基于翼子板常見缺陷的調(diào)試與分析研究

翼子板是遮蓋車輪的外覆蓋件，因形狀似鳥翼而得名。翼子板是汽車上最重要的外覆蓋件之一，也是除側(cè)圍以外最復(fù)雜、最關(guān)鍵的汽車外表面件，因翼子板的裝配位置在人腰部，非常容易察覺到細(xì)微的表面缺陷，其質(zhì)量好壞直接影響整車美觀。由于翼子板造型復(fù)雜，存在負(fù)角翻邊整形、拉深高度大、尺寸要求高、工藝實(shí)現(xiàn)難度高，所以模具結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制件缺陷相應(yīng)較多，可借助藍(lán)光掃描(GOM)輔助分析提供調(diào)試數(shù)據(jù)，縮短調(diào)試周期?，F(xiàn)對(duì)翼子板常見缺陷，如回彈、暗坑、尺寸超差等問題進(jìn)行原因分析和探討解決方案，為翼子板模具設(shè)計(jì)、驗(yàn)收、調(diào)試提供參考。

對(duì)上述模型進(jìn)行數(shù)值計(jì)算,得到管-土變形及位移分析云圖(見圖4),在y-z剖面處管-土作用應(yīng)力分析云圖(見圖5).

翼子板沖壓工藝

想要快速找到翼子板缺陷產(chǎn)生原因，需非常了解翼子板成形工藝。翼子板為一模雙件生產(chǎn)，沖壓工序主要有：OP20 拉延(DR)；OP30 修邊、側(cè)修邊、沖孔(TR+CTR+PI)；OP40 修邊、翻邊、整形(TR+FL+RST)；OP50 修邊、側(cè)翻、沖孔(TR+CFL+PI)；OP60 側(cè)翻、側(cè)整、沖孔(CFL+CRST+PI)；OP70 翻邊、側(cè)沖孔、側(cè)整形(FL+CPI+CRST)，共六道工序成形。該翼子板具有多個(gè)復(fù)雜曲面，此外，虎口、燈口和A 柱的法蘭邊均為負(fù)角翻邊，需多次成形，因此，這三處是缺陷出現(xiàn)最多的區(qū)域。

致謝 本文研究工作受南京航空航天大學(xué)研究生創(chuàng)新基地(實(shí)驗(yàn)室)開放基金(kfjj20170122)資助.

調(diào)試案例

案例一：翼子板A 柱回彈

缺陷描述：制件成形基于板料塑性變形，板料經(jīng)拉深或翻邊整形過后厚度方向存在殘余應(yīng)力，在制件脫模后殘余應(yīng)力釋放使制件產(chǎn)生回彈。

⑴回彈原因分析。

①板料機(jī)械性能：成形過程中，隨著板料厚度增大，參與塑性變形量增多，回彈減小；材料屈服強(qiáng)度越大，彈性模量越大，加工硬化程度越高，回彈越大。

②采用壓料式翻邊工藝：翻邊時(shí)在壓料機(jī)構(gòu)施加壓力下成形，控制翻邊力及分布和板料流動(dòng)，使其塑性變形更充分。

③拉延筋分布：拉延筋合理分布增加板料的流動(dòng)阻力，控制板料的流入量及流動(dòng)方向，使各部位主次應(yīng)變均勻且拉深成形充分，使回彈區(qū)壓應(yīng)力向拉應(yīng)力轉(zhuǎn)移更多，回彈更小。部分回彈區(qū)可設(shè)置局部拉延筋使其局部走料均衡，從而控制回彈。

⑵解決方法。

回彈缺陷又分為正回彈和負(fù)回彈，本案例采用工藝補(bǔ)償法優(yōu)化負(fù)回彈缺陷，單件AUDIT 報(bào)告翼子板左右兩件A 柱與前門搭接處差為負(fù)值，且大于標(biāo)準(zhǔn)公差，不能滿足生產(chǎn)需求。為快速準(zhǔn)確的找出該翼子板表面尺寸偏差原因，分析模具和制件型面的變化趨勢(shì)，對(duì)翼子板全工序的零件進(jìn)行掃描，經(jīng)藍(lán)光掃描(GOM)的型面數(shù)據(jù)同產(chǎn)品理論數(shù)據(jù)對(duì)比，從中確定導(dǎo)致偏差缺陷的工序。

