汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)蓋包邊模的調(diào)試方法研究

陳文鋒，曾昭亮，楊玉貴

（四川成飛集成科技股份有限公司，四川成都 610091）

1 引言

汽車(chē)包邊是將汽車(chē)上兩個(gè)或多個(gè)制件連接到一起的工藝，其中，包邊模由于生產(chǎn)過(guò)程中采用一次動(dòng)作完成對(duì)制件的定位、壓料、預(yù)包邊和包邊，其上下模還可對(duì)制件進(jìn)行幾何形狀的校正，這種工藝設(shè)備的生產(chǎn)效率，制件品質(zhì)，穩(wěn)定性，與其他包邊工藝設(shè)備相比具有明顯的優(yōu)勢(shì)，在國(guó)內(nèi)汽車(chē)廠家中運(yùn)用的較廣泛。由于這種工藝方法引進(jìn)于日本，在每個(gè)車(chē)型中，所需的量又不是很大，所以國(guó)內(nèi)對(duì)這種模具的生產(chǎn)調(diào)試經(jīng)驗(yàn)比較少。通過(guò)總結(jié)最近這幾年對(duì)相關(guān)項(xiàng)目的包邊模的調(diào)試經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，以最具代表性的汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)蓋為實(shí)例，介紹這個(gè)制件的常見(jiàn)質(zhì)量缺陷，具體分析產(chǎn)生的原因，及模具的調(diào)試解決方案，為將來(lái)的其它包邊模提供合理高效的調(diào)試方案。

2 包邊模常見(jiàn)缺陷及排除方法

汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)蓋包邊模，是將發(fā)動(dòng)機(jī)蓋內(nèi)板與外板連接到一起的工藝設(shè)備，它是通過(guò)機(jī)床提供動(dòng)力，做上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)，在向下運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，通過(guò)定位銷(xiāo)，壓料板，預(yù)彎?rùn)C(jī)構(gòu)，主彎鑲塊實(shí)現(xiàn)對(duì)制件的定位，壓料，預(yù)彎，主彎動(dòng)作。其中制件的表面質(zhì)量和外形尺寸偏差，大部分出在預(yù)彎和主彎階段。以下通過(guò)實(shí)例，具體介紹包邊模的常見(jiàn)缺陷的排除方法。

2.1 面品缺陷及排除方法

2020 年5 月，在調(diào)試長(zhǎng)安福特某項(xiàng)目的發(fā)動(dòng)機(jī)蓋時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)蓋包邊后，前擋風(fēng)玻璃處的兩處尖角出現(xiàn)凹陷（見(jiàn)圖1），與翼子板搭接處的兩處圓弧R出現(xiàn)了輪廓不順暢現(xiàn)象（見(jiàn)圖2）。間隙在2.3~3.0mm，間隙差達(dá)到了0.7mm。在試生產(chǎn)階段，輪廓不順暢位置和大小還不穩(wěn)定。出現(xiàn)大批量的返修，嚴(yán)重影響生產(chǎn)效率。

圖1 表面凹陷圖

圖2 輪廓尺寸圖

如圖1所示，通過(guò)對(duì)制件尖角處進(jìn)行分析，可以看出制件尖角處，有一段圓弧，在外板預(yù)彎和主彎過(guò)程中，由于圓弧處往內(nèi)包邊，該段圓弧包邊后會(huì)缺料，受缺料拉應(yīng)力的影響，隨著主彎力的消失而釋放，所以在調(diào)試時(shí)，應(yīng)該先從減小內(nèi)應(yīng)力上入手。

（1）從減小單件的內(nèi)應(yīng)力入手，用圓弧公式：

式中N——圓弧對(duì)應(yīng)的圓心角度

π——圓周率

R——圓弧半徑

可計(jì)算處該段圓弧缺料情況。該段圓弧R為300mm，圓弧對(duì)應(yīng)角度為30°，翻邊高度為10mm，通過(guò)公式可以算出：

包邊后的翻邊線長(zhǎng)度為：

通過(guò)計(jì)算可以看出，兩段圓弧缺料為：

在公式中可以看出，翻邊高度越短，對(duì)圓弧的影響越小。在查閱了長(zhǎng)安福特的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)后，將翻邊高度降到了5mm 通過(guò)公式可以算出，改進(jìn)后，圓弧L2=30×3.14×（300+5）÷180=159.62mm。

