車(chē)門(mén)外板銳棱制作及其面品改善方案實(shí)例研究

劉亞剛

摘? 要：銳棱就是將外覆蓋件的主棱線R角做得很小，趨近于R0效果，讓板件看上去更有質(zhì)感和層次感。外覆蓋件銳棱處的面品缺陷是各個(gè)車(chē)廠所關(guān)注的重要問(wèn)題之一。在車(chē)門(mén)外板項(xiàng)目開(kāi)發(fā)過(guò)程中，車(chē)門(mén)外板有銳棱要求并在現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試階段出現(xiàn)了外觀面品缺陷，通過(guò)多種方案的嘗試，制作出了車(chē)門(mén)外板銳棱效果，同時(shí)銳棱處的面品缺陷得到了最大限度的改善，提高了板件的面品質(zhì)量、板件成型后的穩(wěn)定性，減少了現(xiàn)場(chǎng)鉗工反復(fù)上壓機(jī)合模的時(shí)間，降低了在現(xiàn)場(chǎng)為改善面品缺陷重新3D型面加工、研合、調(diào)試的費(fèi)用，使項(xiàng)目的成本得到了降低并縮短了項(xiàng)目的生產(chǎn)周期。

關(guān)鍵詞：車(chē)門(mén)外板;銳棱制作;面品改善;汽車(chē)模具

0? 引言

近幾年隨著汽車(chē)行業(yè)發(fā)展迅速，各個(gè)車(chē)廠對(duì)自己的產(chǎn)品精益求精，對(duì)汽車(chē)外覆蓋件的外觀造型要求越來(lái)越高，很多車(chē)企都在外覆蓋件上制作了銳棱效果，所謂銳棱就是將外覆蓋件的主棱線R角做得很小，趨近于R0效果，讓板件看上去更有層次感，如側(cè)圍、車(chē)門(mén)外板、機(jī)蓋外板、后背門(mén)外板、葉子板等外覆蓋件都有做銳棱的案例。汽車(chē)外覆蓋件的質(zhì)量對(duì)整個(gè)汽車(chē)質(zhì)量有著重要的影響，這就促使人們千方百計(jì)地為了提升板件的質(zhì)量而不斷地去探索研究板材沖壓成形理論和成形技術(shù)。由于汽車(chē)外覆蓋件大多都是三位空間型面，所以其沖壓成形中的變形復(fù)雜，變形規(guī)律不好把握，影響質(zhì)量問(wèn)題的因素錯(cuò)綜復(fù)雜^[1]。由于零件面品不達(dá)標(biāo)會(huì)導(dǎo)致模具廠無(wú)法按時(shí)交模，外覆蓋件的外觀面品問(wèn)題一直困擾著各個(gè)汽車(chē)模具廠，如前后車(chē)門(mén)外板門(mén)把手附近表面光影不順的問(wèn)題，前后車(chē)門(mén)外板主棱線滑移的問(wèn)題，頂蓋尾部局部下榻的問(wèn)題，等等。這些面品問(wèn)題會(huì)直接影響整車(chē)的外觀品質(zhì)，從而影響消費(fèi)者的主觀意識(shí)，需要尋找優(yōu)化或解決方案。

車(chē)門(mén)外板是每個(gè)車(chē)主接觸最多的板件，每次上車(chē)都要先直面車(chē)門(mén)外板，所以對(duì)其外觀質(zhì)量是A級(jí)標(biāo)準(zhǔn)要求，A級(jí)型面對(duì)于光照缺陷非常嚴(yán)格，外覆蓋件生產(chǎn)后都要先烤漆，然后進(jìn)行板件的光照測(cè)試，看A級(jí)型面的在光照下，線條是否光順，且要求線條連續(xù)無(wú)斷差，對(duì)于成型出來(lái)的外覆蓋件的光順度有著非常高的要求。如圖1所示，由于車(chē)門(mén)外板上的銳棱是設(shè)計(jì)在主棱線上，而且存在一邊凸R、一邊凹R的過(guò)渡區(qū)域，對(duì)于拉延的成型性較難控制，易導(dǎo)致板件開(kāi)裂，因此銳棱成型是難題。