模具調(diào)試初期，翼子板模具各方面結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和工作零件基準(zhǔn)較差，右件翼子板虎口區(qū)為曲線翻邊，暗坑缺陷難以攻破，AUDIT 評(píng)審為B 類項(xiàng)缺陷，不能滿足調(diào)試需求。

目前，從結(jié)構(gòu)工藝上解決回彈常用的幾種方法如下。

田光居“上館”三月，在了解太子丹意圖及其門客的才能之后，以“欲為太子良謀，則太子不能；欲奮筋力，則臣不能”的兩難，向太子推薦了“神勇之人”荊軻。事后，卻因太子送別之時(shí)的一句叮囑“此國(guó)事，愿勿泄之”而在荊軻面前“吞舌而死”，既以保全“不為人所疑”之節(jié)操，亦借此激勵(lì)荊軻。

研究學(xué)者又對(duì)Malmquist指數(shù)進(jìn)行了分解和完善。Malmquist生產(chǎn)率指數(shù)的求解需測(cè)算4個(gè)距離函數(shù)：

②壓邊力：壓邊力控制制件成形是非常重要的一種工藝，壓邊力可以調(diào)整進(jìn)料速度，改善板料的應(yīng)力分布，壓邊力越大，板料流動(dòng)阻力越大，拉深成形越充分，還可以降低板料內(nèi)外應(yīng)力差，減小回彈。

③增加工藝凸包：在成形工序增加工藝凸包，使板料內(nèi)殘留應(yīng)力平衡發(fā)生變化，從而消除回彈。

學(xué)校培養(yǎng)的人才要能服務(wù)于社會(huì)，與企業(yè)崗位需求接軌。由于校內(nèi)的專任教師大部分都缺乏實(shí)戰(zhàn)經(jīng)驗(yàn)，對(duì)于課程的教學(xué)是非常不利的。因此我們組織教師下到合作企業(yè)進(jìn)行頂崗實(shí)習(xí)，提高實(shí)戰(zhàn)能力；指導(dǎo)學(xué)生參與企業(yè)真實(shí)項(xiàng)目的部分實(shí)訓(xùn)，感受企業(yè)崗位能力的要求；企業(yè)導(dǎo)師參與指導(dǎo)學(xué)生的創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目執(zhí)行，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，增強(qiáng)自信心，有效的實(shí)現(xiàn)理論和實(shí)踐的對(duì)接。

通過對(duì)比翼子板成形工藝圖和掃描數(shù)據(jù)分析得出，翼子板A 柱負(fù)角工藝成形主要在OP20 拉延和OP40 翻邊，最終成形在OP50 整形，且在OP50 斜楔翻邊整形工序后最大變形量達(dá)到0.8mm。由于造型工藝要求，A 柱翻邊成形為伸長(zhǎng)類翻邊。此類翻邊可能導(dǎo)致開裂和回彈等缺陷，所以模具工藝設(shè)計(jì)時(shí)會(huì)在OP20 拉延工序增加工藝凸包用來儲(chǔ)存板料，以保證后續(xù)伸長(zhǎng)類翻邊整形時(shí)要料充足。

如圖1 所示，OP20 拉延工藝凸包高度增加2.5mm，使板料在拉延成形時(shí)充分延展，加大該區(qū)域塑性變形，保證制件剛性，拉深更充分。在OP50 整形工藝凸包高度增加2mm(圖2)，使制件在側(cè)楔負(fù)角翻邊整形時(shí)與凸模工作表面貼合率提升，確保板料在成形過程中被充分壓緊并加大壓邊力，改變板料內(nèi)部應(yīng)力分布，降低板料內(nèi)外應(yīng)力差，防止翻邊整形時(shí)候再次產(chǎn)生回彈。

