過程會(huì)產(chǎn)生大量的碎屑，碎屑粘連在模具切邊鑲塊或進(jìn)入模具型面，反復(fù)沖壓成形會(huì)對(duì)模具型面造成損傷，從而影響沖壓件外觀質(zhì)量。修邊碎屑問題是所有模具企業(yè)面臨的疑難問題，國外一些先進(jìn)模具企業(yè)的覆蓋件修邊碎屑一次通過率在90%左右，而國內(nèi)大部分企業(yè)一次通過率僅約60%~70%[1]。生產(chǎn)時(shí)零件碎屑?jí)簜^3處，檢驗(yàn)人員將設(shè)備緊急停止，停機(jī)進(jìn)入生產(chǎn)線將模具擦拭干凈，停機(jī)導(dǎo)致生產(chǎn)不能連貫進(jìn)行，影響生產(chǎn)效率，提高制造成本，降低了企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力，同時(shí)對(duì)設(shè)備也有一定損耗[2]。30%以上的車身鈑金件沖壓缺陷是由修邊模造成的，修邊碎屑則是缺陷中最常見的問題[1]。沖壓零件常常因?yàn)楸砻鎵簜恢貌还潭?，全檢后會(huì)有小批量零件進(jìn)行線下返修。

為了減少修邊碎屑對(duì)零件表面的壓傷以及模具長期使用造成壓料面形成的凹坑，文中對(duì)星越新車型沖壓模具修邊鑲塊刃口及壓料板和凸模間隙調(diào)整、批量生產(chǎn)過程中如何高效減少碎屑問題等進(jìn)行總結(jié)分析。

1 汽車覆蓋件碎屑問題分析

實(shí)際生產(chǎn)過程中，碎屑對(duì)低屈服和低抗拉的外覆蓋件零件造成壓傷，對(duì)模具型面造成凹坑，零件需要返修，模具型面需要修整。結(jié)合實(shí)際沖壓環(huán)境，得出發(fā)生碎屑問題的幾種情況[2]。

1.1 鑲塊切邊刃口間隙不良

間隙不良通常有以下幾種影響因素：①在模具制造過程中刃口數(shù)控加工輪廓不良，實(shí)際加工間隙偏置計(jì)算不當(dāng)，加工精度和清角精度未達(dá)到設(shè)計(jì)要求，這種情況下一般會(huì)形成絲狀碎屑；②刀口間隙平行度不良，如模具維修工研配刃口不良、刃口局部補(bǔ)焊過渡區(qū)研配不良；③加工上下模刃口因?yàn)榈毒吣p和鑲塊不同，機(jī)床和人員加工拼縫過程中易存在差別，一般會(huì)造成粒狀和粉狀碎屑。

1.2 沖壓方向刃入量和垂直度不合理

汽車外覆蓋件板材厚度選用=1.2 mm以下，刃入量為6.0~8.0 mm。由于刀口和凸模刃口一般采用HMD5或ICD5等淬火后鑄鋼、空冷鋼。零件修邊輪廓線較長且為曲線造型，曲型不同的部位因?yàn)榇怪倍炔顣?huì)造成刀口磨損，刃入量不足，如果刀口垂直度不良，隨著切邊刃入刃口會(huì)與凸模二次剪切，毛刺二次剪切粘在上模刃口及凸模，一般造成粒狀或絲狀碎屑。

1.3 廢料刀重復(fù)剪切形成

OP20和OP40修邊時(shí)，當(dāng)上模刃口修邊后的料片接觸下模落料刀區(qū)域準(zhǔn)備剪切時(shí)，切下的料邊與下模刃口接觸區(qū)域會(huì)產(chǎn)生反復(fù)剪切現(xiàn)象，如落料刀與凸模刃口貼合存在間隙時(shí)，料片與刃口間隙超過0.035 mm，大于5%的剪切間隙，料片重復(fù)剪切容易形成碎屑。粒狀的碎屑在廢料刀與凸模交接三角區(qū)域刃口磁化，碎屑吸附在刃口堆積，切邊間隙變小[2—4]。天窗頂蓋實(shí)際生產(chǎn)碎屑現(xiàn)狀見圖1。

圖1 刃口和模具上粘碎屑現(xiàn)狀

2 沖壓模型建立

2.1 材料模型

材料選用首鋼B180H1烘烤硬化高強(qiáng)度冷連軋鋼，料厚為0.65 mm，屈服強(qiáng)度為180~280 MPa，抗拉強(qiáng)度≥340 MPa，斷后伸長率≥35%，拉伸應(yīng)變硬化指數(shù)≥1.6，面品等級(jí)為FD，零板料尺寸為1930.0 mm×1360.0 mm。化學(xué)成分如表1，產(chǎn)品形狀如圖2所示。