1 銳棱成型的難點(diǎn)分析

此項(xiàng)目為2019年筆者所在公司開(kāi)發(fā)的某品牌汽車(chē)公司車(chē)門(mén)外板項(xiàng)目。此項(xiàng)目為短周期項(xiàng)目，給各工段的開(kāi)發(fā)周期都比較短，因此在前期工藝階段，必須保證車(chē)門(mén)外板的沖壓可行性，盡量在現(xiàn)場(chǎng)無(wú)成型性問(wèn)題，減少模具反復(fù)修改。車(chē)門(mén)外板按4工序的方案執(zhí)行，其中為了保證銳棱成型性及其面品，筆者組織現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試專(zhuān)家一起討論了方案，利用他們現(xiàn)場(chǎng)的豐富調(diào)試經(jīng)驗(yàn)，在前期工藝階段規(guī)避一些問(wèn)題，對(duì)拉延的成型性進(jìn)行了大量的CAE計(jì)算，整個(gè)銳棱的成型都在拉延模完成，但在鉗工調(diào)試模具時(shí)還是出現(xiàn)了銳棱處在成型過(guò)程中開(kāi)裂和后期曲率不順的面品問(wèn)題。

2 銳棱成型方案設(shè)計(jì)與優(yōu)化

2.1 產(chǎn)品造型方面

車(chē)門(mén)外板銳棱處出現(xiàn)問(wèn)題的首要因素就是產(chǎn)品自身的造型，它先天決定了缺陷程度大小。項(xiàng)目啟動(dòng)后剛接到客戶提供的產(chǎn)品數(shù)模，筆者就組織現(xiàn)場(chǎng)專(zhuān)家開(kāi)專(zhuān)題會(huì)議討論制作銳棱的事情，將嚴(yán)重影響板件銳棱成型性的產(chǎn)品造型，如車(chē)門(mén)外板銳棱兩側(cè)產(chǎn)品凸R角和凹R角的太小，凸凹R區(qū)域的過(guò)渡區(qū)域等問(wèn)題，都給客戶提了產(chǎn)品數(shù)模同步工程（產(chǎn)品發(fā)于模具廠家制作，與產(chǎn)品造型制作同時(shí)進(jìn)行），建議客戶在不影響整車(chē)裝配和保證間隙的前提下合理優(yōu)化產(chǎn)品數(shù)模，減小由于產(chǎn)品自身造型造成的缺陷。此外在沖壓方向上讓銳棱左右側(cè)的夾角盡量一致。

2.2 工藝方面的優(yōu)化

2.2.1 車(chē)門(mén)銳棱開(kāi)裂及曲率不順的原因及檢測(cè)方法

車(chē)門(mén)外板銳棱開(kāi)裂是板件成型性問(wèn)題，出現(xiàn)在第一工序板件成型時(shí)產(chǎn)生的，由于凸模銳棱處造型R角是做到趨近R0的狀態(tài)，導(dǎo)致板件在接觸到后成型凸R和凹R造型時(shí)走料不均，左右受力不均，導(dǎo)致銳棱處A面出現(xiàn)了開(kāi)裂的問(wèn)題，同時(shí)需要對(duì)工藝補(bǔ)充面做優(yōu)化處理，工藝補(bǔ)充是指為了順利拉深成形處合格的制件，在沖壓件的基礎(chǔ)上添加的那部分材料。工藝補(bǔ)充是拉深件設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容，不僅對(duì)拉深成形起重要影響，而且對(duì)后面的修邊、整形、翻邊等工序的方案設(shè)計(jì)也有重要的影響^[1]。在后期銳棱成型性問(wèn)題解決后又出現(xiàn)了銳棱附近板件曲率不順的面品缺陷。曲率不順的問(wèn)題我們利用了排除法得到問(wèn)題出在拉延工序上，檢測(cè)方法是油石檢測(cè)法，就是利用油石在板件上打磨確認(rèn)油石在板件上磨出來(lái)的曲率痕跡是否連續(xù)即可。從第一序的工序件油石痕跡可以判定問(wèn)題是在第一序產(chǎn)生，但為了確認(rèn)后序是否有加劇外觀缺陷，又對(duì)后三序的板件進(jìn)行了確認(rèn)，結(jié)果反饋后序?qū)ν庥^缺陷無(wú)加劇的效果。