缺料長(zhǎng)度L2-L1=2.62

通過(guò)對(duì)外板翻邊高度的降低，可以看出圓弧缺料優(yōu)化了很多。

（2）對(duì)包邊模的改進(jìn)。在包邊過(guò)程中，模具盡量做到對(duì)材料的全約束，任何一個(gè)地方的應(yīng)力釋放或者應(yīng)力突變，都會(huì)反映在制件的表面上。所以要全面檢查模具的每一個(gè)細(xì)節(jié)。

a.應(yīng)先檢查制件與下模型面的貼合程度，因?yàn)橥獍鍐渭诔尚瓦^(guò)程中，材料受擠壓力，剪切力，彎曲力，材料表面硬化等影響，由于殘余應(yīng)力的釋放，會(huì)有彈性變形。所以要檢查制件與下模型面是否一致。如果外板與下模不一致的話，制件在壓料階段，將力作用在外板上，外板與下模型面不符，在壓料的時(shí)候就將制件表面壓變形。具體的檢查方法是先將單件外板涂上紅丹，放入下模，用手按壓制件，通過(guò)著色檢查是否型面一致。通過(guò)著色檢查后，發(fā)現(xiàn)外板制件與下模有0.2mm 的間隙。所以要將制件與下模進(jìn)行研磨協(xié)調(diào)。經(jīng)過(guò)協(xié)調(diào)好的下模，制件與下模形成至少20mm寬的一致形狀，這個(gè)寬度，正好是壓料板和主彎鑲塊對(duì)下模施加力的最小寬度。

b.在包邊模預(yù)彎過(guò)程中，要盡量控制預(yù)彎變形的區(qū)域，因?yàn)轭A(yù)彎變形區(qū)域越小，制件面品質(zhì)量越高。在預(yù)彎過(guò)程中，預(yù)彎鑲塊是向制件翻邊輪廓法向做運(yùn)動(dòng)，如圖3所示。

力F1是往法向方向的，制件預(yù)彎后角度越小，制件的形變區(qū)域就越大，所以要盡量的增大預(yù)彎角度。通過(guò)改變預(yù)彎角度，反復(fù)試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)預(yù)彎角度只要小于或等于75°，都可以順利的主彎，而且預(yù)彎角度對(duì)輪廓的縮進(jìn)影響最小。所以，將制件預(yù)彎角做成75°，以減小預(yù)彎變形區(qū)域。由于向內(nèi)變形區(qū)域越小越好，通過(guò)圖3 可以看出，壓料板離制件邊緣是最近的，還可通過(guò)壓料板對(duì)制件垂直方向增加壓料力，讓外板與下模緊密貼合，以達(dá)到減小預(yù)彎變形區(qū)域的目的。施壓壓力以不破壞制件表面面品為原則，通過(guò)減小單件的內(nèi)應(yīng)力和對(duì)預(yù)彎變形區(qū)域的控制，改進(jìn)后的包邊制件，包邊面品得到了很大的提高，如圖4所示。

圖3 預(yù)彎鑲塊運(yùn)動(dòng)軌跡圖

圖4 表面質(zhì)量圖

2.2 制件圓弧輪廓不順暢包邊不良及解決方法

通過(guò)圖5（試模產(chǎn)品）可以看出該段圓弧的間隙在2.3~3.0mm，圓弧的間隙差達(dá)到了0.7mm，誤差非常的大。該段圓弧在法向上還呈反弧形。圓弧包邊后材料會(huì)多出一部分，通過(guò)圖6還可看出，在包邊過(guò)程中，每段圓弧所受力方向還不同。