表1 B180H1材料化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）

Tab.1 Chemical composition of B180H1 (mass fraction) %

2.2 產(chǎn)品成形工藝設(shè)計(jì)

天窗頂蓋產(chǎn)品設(shè)計(jì)分為3部分：左右焊接側(cè)圍安裝行李架；尾部與后蓋搭接流水槽及后背門鉸鏈安裝孔；中間翻邊后安裝全景天窗。側(cè)圍兩側(cè)設(shè)計(jì)8個(gè)行李架安裝孔，后部焊接排水槽部位整形角度局部為負(fù)角度，中間大全景天窗向下翻邊，設(shè)計(jì)14塊鑲塊并進(jìn)行包邊。模具五序化生產(chǎn)，此件產(chǎn)品設(shè)計(jì)如圖2。

圖2 天窗頂蓋產(chǎn)品

根據(jù)產(chǎn)品造型設(shè)計(jì)，對(duì)沖壓修邊工藝及模具設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化。設(shè)計(jì)的全景天窗頂蓋外板工藝布置如圖3所示。工藝設(shè)計(jì)為拉延-側(cè)整形-沖孔-修邊；尾部流水槽側(cè)整方向局部存在負(fù)角，工藝規(guī)劃為側(cè)整形-修邊-沖孔-向上翻邊；全景天窗中間廢料面積過大，廢料從模具中部落下不易排出，中間切邊設(shè)計(jì)為2次修邊，中部全景天窗四處均設(shè)計(jì)為下翻邊結(jié)構(gòu)，工藝設(shè)計(jì)為下翻邊、側(cè)翻邊，即天窗處工藝設(shè)計(jì)為修邊-修邊翻邊-側(cè)翻邊[5—6]。綜上，此全景天窗頂蓋外板工藝設(shè)計(jì)為OP10拉延（DR）-OP20修邊沖孔整形（TR+PI+RST）-OP30側(cè)整形（C-RST）-OP40修邊側(cè)修邊沖孔側(cè)沖孔（TR+C-TR+PI+C-PI）-OP50側(cè)翻邊整形沖孔（D-FL+PI）[5–6]，具體如圖3所示。

產(chǎn)品特點(diǎn)：①尾部設(shè)計(jì)為遛背結(jié)構(gòu)，整形量較大，工藝設(shè)計(jì)OP20和OP30兩次整形；②OP10拉延減薄影響產(chǎn)品剛性設(shè)計(jì)部分方形凹槽；③ OP20修邊模具設(shè)計(jì)加工要點(diǎn)不僅要考慮周圈廢料及天窗四角廢料下滑是否順暢，還要考慮切邊刀結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是否合理，OP20修邊刀是否與下模符型，符型不好會(huì)產(chǎn)生碎屑，進(jìn)而影響產(chǎn)品面品，廢料滑落卡滯會(huì)影響生產(chǎn)節(jié)拍；④外側(cè)兩處切邊廢料較大，工藝設(shè)計(jì)6塊二次剪切結(jié)構(gòu)，OP40修邊剪切中間工藝補(bǔ)充部分。從工藝設(shè)計(jì)得出，沖孔和切邊為沖壓分離工序，切邊兩序分離材料，OP20和OP40切邊碎屑控制最為關(guān)鍵。

圖3 天窗頂蓋工藝布置

3 沖壓模型建立

3.1 減少碎屑產(chǎn)生的方法

由于汽車天窗與側(cè)圍激光焊?jìng)?cè)修邊線較長及修邊弧度較為復(fù)雜的特點(diǎn)，切邊完全杜絕碎屑掉落問題較為困難，根據(jù)模具實(shí)際使用經(jīng)驗(yàn)和修邊原理，該難題可以盡量控制在生產(chǎn)可接受的范圍，工藝模具設(shè)計(jì)及現(xiàn)場(chǎng)模具檢修、保養(yǎng)解決碎屑主要圍繞的方式有3種：控制碎屑產(chǎn)生；保證碎屑不進(jìn)入模具型面；碎屑發(fā)生但是不造成零件表面壓碎屑[7—8]。

3.2 實(shí)際應(yīng)用情況

寧波杭州灣工廠在模具設(shè)計(jì)前期試制和項(xiàng)目階段小批量生產(chǎn)以及量產(chǎn)上市大批量生產(chǎn)過程中，面品壓傷造成的停機(jī)率高達(dá)41.9%。產(chǎn)生廢料的分離工序會(huì)產(chǎn)生碎屑進(jìn)而造成壓傷，分離工序OP20切邊刀9 塊，分離工序OP40切邊刀26塊，分離工序OP40上下模廢料刀28塊，OP50切邊刀2塊。檢驗(yàn)工序件時(shí)發(fā)現(xiàn)，OP30工序件頻繁產(chǎn)生碎屑，原因?yàn)镺P20生產(chǎn)過程中廢料不下落，刀口補(bǔ)焊加高導(dǎo)致切除廢料時(shí)，局部切邊時(shí)序變化；OP20的4塊拉延筋部位的刀塊沒有做隨型，且前期為了控制材料流入量，對(duì)OP10下模拉延槽R角進(jìn)行補(bǔ)焊，但仍發(fā)現(xiàn)OP20刃口不覆型，為了解決上述問題，在過渡切邊時(shí)序過程中，降低了上模刀塊補(bǔ)焊區(qū)域的高度，并對(duì)拉延區(qū)域進(jìn)行過渡加高隨型處理，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，碎屑造成的面品壓傷和處理碎屑造成的停機(jī)率下降。

