一種解決包邊面品質(zhì)量缺陷的方法

文/張宇，秦海斌，馬延峰·恒大新能源汽車集團(tuán)天津公司

隨著汽車工業(yè)的發(fā)展，包邊總成質(zhì)量的要求也隨之提高，而現(xiàn)場(chǎng)包邊操作時(shí)常會(huì)出現(xiàn)由于包邊導(dǎo)致的面品質(zhì)量缺陷問(wèn)題。本文旨在通過(guò)改變滾邊軌跡和滾輪角度的方式來(lái)解決機(jī)蓋包邊總成的面品成形質(zhì)量缺陷，對(duì)提高包邊總成和整車產(chǎn)品品質(zhì)，有一定指導(dǎo)作用。

包邊是車身制造中的一大重要工藝，提升包邊品質(zhì)對(duì)于提升產(chǎn)品的品質(zhì)和整車光柵的光順性有很重要的作用。在制造中減少包邊后總成零件的質(zhì)量缺陷，也能夠有效降低現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試的工作強(qiáng)度。

目前在包邊領(lǐng)域主要存在4 種解決方案。

(1）包邊模：借助壓力機(jī)提供動(dòng)力，完成40°～45°預(yù)包邊和0°終包邊，方案成熟，質(zhì)量穩(wěn)定，生產(chǎn)節(jié)拍快，批量高。但缺點(diǎn)是車型換代時(shí)，需要再次開(kāi)發(fā)新的包邊模具，柔性化生產(chǎn)效率低。

(2）機(jī)器人滾邊：借助滾邊夾具、滾輪系統(tǒng)、機(jī)器人和控制程序，根據(jù)具體零件造型通過(guò)3 ～5 輪次的滾輪滾壓外板零件完成包邊工作。滾邊方案柔性化高，可以根據(jù)不同零件的實(shí)際生產(chǎn)情況，采用不同的機(jī)器人與胎模的靈活搭配，即實(shí)現(xiàn)一機(jī)多?；蛞荒６鄼C(jī)的生產(chǎn)方式。

(3）氣動(dòng)包邊機(jī)：借助氣缸提供動(dòng)力，通過(guò)包邊鑲塊壓合外板零件完成包邊。此方案調(diào)試周期長(zhǎng)，動(dòng)作也不符合鈑金翻折的特點(diǎn)，故質(zhì)量問(wèn)題較多。

(4）手工包邊：依賴于鉗工的個(gè)人技能，包邊一致性差，生產(chǎn)效率低。

綜上，目前大多汽車廠采用滾邊機(jī)器人作為包邊工作的解決方案。本文以我司現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際生產(chǎn)中的機(jī)蓋總成為依據(jù)，嘗試從模擬分析的角度，解決零件的質(zhì)量缺陷。

實(shí)驗(yàn)背景

我司在一款車型的生產(chǎn)中，機(jī)蓋包邊總成一直存在質(zhì)量缺陷，且久治不愈?，F(xiàn)場(chǎng)問(wèn)題如圖1 所示，整個(gè)機(jī)蓋包邊總成，存在16 項(xiàng)質(zhì)量問(wèn)題，亟待解決。大體可分為以下3 類。

(1）1 ～9 號(hào)是機(jī)蓋總成外凸側(cè)在包邊后的面品缺陷，表現(xiàn)為油石打磨后的油石斷線。

(2）10 ～15 號(hào)是機(jī)蓋總成風(fēng)擋玻璃側(cè)在包邊后的面品缺陷，表現(xiàn)為油石打磨后的油石斷線。

(3）16 號(hào)是機(jī)蓋總成正面左棱線處的面品缺陷，表現(xiàn)為油石打磨后的油石斷線。此問(wèn)題由于是單件成形時(shí)發(fā)生而且經(jīng)過(guò)滾邊成形缺陷并無(wú)放大，故16 號(hào)問(wèn)題不在本文解決方案之列。

創(chuàng)建Autoform 仿真實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?/h2>

(1）創(chuàng)建工具體模形。

在3D 制圖軟件UG 中創(chuàng)建滾邊所需工具體的幾何數(shù)形，并導(dǎo)入仿真分析軟件Autoform 中進(jìn)行工具體的設(shè)置。胎模選取外板最外側(cè)120mm 寬度為支撐面，并依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況布置吸盤位置。采用現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際生產(chǎn)用的“90°→45°→0°→水滴”，4 輪次的包邊角度，設(shè)計(jì)不同角度下的包邊滾輪，以上如圖2 所示。

