翼子板負(fù)角度翻邊缺陷的分析及優(yōu)化

潘遠(yuǎn)安，李鵬宇，張新紅，王 強(qiáng)

（1.長春汽車工業(yè)高等?？茖W(xué)校 機(jī)械工程學(xué)院，吉林 長春 130013；2.中國第一汽車股份有限公司 工程與生產(chǎn)物流部，吉林 長春 130011）

0 引 言

汽車翼子板是車身前部重要的外覆蓋件，因其結(jié)構(gòu)復(fù)雜、曲面較多，成形的制件尺寸問題和表面質(zhì)量缺陷層出不窮，一直是整車制造廠面臨的難題。翼子板作為汽車一區(qū)零件，是消費(fèi)者目視可見區(qū)域，此區(qū)域并不需要仔細(xì)觀察便可察覺表面質(zhì)量缺陷，所以翼子板的表面品質(zhì)是整車外覆蓋件中最重要的面品之一。趙燁等[1]針對(duì)翼子板滑移線進(jìn)行研究并成功消除滑移線問題，董佳[2]和曹彪[4]等也針對(duì)翼子板表面質(zhì)量提升進(jìn)行了系統(tǒng)的研究，提高了翼子板表面質(zhì)量，但尚未對(duì)翼子板翻邊后棱邊圓角外凸及其表面凹坑的缺陷問題進(jìn)行分析和研究，以下將分析該缺陷產(chǎn)生的原因并提出相應(yīng)的解決方案。

1 現(xiàn)狀描述

1.1 材料介紹

鋼板材料為H140DZ，厚度為0.7 mm，力學(xué)性能參數(shù)如表1所示。模具零件的材料牌號(hào)如表2所示。

表1 H140DZ材料力學(xué)性能參數(shù)

表2 模具零件材料牌號(hào)

1.2 問題說明

翼子板在汽車車身中的位置如圖1所示，隔音板通過卡扣安裝在翼子板上，翼子板必須設(shè)有卡扣安裝孔。生產(chǎn)過程中，發(fā)現(xiàn)輪口處隔音板卡扣安裝面翻邊后棱邊圓角外凸，目視缺陷明顯，其對(duì)應(yīng)的表面區(qū)域產(chǎn)生凹坑，油石打磨后缺陷可見，噴漆后經(jīng)過光影反射出現(xiàn)的波紋呈擴(kuò)散現(xiàn)象，如圖2所示。此處表面凹坑漆后可見，評(píng)審為B類缺陷，是消費(fèi)者不可接受的缺陷。

圖1 缺陷位置及安裝關(guān)系

圖2 漆前漆后缺陷狀態(tài)

1.3 工藝與工序介紹

在汽車行業(yè)降本增效的趨勢下，以生產(chǎn)成本為主、多重因素綜合考慮，通常采用減少模具數(shù)量的策略降低制造成本，即工序少?zèng)_壓成形。此翼子板采用4工序沖壓成形，即工序①：拉深；工序②：修邊；工序③：翻邊；工序④：輪口負(fù)角度翻邊和沖孔。由于工序數(shù)量受限，輪口隔音板卡扣安裝面負(fù)角度為2次翻邊成形，第1次翻邊是工序③，角度為90°，第2次翻邊為工序④，角度為-35°。具體翻邊過程如圖3所示。

圖3 翼子板輪口隔音板卡扣安裝面沖壓工藝

2 原因分析

檢測每個(gè)工序成形的制件是否出現(xiàn)問題，以確定缺陷發(fā)生的工序。經(jīng)過檢查，工序③完成翻邊后輪口區(qū)域棱邊圓角光順，表面無缺陷。判斷缺陷在工序④產(chǎn)生，測量工序④制件的翻邊高度，孔處翻邊高度為30 mm，如圖4中B處位置，相鄰區(qū)域A處翻邊高度10 mm，與制件數(shù)據(jù)相符。側(cè)翻邊時(shí)，由于翻邊高度的差異導(dǎo)致翻邊力發(fā)生變化，沖裁翻邊力的計(jì)算公式為：

圖4 制件安裝孔與非安裝孔翻邊高度對(duì)比

式中：F——材料在沖壓行程中的沖裁翻邊力，N；b——翻邊寬度，mm；t——制件厚度，mm；r——制件內(nèi)彎曲半徑，mm；σb——材料的抗拉強(qiáng)度，MPa；K——安全系數(shù)，一般取值為1.3。

