汽車覆蓋件凸凹點缺陷分析及控制

莫小軍

（廣西機電技師學院，廣西 柳州 545005）

0 引言

隨著社會經(jīng)濟發(fā)展進步，人們的生活水平提高，汽車行業(yè)迎來了發(fā)展迅猛，汽車也走進了千家萬戶。據(jù)中國汽車工業(yè)協(xié)會將發(fā)布2021年我國汽車產(chǎn)銷量數(shù)據(jù)，據(jù)中國汽車流通協(xié)會預計，2021年汽車銷量約2580萬輛，與2020年基本持平，乘用車銷量約2100萬輛，與去年2000萬輛相比將近增長5%。伴隨汽車產(chǎn)量增加的同時各個品牌的競爭也非常慘烈。受到內外部的因素影響，汽車生產(chǎn)和制造成本居高不下，加上消費者更注重汽車的產(chǎn)品的外觀和整體質量，生產(chǎn)過程中各個環(huán)節(jié)的生產(chǎn)成本控制尤為重要。汽車覆蓋件作為汽車的皮膚，直接呈現(xiàn)在消費者眼前，他的品質直接影響消費者的視覺感受和購買欲望。汽車覆蓋件多為外觀件，表面不允許有波紋、皺紋、凸凹點、劃傷、拉毛、壓痕、擦傷等缺陷。其中凸凹點缺陷是我們生產(chǎn)過程中最常見，最為難以辨識，也是最難控制和返修的一種質量缺陷。汽車覆蓋件特點為：材料薄，大多在0.6 mm~1.0 mm之間、形狀復雜、立體曲面多、維修困難；凸凹點在生產(chǎn)過程中頻繁出現(xiàn)會耗費大量的人力物力進行返工返修。這些返修成本在生產(chǎn)工程中是一種不增值的成本浪費行為，既增加過程成本又會造成質量瑕疵，這些瑕疵返工返修不理想，流入市場，既影響消費者購車感受，又形象品牌形象。因此，重點探討了沖壓覆蓋件表面在生產(chǎn)過程中凸凹點缺陷產(chǎn)生原因和改進控制措施，從而提高覆蓋件沖壓質量和生產(chǎn)效率、降低產(chǎn)生成本。

1 汽車覆蓋件凸凹點缺陷產(chǎn)生原因

汽車覆蓋件凸凹點缺陷產(chǎn)生的常見原因有：板料在開卷落料過程中邊緣有細小的碎屑帶到模具型面產(chǎn)生的凸凹點；板料表面殘留有垃圾帶到模具型面產(chǎn)生的凸凹點；板料鋅粉的脫落帶到模具型面產(chǎn)生的凸凹點；覆蓋件在OP10拉延成型工序產(chǎn)生的凸凹點；模具修邊刀和廢料切斷刀產(chǎn)生的碎屑帶到模具型面產(chǎn)生的凸凹點；模具鑲塊切邊刃口間隙不良,形成絲條狀碎屑產(chǎn)生的凸凹點。

2 產(chǎn)生凸凹點缺陷的案例分析及控制措施

2.1 案例分析

案例一:某汽車頂蓋投產(chǎn)初期生產(chǎn)過程存在大量的凸凹點產(chǎn)生，返工率達到了88%左右，且返修速度無法滿足量產(chǎn)需求，生產(chǎn)過程成本過高，經(jīng)過深入調查分析，原因在于OP10拉伸工序進出料時磕碰、產(chǎn)生碎屑，這些碎屑帶入本工序和后工序的模腔，造成零件表面凸凹缺陷，影響產(chǎn)品質量外觀及生產(chǎn)線生產(chǎn)效率。

原因分析：由于OP10拉伸模具設計采用四周定位方式，如（圖1）所示，定位器較高，且無托架，人工送料和出料時稍有不慎，板料就會與定位器存在刮碰，這些板料產(chǎn)生的凸凹點在拉伸過程和后續(xù)工序是無法通過模具本身進行消除，只能通過人工識別，后續(xù)返修的方式進行回用，耗費大量的人工和返修成本。