汽車(chē)模具行業(yè)對(duì)于外覆蓋件面品檢測(cè)方法之一是利用規(guī)格為300/500/1000號(hào)的油石，在工序件上可能存在外觀缺陷的區(qū)域來(lái)回打磨，方向與銳棱R角處成45度，通過(guò)油石打磨會(huì)在工序件上留下痕跡線，如果痕跡斷斷續(xù)續(xù)則表示面品存在缺陷。工藝補(bǔ)充面的造型好壞也是決定面品有無(wú)缺陷的關(guān)鍵因素之一。之前項(xiàng)目的車(chē)門(mén)外板主棱線也是憑借現(xiàn)場(chǎng)專(zhuān)家的經(jīng)驗(yàn)來(lái)指導(dǎo)工藝制作，現(xiàn)場(chǎng)出件后利用油石進(jìn)行檢測(cè)。如果出現(xiàn)面品缺陷就必須對(duì)型面進(jìn)行更改，按照加工、合模、調(diào)試、出件的制作流程再走一遍，之后才能進(jìn)行檢測(cè)，非常浪費(fèi)時(shí)間，增加了制造成本。我們通過(guò)CAE模擬軟件-AUTOFORM來(lái)檢測(cè)外觀面品缺陷，這個(gè)功能可以模擬真實(shí)油石檢測(cè)的原理，其中Store Length表示油石的長(zhǎng)度，根據(jù)實(shí)際情況選擇不同長(zhǎng)度的油石，如外觀有缺陷就會(huì)呈現(xiàn)紅色。通過(guò)以前一些項(xiàng)目的外覆蓋件驗(yàn)證，此功能的準(zhǔn)確度較高。在確認(rèn)AUTOFORM中的此命令檢測(cè)的可行性后，制作工藝補(bǔ)充造型的方案，然后通過(guò)AUTOFORM進(jìn)行模擬，確認(rèn)缺陷程度。另外一種方法是通過(guò)觀察板件的斑馬線來(lái)檢測(cè)板件曲率是否連續(xù)^[2]。A7F2C8BF-B95D-4F22-8EC5-0995DAE547A0

2.2.2 針對(duì)車(chē)門(mén)外板銳棱處區(qū)域的工藝制作方案

針對(duì)車(chē)門(mén)外板銳棱處曲率不順問(wèn)題，我們?cè)O(shè)計(jì)了如下三種方案：

1）按現(xiàn)有工藝狀態(tài)進(jìn)行AUTOFORM模擬分析，看斑馬紋檢測(cè)結(jié)果和油石檢測(cè)結(jié)果，確認(rèn)是否存在板件曲率問(wèn)題。

2）將凸模銳棱處的R角做到R0.5和R1的狀態(tài)，看斑馬紋檢測(cè)結(jié)果和油石檢測(cè)結(jié)果，確認(rèn)是否存在板件曲率問(wèn)題。

3）針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)反饋的情況，筆者判斷出問(wèn)題的原因是由于成型凸R和凹R造型時(shí)走料不均，左右受力不均導(dǎo)致曲率不順。這樣可以在原來(lái)工藝的基礎(chǔ)上，將水切處產(chǎn)品之外的余肉進(jìn)行處理，讓板件接觸凸模后左右受力均勻，不會(huì)發(fā)生左右偏移的狀態(tài)，利用AUTOFORM模擬分析。另外讓壓料面碰觸銳棱時(shí)保證同時(shí)接觸。

根據(jù)以上方案的模擬測(cè)試結(jié)果，我們發(fā)現(xiàn)第三種方案缺陷較輕，不過(guò)拉延模修改量較大，需要在凸模水切處局部補(bǔ)焊，追加工凸模，對(duì)上凹模進(jìn)行追加工。

2.3 結(jié)構(gòu)圖設(shè)計(jì)方面

在結(jié)構(gòu)上，整個(gè)模具在成型過(guò)程中力的傳導(dǎo)不好，凸模和上凹模局部產(chǎn)生微量變形，影響了板料在成型過(guò)程中的走料狀態(tài)。經(jīng)過(guò)分析，原因在于銳棱處只是縱向設(shè)計(jì)三根到底肋，受力筋狀態(tài)不好，因此在后續(xù)設(shè)計(jì)中，凸模和上凹模需要延著主棱線布置到底肋，讓模具受力穩(wěn)定。