OP20研配覆型后碎屑減少，大批量生產(chǎn)過程中產(chǎn)品碎屑?jí)簜€未控制在5%指標(biāo)內(nèi)。檢查OP20和OP40刃口，局部擦黑，藍(lán)油著色后發(fā)現(xiàn)垂直度不良，其根本原因?yàn)镺P20間隙不良、OP40修邊不覆型、刀口局部存在鈍口，大批量生產(chǎn)刀口鈍口壓料板間隙和切邊間隙發(fā)生變化，需要對(duì)刀口補(bǔ)焊重新進(jìn)行研配。對(duì)OP40刀塊部位確認(rèn)及刃入量及垂直度進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)刃入量為6 mm，光亮帶寬度不均勻，OP40上模刃口垂直度低，刀口側(cè)壁也不平行，補(bǔ)焊刀口側(cè)壁處寬為6 mm，厚度為0.3 mm，在研配壓機(jī)上對(duì)接上下刀口，800目砂紙拋光刀口，減小粗糙度。同時(shí)將OP40廢料刀與凸模修邊刀空開，在下模廢料刀的端頭空開1~2 mm，刃入量由5 mm調(diào)整到3 mm，間隙放大0.02~0.03 mm，并找正垂直度，800目油石拋光刀口，減小粗糙度。

天窗頂蓋尾部和中間天窗部位切邊刀及廢料刀研合率要求較高。由于OP30側(cè)整形材料流動(dòng)，下模設(shè)計(jì)拉延槽，下模和壓料板及切邊鑲塊凸凹造型復(fù)雜，刀塊研合采用一般的研鐵研合不到，設(shè)計(jì)了圖4兩種研鐵，對(duì)表面粗糙度進(jìn)行技術(shù)規(guī)范，其中包括粗糙度和硬度要求，避免直角尺狀重量不夠、鑲塊刃口形狀復(fù)雜而規(guī)則形狀研不到的情況。

天窗頂蓋生產(chǎn)過程中碎屑頻繁，涉及到的切邊刀及廢料刀較多，生產(chǎn)過程中排查產(chǎn)生原因和進(jìn)行準(zhǔn)確涂油、擦模、線上修復(fù)也較困難。寧波杭州灣工廠經(jīng)過4個(gè)多月將不良率由41.9%降至2.7%（數(shù)據(jù)來源于生產(chǎn)暗燈系統(tǒng)）。

表2 常見碎屑解決方案

Tab.2 Solutions for common iron filings

表3 沖壓不同料厚凸凹模刃口間隙值

Tab.3 Cutting edge clearance for stamping punch-die with different material thicknesses

圖4 天窗頂蓋研配用研鐵

圖5 天窗頂蓋切邊刀優(yōu)化碎屑

4 結(jié)論

碎屑產(chǎn)生原因?yàn)樯舷履Ｇ羞呴g隙不均勻，天窗頂蓋在生產(chǎn)過程中碎屑頻繁產(chǎn)生，機(jī)械手抓取OP20工序件帶入OP30工序型面，生產(chǎn)線OP30頻繁擦模，OP40工序件產(chǎn)生碎屑帶入OP50型面，按照表1進(jìn)行全序切邊碎屑整改，不良率降低至2.7%。

1）中間天窗部位碎屑產(chǎn)生原因?yàn)樯舷履Ｇ羞厱r(shí)拉延槽位置不符型，導(dǎo)致板料分離間隙和刃入量差異。機(jī)械加工過程精度差，鉗工重新補(bǔ)焊進(jìn)行研配，OP40廢料刀刃入量不足，補(bǔ)焊后廢料刀加高2 mm。

2）兩側(cè)與側(cè)圍激光焊接部位碎屑產(chǎn)生原因?yàn)閭?cè)壁平行度差，局部擦黑嚴(yán)重，切邊鑲塊裝配過程產(chǎn)生臺(tái)階差，板料二次剪切產(chǎn)生碎屑。重新焊接側(cè)壁，研合刀口間隙和刃入量，刃入量保證6 mm。

3）OP40下模料片下落開始時(shí)，高于刀具位置板料先被刺穿，使板料破口處邊緣翹起，高于上模切邊鑲塊刃口刃入邊線，當(dāng)上模切邊鑲塊隨壓機(jī)工作高度接觸下模切邊刀刃口時(shí)，板料刺穿，斷面被二次剪切，下模廢料刀的端頭空開1~2 mm。

[1] 許立強(qiáng), 張?jiān)聫?qiáng), 劉文杰. 汽車覆蓋件修邊毛刺產(chǎn)生的原因及解決方案[J]. 模具工業(yè), 2017(1): 39—43. XU Li-qiang, ZHANG Yue-qiang, LIU Wen-jie. Causes and Solutions of Trimming Burrs of Automobile Covering Parts[J]. Mould Industry, 2017(1): 39—43.