圖5 輪廓間隙圖

圖6 局部包邊起皺圖

制件的形狀，決定了在主彎過(guò)程中，由于包邊多余材料易產(chǎn)生起皺，想要均勻的在圓弧分散多余材料的應(yīng)力非常的困難，如圖7所示。

圖7 產(chǎn)品造型圖

首先是對(duì)模具結(jié)構(gòu)的分析，模具該處由于受空間的限制，只能安裝一組預(yù)彎?rùn)C(jī)構(gòu)，如圖8所示。整段圓弧在預(yù)彎過(guò)程中，只能向一個(gè)方向運(yùn)動(dòng)。由于制件圓弧處的特殊形狀，每段圓弧上的初始角度都不同，而模具采用這種結(jié)構(gòu)后，只能完成一種預(yù)彎角度，在工作過(guò)程中，造成角度大的位置先接觸，角度小的位置后接觸，圓弧中間的材料會(huì)向兩側(cè)擠壓，擠壓應(yīng)力出現(xiàn)不均勻，材料會(huì)提前在圓弧某段出現(xiàn)起皺，在接下來(lái)主彎過(guò)程中，直邊材料還會(huì)向薄弱點(diǎn)擠料，造成起皺點(diǎn)材料越來(lái)越多。包邊后的制件，會(huì)往外卷料，造成輪廓不順暢。

圖8 預(yù)彎斜鍥圖

問(wèn)題找到后，首先還是先從制件的根本原因入手，解決制件多料問(wèn)題。制件外板圓弧翻邊高度為8mm，圓弧半徑為R90mm，弧長(zhǎng)對(duì)應(yīng)角度為45°，多余材料可以用圓弧公式L=Nπr/180計(jì)算。

包邊后弧長(zhǎng)L2=45×3.14×（90-8）÷180=64.37mm

多余材料L1-L2=6.28mm

通過(guò)計(jì)算可以看出，該段圓弧包邊后，材料多出了6.28mm，經(jīng)過(guò)對(duì)長(zhǎng)安福特的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)核定，確定包邊高度最低可以為5mm，由弧長(zhǎng)公式可以算出:

改進(jìn)后，多余材料L1-L2=3.93mm

通過(guò)對(duì)單件的改進(jìn)，可以大大減少多余的材料，對(duì)接下來(lái)包邊模調(diào)試非常的有利。

前面在模具分析中看出，模具在工作過(guò)程中，主要還是預(yù)彎出現(xiàn)了材料不均勻堆積現(xiàn)象，才造成了主彎后的制件輪廓不順暢。所以，在模具調(diào)試中要對(duì)預(yù)彎鑲塊進(jìn)行改進(jìn)。

在改進(jìn)中，發(fā)現(xiàn)制件輪廓不順的位置不穩(wěn)定，給模具的調(diào)試又增加了很大難度。通過(guò)對(duì)預(yù)彎鑲塊的分析，發(fā)現(xiàn)是模具在預(yù)彎時(shí)，預(yù)彎鑲塊與外板單件圓弧不一致，在預(yù)彎過(guò)程中不能對(duì)材料進(jìn)行全程的約束，照成預(yù)彎后起皺的點(diǎn)不穩(wěn)定，最后包完邊的制件圓弧質(zhì)量不穩(wěn)定。要做到預(yù)彎穩(wěn)定，必須對(duì)材料在預(yù)彎過(guò)程中進(jìn)行全程約束。

為了更準(zhǔn)確的判斷問(wèn)題，需要做以下的準(zhǔn)備工作：

第一步：為方便直觀看制件包邊后輪廓走料情況，減少對(duì)質(zhì)量缺陷的誤判，需要將制件圓弧輪廓處用刻線刀進(jìn)行刻線，如圖9所示。

圖9 產(chǎn)品圓角圖

第二步：為方便觀察預(yù)彎過(guò)程中的走料情況，需要將制件圓弧處涂上紅丹著色。

第三步：為找到預(yù)彎鑲塊圓弧與下模制件圓弧的準(zhǔn)確位置，可將準(zhǔn)備好的制件放入下模，用記號(hào)筆畫(huà)出制件圓弧與模具對(duì)應(yīng)的圓弧線。做好以上工作后，將外板件取出，將預(yù)彎?rùn)C(jī)構(gòu)彈簧卸下，模擬預(yù)彎鑲塊工作到下行程點(diǎn)狀態(tài)，對(duì)預(yù)彎鑲塊圓弧與制件圓弧進(jìn)行匹配研磨，做到預(yù)彎鑲塊圓弧與制件圓弧一致，預(yù)彎鑲塊工作到底狀態(tài)在制件圓弧的根部，這樣研配好的預(yù)彎鑲塊，在預(yù)彎過(guò)程中才能對(duì)材料進(jìn)行全程約束。