隔音板卡扣安裝面負(fù)角翻邊時(shí)，除翻邊高度B處是A處的3倍外，其他條件未發(fā)生改變，可知翻邊力F在B處應(yīng)是A處3倍。另外，與摩擦力f的共同作用下，使待成形制件在側(cè)翻邊的同時(shí)沿著翻邊方向“走料”，圓角在力的作用斜向下移動(dòng)，與原來圓角位置發(fā)生偏移，產(chǎn)生棱邊圓角外凸。而圓角位置發(fā)生偏移，也會(huì)帶動(dòng)制件A面的板料向翻邊棱線處移動(dòng)，使成形制件表面板料厚度非均勻缺失，板料呈拉伸狀。當(dāng)翻邊結(jié)束后，油石打磨制件發(fā)現(xiàn)表面凹坑缺陷可見。成形制件的受力分析如圖5所示。

圖5 制件受力分析

3 解決方案

3.1 制定對(duì)策

為防止翻邊板料移動(dòng)，控制翻邊鑲件的同時(shí)接觸缺陷區(qū)域板料及其周圍板料，實(shí)際上，此區(qū)域觸料時(shí)間一致，無先后接觸問題。其次增大壓料力控制板料移動(dòng)，但此模具由壓料板上部氮?dú)飧滋峁毫狭?，空間布置無法安裝壓力更大的氮?dú)飧?，?jīng)討論，對(duì)圓角部位壓料板進(jìn)行“包角”處理，如圖6所示。當(dāng)制件在隔音板卡扣安裝面進(jìn)行負(fù)角度翻邊時(shí)，壓料板的“包角”區(qū)域會(huì)給圓角一個(gè)反作用力F″，板料移動(dòng)的拉料力F′與壓料板的反作用力F″方向相反且力的大小相同，成為作用力和反作用力的關(guān)系，如圖7所示，使板料無法向棱邊流動(dòng)，翻邊后將不會(huì)產(chǎn)生棱邊圓角外凸和制件表面凹坑的現(xiàn)象。

圖6 帶包角翻邊

圖7 帶包角翻邊制件受力分析

借助AutoForm軟件對(duì)工序④負(fù)角“包角”翻邊進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)可有效減少此處棱邊圓角外凸及表面缺陷的趨勢，并通過AutoForm中的surface lows模擬油石打磨，前后對(duì)比如圖8所示。

圖8 壓料板帶包角與不帶包角模擬分析對(duì)比

3.2 對(duì)策實(shí)施

對(duì)輪口隔音板卡扣安裝面的壓料板燒焊制作包角，包角高度為6 mm，包角大小和此處翻邊圓角相同，均為R3 mm，使用耐磨型焊條TM2000B進(jìn)行燒焊，氣動(dòng)工具研磨，砂紙拋光，表面粗糙度Ra=3.2 μm，直至壓料板包角與制件凸圓角形狀大小一致、過渡光順。修整完成后，壓力機(jī)壓制確認(rèn)且要求制件表面無壓傷。

3.3 效果驗(yàn)證

經(jīng)過多次對(duì)壓料板研磨、拋光，并成形5件，經(jīng)專業(yè)質(zhì)量檢測人員確認(rèn)，制件在輪口隔音板卡扣安裝面翻邊處圓角外凸問題及對(duì)應(yīng)的輪口表面凹坑問題消失，噴漆前后此處均無缺陷。尺寸檢測方面，搭接件匹配度符合裝車要求，達(dá)到產(chǎn)品技術(shù)要求，如圖9所示。

圖9 整改后漆前漆后狀態(tài)對(duì)比

將整改內(nèi)容反饋給模具設(shè)計(jì)人員，在設(shè)計(jì)類似翼子板翻邊高度有變化的負(fù)角翻邊模時(shí)，適當(dāng)在輪口區(qū)域增加包角，可有效改善棱邊圓角外凸及其表面質(zhì)量問題。壓料板R角必須與制件輪口棱邊R一致，使成形制件受到模具壓料板R角的壓力。

4 結(jié)束語

缺陷是翼子板工序少成形的難點(diǎn)問題，在翼子板沖模生產(chǎn)調(diào)試階段需要投入大量的人力及時(shí)間長才能解決這類問題，通過壓料板增加包角并適當(dāng)增大壓力，可以解決棱邊圓角外凸及其表面缺陷，并推廣應(yīng)用到其他車型翼子板模具設(shè)計(jì)與制造，提高了整車表面質(zhì)量，為同行業(yè)調(diào)試人員提供參考。