[2] 孫玥琦. 汽車覆蓋件修邊模刃口碎屑的解決措施[J]. 模具制造, 2017(6): 1—5. SUN Yue-qi. Solution to the Edge Chipping of Trimming Die of Automobile Cover[J]. Mold Manufacturing, 2017(6): 1—5.

[3] 王銀巧, 胡治鈺. 大型覆蓋件沖壓表面缺陷的產(chǎn)生原因及預(yù)防措施[J]. 模具工業(yè), 2012, 38(7): 73—76. WANG Yin-qiao, HU Zhi-yu. Causes and Preventive Measures of Stamping Surface Defects of Large Covering Parts[J]. Mould Industry, 2012, 38(7): 73—76.

[4] 周厚保, 段彥斌. 修邊模廢料刀產(chǎn)生碎屑的解決辦法[J]. 模具工業(yè), 2015(3): 22—25. ZHOU Hou-bao, DUAN Yan-bin. The Solution of the Scrap Produced by the Scrap Knife of the Trimming Die[J]. Mould Industry, 2015(3): 22—25.

[5] 劉莉, 江波, 王淑俊. 某車型全景天窗頂蓋外板修邊工藝與模具設(shè)計(jì)[J]. 鍛壓裝備與制造術(shù), 2019, 54(2): 90—93. LIU Li, JIANG Bo, WANG Shu-jun. The Trimming Process and Die Design of the Outer Panel of the Roof of the Panoramic Sunroof for a Certain Vehicle[J]. Forging Equipment and Manufacturing, 2019, 54(2): 90—93.

[6] 郭炎嗣. 沖壓模具設(shè)計(jì)與制造技術(shù)[M]. 北京: 機(jī)械工業(yè)出版社, 1994. GUO Yan-si. Stamping Die Design and Manufacturing Technology[M]. Beijing: Machinery Industry Press, 1994.

[7] 宋建勇. 汽車覆蓋件沖模刃口碎屑解決措施[J]. 模具制造, 2012(2): 16—18. SONG Jian-yong. Measures for Solving the Debris on the Die of Automobile Cover Parts[J]. Mold Manufacturing, 2012(2): 16—18.

[8] 余學(xué)文, 王華昌, 王耕耘, 等. 基于功能組件的覆蓋件修邊系統(tǒng)的研究[J]. 鍛壓技術(shù), 2004, 16(5): 60—62.YU Xue-wen, WANG Hua-chang, WANG Geng-yun, et al. Research on the Trimming System of Cover Parts Based on Functional Components[J]. Forging Technology, 2004, 16(5): 60—62.

Solution for Trimming Iron Filings of B180H1 Sunroof

WANG Zhi-jun, ZHANG Chuan-hai, SHI Jing-hua, SONG Qi

(Ningbo Jirun Auto Parts Co., Ltd., Ningbo 315336, China)

The work aims to produce sunroof by the five-step forming process, design the middle and tail R angle and curve shape of the trimming process in OP20 and OP40 processes, research on the trimming edge of sunroof, and improve the trimming iron filings of sunroof. B180H1 was used to design a sunroof stamping and trimming process and mould. The forming process of sunroof was designed.In the production process, cutting edge clearance, verticality, rune type, cutting edge, etc. were adjusted to improve trimming iron filings. In design OP20 and OP40 process technology, the blade rune was trimmed, and non-integral structure inserts were adopted on straight flange of laser welding on both sides. The cutting amount and cutting edge clearance were 6 mm and 0.035 mm respectively. The secondary waste knife structure effectively improved the trimming iron filings. It is reasonable to arrange the trimming process of sunroof in OP20 and OP40. Trimming iron filings are related to the upper and lower mould trimming edge clearance, cutting amount and scrap knife. Adjusting the mould can improve iron filings crushing effectively, and improve product quality and actual productivity.

B180H1; sunroof; mould; trimming iron filings; productivity

10.3969/j.issn.1674-6457.2021.02.021

TG316

A

1674-6457(2021)02-0125-05

2020-04-07

王志軍（1990—），男，碩士，工程師，主要研究方向?yàn)殄憠涸O(shè)備理論與控制。