(2）設(shè)置實(shí)驗(yàn)板料。

外板零件材質(zhì)Superlite200(鋁板），料厚0.9mm。內(nèi)板零件材質(zhì)Ecolite163st(鋁板），料厚0.8mm。調(diào)整內(nèi)外板單件數(shù)形的空間位置到車身坐標(biāo)，以實(shí)際生產(chǎn)中單動(dòng)拉延的運(yùn)動(dòng)方式，模擬計(jì)算沖壓?jiǎn)渭ば虺尚芜^(guò)程，并輸出可用于滾邊分析的計(jì)算結(jié)果(.asm），以此模擬結(jié)果，作為板料數(shù)據(jù)導(dǎo)入Autoform計(jì)算。圖3 為計(jì)算后的單件回彈數(shù)據(jù)，計(jì)算結(jié)果與現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試情況一致，可用于本實(shí)驗(yàn)分析。

(3）創(chuàng)建滾邊軌跡。

在滾邊的初始位置布置滾輪，依據(jù)滾輪中心到零件邊緣的距離，偏置外板零件最外側(cè)圓角切線至滾輪中心，生成此滾輪的滾邊軌跡。零件依照現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際生產(chǎn)情況，需要設(shè)置3條滾邊通道，每個(gè)通道需要翻4次，共計(jì)12 條滾邊軌跡，如圖2 左圖所示。

(4）摩擦系數(shù)為0.15。

(5）滾輪速度為100mm/s。

(6）預(yù)包邊的滾邊壓力設(shè)置為剛性。

滾輪依據(jù)設(shè)計(jì)好的滾邊程序運(yùn)動(dòng)，內(nèi)板零件布置于外板零件之上，外板零件的翻邊面因受到滾輪的作用力而發(fā)生材料變形，并基于多輪次的滾邊進(jìn)而產(chǎn)生塑性變形，得到想要的總成零件形狀。

包邊模形仿真結(jié)果分析

通過(guò)以上設(shè)置計(jì)算后，得到一個(gè)分析結(jié)果，如圖4 所示，通過(guò)計(jì)算結(jié)果和現(xiàn)場(chǎng)總成零件的質(zhì)量檢驗(yàn)結(jié)果的對(duì)比，計(jì)算結(jié)果可以比較全面且真實(shí)的反應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)情況，可以用于實(shí)驗(yàn)?zāi)M分析。

圖4 滾邊成形仿真模擬結(jié)果

當(dāng)滾邊發(fā)生在多料翻邊一側(cè)，即機(jī)蓋外凸一側(cè)，無(wú)論是滾邊成形過(guò)程還是滾邊結(jié)束狀態(tài)，包邊面上都出現(xiàn)了明顯的波浪，為成形質(zhì)量缺陷，如圖5 所示。而本章節(jié)以下內(nèi)容，將通過(guò)嘗試更改滾邊參數(shù)，來(lái)減輕這種質(zhì)量缺陷。

圖5 滾邊成形過(guò)程狀態(tài)

外凸側(cè)機(jī)蓋質(zhì)量缺陷的解決

外凸一側(cè)即圖1 中1 ～9 號(hào)問(wèn)題點(diǎn)區(qū)域。此區(qū)域在翻邊和包邊時(shí)都是多料翻邊，易出現(xiàn)翻邊起皺，在零件回彈上，經(jīng)常呈現(xiàn)兩邊塌中間翹的現(xiàn)象。此經(jīng)驗(yàn)現(xiàn)象正好與模擬結(jié)果能夠?qū)?yīng)，如圖6 所示。

圖6 總成零件回彈結(jié)果

初始狀態(tài)的外板件，在機(jī)器人滾邊的作用下，板料由外向里不斷折疊，發(fā)生塑性變形，最終成為機(jī)蓋總成的零件形狀。在這過(guò)程中，外板零件在外凸一側(cè)，由于翻邊時(shí)材料由外向里的收縮流動(dòng)，板料受壓應(yīng)力的作用，而且此處根據(jù)零件造型本就是翻邊多料的一側(cè)，板料流動(dòng)更加不均勻，就會(huì)產(chǎn)生起皺缺陷，特別是在A 面曲率變化急劇的位置，由于軌跡不變而形面曲率不同導(dǎo)致的包邊角度變化，滾輪的壓應(yīng)力的作用會(huì)急劇變化，也非常容易在立壁產(chǎn)生波紋。

由于此零件是周圈水滴包邊，且單件翻邊時(shí)兩側(cè)平均翻邊角度是150°，機(jī)頭側(cè)平均翻邊角度是130°，考慮到生產(chǎn)效率，最初車間采用的是“90°→45°→0°→水滴”的包邊方案。