圖1 定位據(jù)和板定位方式

改進控制措施：通過改進變定位器形式，兩側定位器增加導向（圖2），在進料側的定位器上增加橡膠滾輪（圖3）和帶橡膠滾輪的進料托架，增加出料側出料托架同時取消出料側定位器（圖4），使得操作工在送料時，橡膠滾輪始終托住板料底面，兩側導向有效地避免板料往前推進過程中錯位磕碰，后側托架在出料是始終托住工序件的工藝補充部位，通過改善模具結構和改善人機工程減輕操作工的疲勞程度，又有效避免人為的磕碰造成凸凹點的產(chǎn)生，提高量產(chǎn)[1]。

圖2 兩側定位器更改前后對比

圖3 進料側定位器更改前后對比

圖4 定位器變更和增加托架

案例二:某汽車模具刃口加工輪廓不光順，模具刃口間隙不當，刃口間隙平行度不良，如模具維修工研配刃口不良、刃口局部補焊過渡區(qū)研配不良。上下模刃口鑲塊分塊結構，拼接或者研配過程中出現(xiàn)段差，會造成粒狀和粉狀碎屑。

原因分析：OP20切邊工序由于上、下模與廢料刀切邊鑲塊刃口吃入量一般采用“2-2-2”結構如圖5所示，a與b點位置刃口高度相差4 mm，b點與c點相差4 mm，由于上模鑲塊刃口不等高，當上模往下運動時，a、c點先接觸零件，這兩點開始剪切時c點還離空4 mm才能切斷，造成模具在切邊裁剪時局部存在先后不同步現(xiàn)象。由于該區(qū)域廢料刀位置切邊與廢料切斷不同步，如圖6所示，a、b、c位置刃口剪切過程存在先后，同時該區(qū)域下模廢料刀與切邊刃口也是不等高的。如圖7所示，零件在該區(qū)域的剪切存在先拉變形后裁切等現(xiàn)象，造成零件局部的切邊在切斷前存在拉斷、撕裂或者拉薄后才經(jīng)切邊刃口剪切，如圖8所示。此時由于該區(qū)域被拉裂、拉薄，料厚發(fā)生變化，造成料厚與刃口間隙不匹配，也就是說出現(xiàn)這種狀態(tài)時刃口間隙是過大的，此時沖裁就會造成拉斷擠斷，形成該區(qū)域存在大量的細絲狀、顆粒狀或粉末狀鐵屑[1，2]，如圖9所示。這些鐵屑會粘在零件上，帶入本工序或者帶入下工序造成甚至壓合在模具上形成批量凸凹點。

圖5 上、下模與廢料刀刃口吃入量

圖6 上模鑲塊刀刃形狀

圖7 切邊刃口與廢料刀不等高

圖8 零件切邊存在拉斷

圖9 刃口附著顆粒狀鐵屑

改進控制措施：通過采用改變模具結構和切邊時序方案，盡可能地避免鑲塊切邊時不同步，造成先拉變形、拉薄再切邊，通過變更模具結構，更換鑲塊，把切邊分在不同工序完成，OP20先切一部分，剩余的余料在后工序再切，如圖10所示。這個上模切邊刃口和切廢料刃口是沿產(chǎn)品型面按照固定的切入量設計，更改前是“2-2-2”結構，同時下模刃口鑲塊也變更設計，更換鑲塊，如圖11所示。使得零件切邊刃口與廢料刀等高，切邊與廢料切斷同步，消除拉斷、撕裂或者拉薄等現(xiàn)象，從而改善切邊條件。避免切邊鐵屑的產(chǎn)生，保證刃口干凈無顆粒物粘結，避免本工序和后工序的顆粒物的帶入模腔，有效地減少沖壓過程中凸凹點的產(chǎn)生如圖12所示。

圖10 更改后同步切入量鑲塊

圖11 更改后下模刃口結構

圖12 更改結構后，切削基本消除

案例三：在OP20（切邊工序）中模具因切邊刃口間隙大或間隙小，導致切邊刀的位置產(chǎn)生大量的碎屑。在生產(chǎn)過程中，該碎屑隨零件帶到模具內腔，造成零件表面出現(xiàn)凸凹點，需要停機對碎屑進行擦拭和清理，影響生產(chǎn)線運行效率。