3 加工數(shù)據(jù)制作方面

因車(chē)門(mén)外板主棱線和以往的不同，所以在主棱線的加工數(shù)據(jù)也要做特殊處理，才能解決板件成型時(shí)開(kāi)裂的問(wèn)題。一方面，不能讓凸模的銳棱將板料戳破。這就需要板料在接觸凸模后，在銳棱尖端只有一面接觸，另外一側(cè)做避空處理，而且上模銳棱凹型面無(wú)法做成和凸模一樣R0的效果。由于此逃料區(qū)域非常小，高度0.4mm，寬度0.4mm，需要定制特殊刀具來(lái)完成加工工作。另一方面，要將板件壓死，在銳棱的左右側(cè)設(shè)置強(qiáng)壓區(qū)域。此面由制作加工數(shù)據(jù)的人員做單獨(dú)處理，避讓槽左右側(cè)長(zhǎng)度10～15mm區(qū)域做0.05～0.08mm的強(qiáng)壓面，然后在做10～20mm的過(guò)渡區(qū)域，將強(qiáng)壓值過(guò)渡到正常型面值。此加工面做好后還要返回到AUTOFORM中進(jìn)行斑馬紋檢測(cè)和油石檢測(cè)，如果沒(méi)有問(wèn)題便用此面做加工數(shù)據(jù)。

在凸模銳棱加工過(guò)程中還需要注意加工軌跡、進(jìn)給速度、轉(zhuǎn)速等參數(shù)。

4 鉗工調(diào)試研合方面

車(chē)門(mén)外板的模具型面加工完成，現(xiàn)場(chǎng)試模打件后，利用三坐標(biāo)測(cè)量?jī)x對(duì)車(chē)門(mén)外板銳棱區(qū)域進(jìn)行掃描判定板件造型尺寸是否正確，如果尺寸不正確時(shí)再根據(jù)情況來(lái)決定對(duì)策：如果車(chē)門(mén)外板銳棱區(qū)域低于數(shù)模，則通過(guò)修改加工數(shù)據(jù)，重新將模具上下模上機(jī)臺(tái)加工，機(jī)加工完成后由鉗工上壓力機(jī)調(diào)試研配型面。如果車(chē)門(mén)外板銳棱區(qū)域高于數(shù)模，則通過(guò)修改加工數(shù)據(jù)，下模直接上機(jī)臺(tái)加工型面，上模要進(jìn)行降刻處理（由于是外覆蓋件板，一般不在型面上做補(bǔ)焊處理），機(jī)加工完成后由鉗工上壓力機(jī)調(diào)試研配型面，進(jìn)行藍(lán)丹合模調(diào)試，保證強(qiáng)壓區(qū)域的藍(lán)丹為泛白狀態(tài)。

車(chē)門(mén)外板從工藝部、結(jié)構(gòu)部、制造部和制模部四個(gè)部門(mén)做好以上六個(gè)方面，再對(duì)車(chē)門(mén)外板銳棱區(qū)域是否會(huì)存在面品缺陷做整流程跟蹤，模具加工完成后交鉗工合模調(diào)試壓件[3]。車(chē)門(mén)外板銳棱現(xiàn)場(chǎng)油石檢測(cè)件，修改后油石打磨的痕跡線基本上都連續(xù)的，并且與當(dāng)時(shí)CAE模擬的油石檢測(cè)圖片做比對(duì)，也基本上吻合。為了進(jìn)一步確認(rèn)板件狀態(tài)我司提供交樣板件給客戶，客戶會(huì)試裝車(chē)并對(duì)板件進(jìn)行噴漆光照，確認(rèn)板件是否存在尺寸及面品缺陷，沒(méi)有問(wèn)題即滿足客戶的需求，板件合格。

5 結(jié)論與展望

針對(duì)車(chē)門(mén)外板銳棱處成型性問(wèn)題，設(shè)計(jì)了多種方案，利用AUTOFORM模擬出板件成型性結(jié)果，然后對(duì)各個(gè)方案的結(jié)果進(jìn)行分析，現(xiàn)場(chǎng)對(duì)模具進(jìn)行加工調(diào)試，成功解決了某公司車(chē)門(mén)外板的銳棱成型性問(wèn)題。我們選擇將精力放在前期工藝上，這樣才能起到有效控制成本，縮短制造周期，提升工作效率的作用。未來(lái)汽車(chē)行業(yè)銳棱技術(shù)的應(yīng)用將會(huì)越來(lái)越廣，不過(guò)不同的車(chē)門(mén)外板其造型不一，面品缺陷也千差萬(wàn)別，需要針對(duì)性地做好前期工藝方案的設(shè)計(jì)，以最優(yōu)的狀態(tài)投入到生產(chǎn)。

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