經(jīng)過(guò)以上的改進(jìn)以后，放入準(zhǔn)備好的外板和內(nèi)板，進(jìn)行預(yù)彎。通過(guò)預(yù)彎后的制件，發(fā)現(xiàn)由于受預(yù)彎?rùn)C(jī)構(gòu)只能往一個(gè)方向運(yùn)動(dòng)的限制，圓弧中間的材料還是向兩側(cè)擠壓堆積，出現(xiàn)起皺，如圖10所示。

圖10 圓角預(yù)彎后圖

最后，將制件進(jìn)行分段的主彎，在分段主彎的最后階段，由于制件圓弧處的特殊形狀，包邊過(guò)程中，不是標(biāo)準(zhǔn)的扇形包邊，而是一個(gè)反成形包邊，主彎過(guò)程中，每段材料受力不均勻，直邊材料翻邊高度比圓弧處的高，提前與主彎鑲塊接觸受力，將材料往圓弧上推擠，當(dāng)出現(xiàn)起皺后，所有的多余材料都往薄弱點(diǎn)堆積，包完邊的制件，材料多的位置，輪廓往外卷，材料少的位置往里卷，造成總成輪廓間隙大小不均，圓弧不順暢。在現(xiàn)場(chǎng)通過(guò)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，只要用手工敲擊預(yù)彎，預(yù)彎后的制件呈波浪形（見(jiàn)圖11），主彎后的圓弧輪廓就很圓順。因此，在此基礎(chǔ)上提出了材料引導(dǎo)的概念，就是在圓弧預(yù)彎過(guò)程中，將多余的材料分多點(diǎn)，引導(dǎo)到需要的地方，讓主彎后的制件材料均勻的擴(kuò)散在圓弧上，達(dá)到圓弧輪廓圓順的目的。

圖11 圓角手工預(yù)彎圖

具體的調(diào)試方法：先在制件輪廓上用刻刀劃線，將制件放入模具內(nèi)，再將預(yù)彎鑲塊圓弧處，按3 處等分，分別焊3個(gè)寬5mm，高3mm的凸點(diǎn)，焊好后打磨圓順，一切準(zhǔn)備工作做好后，做一個(gè)全動(dòng)作件，通過(guò)看所刻的線在輪廓邊緣位置的變化，就可看出材料的卷邊走料情況。在這種狀態(tài)下，預(yù)彎后的制件會(huì)出現(xiàn)3處凹陷點(diǎn)，在主彎過(guò)程中多余的材料會(huì)向預(yù)先做好的凹陷點(diǎn)流動(dòng)，凹陷點(diǎn)的材料會(huì)往外卷料。這時(shí)，再對(duì)這3個(gè)點(diǎn)內(nèi)的圓弧進(jìn)行優(yōu)化，在每一段內(nèi)增加一個(gè)點(diǎn)，對(duì)多余材料進(jìn)行再引導(dǎo)，讓材料均勻分散在整段圓弧上，達(dá)到圓弧輪廓圓順的目的。通過(guò)改進(jìn)后，包邊的制件間隙控制在了2.7~3.0mm（見(jiàn)圖12），圓弧輪廓順暢（見(jiàn)圖13），效果非常好。

圖12 整改后輪廓間隙圖

圖13 整改后表面質(zhì)量圖

經(jīng)過(guò)以上改進(jìn)后的模具，連續(xù)生產(chǎn)了6萬(wàn)多件，模具非常穩(wěn)定，產(chǎn)品質(zhì)量得到了客戶(hù)的一致好評(píng)。以上的調(diào)試方法，還可以應(yīng)用到其他的包邊模調(diào)試中，如汽車(chē)前、后門(mén)、行李箱、背門(mén)等，經(jīng)過(guò)多年的驗(yàn)證，具有很好的效果。

3 結(jié)束語(yǔ)

汽車(chē)包邊模調(diào)試是一種很復(fù)雜的工作，需要綜合運(yùn)用相關(guān)單件的沖壓工藝知識(shí)，單件的質(zhì)量控制，焊裝焊接工藝，車(chē)身質(zhì)量管控等相關(guān)知識(shí)，只有努力學(xué)習(xí)探索，不斷的總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，才能更好的制造調(diào)試出高品質(zhì)的模具和產(chǎn)品。