1 ～9 號(hào)的質(zhì)量問(wèn)題，是由于多料翻邊產(chǎn)生了成形質(zhì)量缺陷。首先，調(diào)整此處滾邊軌跡從單軌跡改為雙軌跡，如圖7 所示?？紤]到兩側(cè)一樣形狀的零件，滾邊前后順序不一樣，滾輪對(duì)零件的壓合導(dǎo)致成形應(yīng)力不一致，為保證左右結(jié)果一致做此調(diào)整。

圖7 滾邊軌跡調(diào)整

其次，調(diào)整滾輪的角度從“70°→30°→0°→水滴”，調(diào)整到“80°→40°→0°→水滴”。目的為減緩滾邊第一次折彎導(dǎo)致的多料在后續(xù)折彎時(shí)的累積，如圖8 所示。

風(fēng)擋側(cè)機(jī)蓋質(zhì)量缺陷的解決

風(fēng)擋一側(cè)即圖1 中10 ～15 號(hào)問(wèn)題點(diǎn)區(qū)域。此區(qū)域在翻邊和包邊時(shí)都是少料翻邊，易出現(xiàn)翻邊開(kāi)裂，在零件回彈上，經(jīng)常呈現(xiàn)兩邊翹中間塌的現(xiàn)象。此現(xiàn)象也與模擬結(jié)果能夠?qū)?yīng)。

由于此處是水滴包邊，且單件翻邊時(shí)此處平均翻邊角度是100°～120°，考慮到生產(chǎn)效率，最初車間采用的是“90°→45°→0°→水滴”的包邊方案。而現(xiàn)在調(diào)整滾輪的角度從“90°→45°→0°→水滴”，到“70°→35°→0°→水滴”。目的是減緩第二、三輪次滾邊時(shí)，零件折彎的少料趨勢(shì)，讓零件最后的折彎少料趨勢(shì)逐漸減緩，如圖9 所示。

圖8 滾輪工作角度調(diào)整

圖9 滾輪工作角度調(diào)整

模擬結(jié)果評(píng)價(jià)

經(jīng)過(guò)以上調(diào)整，如圖10 所示，1 ～15 號(hào)的面品缺陷不同程度的得到了減緩，可以看出，改變滾邊軌跡和滾邊角度的方法可以有效減緩包邊后的面品缺陷，滾邊軌跡和滾輪角度則要通過(guò)零件造型和成形狀態(tài)來(lái)確定，并需要經(jīng)過(guò)模擬計(jì)算的驗(yàn)證。

端午節(jié)，為每年農(nóng)歷五月初五，是中國(guó)四大傳統(tǒng)節(jié)日之一。據(jù)《荊楚歲時(shí)記》記載，因仲夏登高，順陽(yáng)在上，五月是仲夏，它的第一個(gè)午日正是登高順陽(yáng)好天氣之日，故五月初五亦稱為“端陽(yáng)節(jié)”；此外端午節(jié)還稱“正陽(yáng)節(jié) 、龍日節(jié)、午日節(jié)、五月節(jié)、龍舟節(jié)、浴蘭節(jié)、天中節(jié)”等等。

圖10 機(jī)蓋總成面品質(zhì)量變化

結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)在滾邊操作中，在零件對(duì)稱側(cè)設(shè)計(jì)對(duì)稱的滾邊軌跡，可以控制每一次板料折彎的趨勢(shì)和應(yīng)力分布相同，進(jìn)而改變由于軌跡不一致而導(dǎo)致的零件左右不一致現(xiàn)象。

在多料翻邊的一側(cè)盡量減緩滾輪首次觸料而導(dǎo)致的起皺，減緩起皺在后續(xù)折彎的堆積會(huì)改善滾邊零件的質(zhì)量；而在少料翻邊的一側(cè)盡量減緩后續(xù)滾邊的少料程度，通過(guò)多次成形，減緩少料的趨勢(shì)而導(dǎo)致的質(zhì)量問(wèn)題。

由于軟件是沖壓軟件，而包邊的工作在焊裝完成，橫跨了兩個(gè)專業(yè)，故包邊分析模塊在焊裝車間內(nèi)并沒(méi)有得到廣泛的利用。而通過(guò)上面的例子可以看到，分析軟件的設(shè)置在符合生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)情況的條件下，可以得到較為真實(shí)的結(jié)果。本文通過(guò)此實(shí)例的說(shuō)明，期望能達(dá)到拋磚引玉的效果，期望在未來(lái)包邊的調(diào)試及同步工程上，都能有效的把模擬分析利用起來(lái)，尤其是在前期開(kāi)發(fā)階段，若能有效利用好分析軟件，在前期改善零件自身造型帶來(lái)的問(wèn)題，可有效的減少現(xiàn)場(chǎng)的調(diào)試工作量。