模具切邊碎屑產(chǎn)生的原因是由于模具切邊刃口疲勞崩刃、損耗，上、下模刃口間隙發(fā)生變化，主要表現(xiàn)有間隙過小引起二次剪切、切邊碎屑，間隙過大引起毛刺、切邊不斷等問題導致，模具切邊刃口間隙一般要求為板料厚度的5%~8%，如圖13。當模具切邊刃口間隙小時會產(chǎn)生模具切邊碎屑，如圖14所示。碎屑狀態(tài)有粉末狀、片狀和針狀等形態(tài)。模具切邊小知識：沖裁件分為三個特征區(qū)，即圓角帶約占料厚5%，光亮帶約占料厚30%，斷裂帶約占料厚的60%，毛刺約占料厚的5%~10%[1，2]。工作中，常通過特征區(qū)來判斷沖裁件的質量缺陷和沖裁間隙。沖裁間隙就是凸、凹模刃口工作部分尺寸之差，它是最重要的沖裁工藝參數(shù)，對沖裁件的端面質量、尺寸精度、模具壽命、沖裁力、卸料力和頂料力等都有很大的影響。其中刃口間隙及刃口吃入狀態(tài)是凸凹點產(chǎn)生的關鍵。

圖13 正常切邊刃口間隙狀態(tài)

圖14 間隙小切邊刃口間隙狀態(tài)

改進控制措施：修補模具切邊刃口，提高刃口側面精度，重新上機研配間隙。通過調整切邊刃口間隙，使其刃口間隙狀態(tài)成為合理間隙，其沖裁件斷面特征表現(xiàn)比例分別為：圓角帶占板料厚度1/6，光亮帶占板料厚度2/6，斷裂帶占板料厚度3/6，毛刺約0.1 mm以內[1，2]。

案例四：某車型發(fā)罩外板OP10模具生產(chǎn)過程中出現(xiàn)失效形式：拉傷頻繁燒結開裂、凸凹點多，造成返修量大[3]。因此對發(fā)罩外板生產(chǎn)進行跟蹤，主要拉傷燒結部位（圖15所示標志處），每生產(chǎn)50~150件則拉傷燒結一次，甚至燒結后拉裂如圖16所示標志處。需要在線打磨處理10 min/次，每個班次僅能生產(chǎn)800件就被迫下線保養(yǎng)，每班次6~8次停線。按車身60JPH的生產(chǎn)節(jié)拍沖壓每天需提供1700左右的發(fā)罩外板，則每天生產(chǎn)2~3次，停線180 min左右，影響運行效率25%~30%，F(xiàn)TQ：0%~14.67%。嚴重影響生產(chǎn)效率、質量合格率及車身供件，可能導致車身停線風險。

圖15 拉傷燒結部位

圖16 拉傷開裂部位

原因分析：OP10模具表面存在砂眼，板料流動產(chǎn)生刮擦導致鐵粉脫落，鐵粉脫落就是由于板料在流動過程中與上下模圓角接觸時產(chǎn)生刮擦從而導致表面附著的鐵粉發(fā)生剝離，然后拉傷燒結產(chǎn)生凸凹點[4]；OP10模具表面存在裂紋，板料流動產(chǎn)生刮擦導致鐵粉脫落，鐵粉脫落就是由于板料在流動過程中與模具上的裂紋處產(chǎn)生刮擦從而導致板料表面附著的鐵粉發(fā)生剝離，然后拉傷燒結產(chǎn)生凸凹點。壓力機內粉塵多，生產(chǎn)時會帶入模腔造成凸凹點，同時掉入筋槽內直接影響板料正常流動，受阻或不順暢后產(chǎn)生拉傷燒結產(chǎn)生凸凹點。板料卷邊疊料相當于兩層料厚，壓件時會燒結拉裂，板料臟存在油漆、薄膜異物直接產(chǎn)生凸凹點。板料在經(jīng)過開卷落料后表面可能鑲嵌有部分垃圾或雜質，未經(jīng)過專用清洗機設備就包裝運往公司使用,板料周邊部分垃圾、包裝紙會粘貼在周圍未被清理掉，對中臺表面、過渡滑輪也存在不清潔的現(xiàn)象，從而造成凸凹點的產(chǎn)生。

改進控制措施：對砂眼位置打磨挖空，重新補焊修復，使模具型面平順無砂眼缺陷。對裂紋位置打磨挖空，重新補焊修復，使模具型面平順無裂紋缺陷。對壓力機內進行粉塵處理，盡量減少壓力機內粉塵。操作員要確認每次生產(chǎn)上料時，通過生產(chǎn)準備前用氣管對板料周圍雜質清潔，對中臺表面、滑輪傳送帶進行定期清潔檢查，減少垃圾的附著。另外要對所有切邊部位控制無碎鐵片狀態(tài)，確保模具表面無油漆脫落掉落到板料上及模腔內[4]。

2.2 改進和控制措施后的效果

改進控制措施后跟蹤2個季度，出現(xiàn)燒結拉傷情況明顯減輕。產(chǎn)生的經(jīng)濟效益：平均每天生產(chǎn)3次，停線180 min左右；按公司《節(jié)約換算標準》中得出人工成本為26.77元/人/小時節(jié)約金額為416327元。問題解決有效耗時50 h，人工成本為26.77×50=338.5元，電費為100元。投入的費用：1338.5+100=1438.5元；經(jīng)濟效益=416327-1438.5=414988.5元。經(jīng)半年的生產(chǎn)跟蹤驗證，數(shù)據(jù)顯示：根據(jù)模具刃口失效數(shù)據(jù)分析，因表面凸凹點停線時間占總停線時間從原來的56.3%降到14.03%，低于標準值；產(chǎn)品一次下線合格率從12%提升到92.5%；生產(chǎn)過程非計劃性停線從35%縮減到3.2%，生產(chǎn)效率從原來的班產(chǎn)500臺帶缺陷產(chǎn)品，提高到了班產(chǎn)800臺合格產(chǎn)品。這有效地改善人機工程，提高產(chǎn)品合格率，滿足產(chǎn)品質量要求的同時提升生產(chǎn)效率，減少了返工返修成本，改善效果顯著。

3 結語

由于汽車大型覆蓋件沖壓工藝的特殊性和客觀條件，致使生產(chǎn)過程凸凹點缺陷產(chǎn)生具有必然性，凸凹點缺陷不可能完全消除，但是可以使用以下相應的質量控制措施來減少：建立模具點檢制度并展開全員培訓；強化現(xiàn)場管理，車間級重點宣傳質量和成本意識；明確模具日常保養(yǎng)計劃和內容并實施保養(yǎng)，及時修理模具，保證模具始終具備良好的技術狀態(tài)；遵守“自檢互檢”原則，前后工序分區(qū)檢驗，層層把關，發(fā)現(xiàn)問題及時處理；規(guī)范沖壓操作工藝規(guī)程，明確保養(yǎng)時間和模具表面清潔頻次對模腔進行清潔；每50件使用壓縮空氣對切邊工序產(chǎn)生并滯留在刃口的鐵屑進行清理；清潔刃口后進行涂油處理，條件允許：改善沖壓操作環(huán)境，盡可能使用相對獨立的封閉環(huán)境生產(chǎn)；編制檢驗指導書，明確并提高檢驗抽檢頻次30件檢驗一次，由專業(yè)檢驗員進行抽檢，發(fā)現(xiàn)問題往前追溯30件；合理的優(yōu)化模具結構，合理增加輔助裝置，改善人機工程、避免人為的磕碰。

從人、機、料、法、環(huán)、測等方面全面剖析了大型覆蓋件生產(chǎn)過程中的凸凹點質量缺陷產(chǎn)生的原因，并提出了相應的解決控制措施，實踐證明這些控制措施有效減少沖壓生產(chǎn)過程中凸凹點缺陷的產(chǎn)生，提升生產(chǎn)質量合格率，減少了事后返修返工的時間和成本，有效提升生產(chǎn)效率。從生產(chǎn)工作的實際經(jīng)驗出發(fā)，對凹凸點缺陷的成因做了總結，供各位沖壓同仁討論，拋磚引玉，共同學習共同進步，把沖壓件的質量提升到更高的層次。