①補(bǔ)償法：根據(jù)藍(lán)光掃描(GOM)模擬制件彎曲成形后回彈量，在模具工藝時(shí)設(shè)計(jì)預(yù)留等于回彈量的成形楔型，使制件回彈補(bǔ)償后滿足質(zhì)量要求。

案例二：翼子板虎口暗坑

缺陷描述：制件在成形過程中局部?jī)?nèi)應(yīng)力不均，拉應(yīng)力不足，塑性變形不充分，在卸載時(shí)由于殘余應(yīng)力的釋放使板料失穩(wěn)，制件局部存在剛性不足，產(chǎn)生暗坑。

虎口區(qū)域曲率較大、成形復(fù)雜，本身就容易造成塑性變形不充分，可采用適當(dāng)工藝進(jìn)行補(bǔ)償。將凸模做1.2mm 下探，使板料在翻邊整形時(shí)抵消彈性變形，增加制件與凸模的貼合率，同時(shí)要求不對(duì)其他區(qū)域產(chǎn)生影響。

①凸凹模基準(zhǔn)：若凸、凹模無法使制件達(dá)到綜合應(yīng)變要求，直接導(dǎo)致制件成形各區(qū)域的板料應(yīng)力分布不均與板料流動(dòng)失衡，從而產(chǎn)生暗坑。

②翻邊間隙：翻邊間隙理論值為一個(gè)料厚，根據(jù)具體情況可對(duì)翻邊間隙進(jìn)行微調(diào)。翻邊間隙過小，導(dǎo)致板料向翻邊臨界區(qū)聚料，翻邊R 角棱線過高，產(chǎn)生暗坑。翻邊間隙過大，塑性變形不充分，產(chǎn)生回彈，導(dǎo)致臨界區(qū)域出現(xiàn)暗坑。

③壓料板功能區(qū)著色：壓料板的作用在于將板料約束在壓料面與凸模之間，使板料在厚度方向不能自由起伏。若壓料板功能區(qū)著色差，壓邊力不足無法將板料充分壓緊，造成板料成形時(shí)產(chǎn)生上下波動(dòng)，影響板料流動(dòng)的穩(wěn)定性，成形時(shí)制件變形，產(chǎn)生暗坑。

⑵解決方法。

1.構(gòu)建多元化課程考核評(píng)價(jià)機(jī)制。從不同的角度探討多元化考核評(píng)價(jià)機(jī)制,注重對(duì)學(xué)生運(yùn)用所學(xué)知識(shí)分析問題和解決問題能力的考核。如將綜合測(cè)試、應(yīng)用答辯、設(shè)計(jì)答辯、寫論文、技能操作等與日常表現(xiàn)結(jié)合起來，全面衡量學(xué)生的知識(shí)、能力和素質(zhì)，講究實(shí)際效果。鼓勵(lì)學(xué)生積極參與實(shí)踐技能競(jìng)賽、學(xué)科專業(yè)競(jìng)賽、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽和“互聯(lián)網(wǎng)+”大賽等，探索“以賽促學(xué)，以賽代考”的考核模式，同時(shí)激勵(lì)學(xué)生發(fā)表學(xué)術(shù)論文、申請(qǐng)專利，并將此作為課程考核評(píng)價(jià)的指標(biāo)，促進(jìn)成果積累，挖掘?qū)W生潛能。

調(diào)整整形凸凹模具間隙，研配時(shí)在原有間隙基礎(chǔ)上減小0.1mm，使缺陷處整形間隙略小于料厚，增大暗坑處板料減薄率，使成形更加充分，防止缺陷處板料堆積產(chǎn)生暗坑。

根據(jù)自然邊坡的地形地質(zhì)情況，先對(duì)邊坡進(jìn)行總體的判斷，確定自然邊坡的治理范圍，同時(shí)對(duì)邊坡危險(xiǎn)源進(jìn)行分類、分級(jí)。邊坡治理原則按“從上到下，分區(qū)分塊，分階段分部位”進(jìn)行治理。根據(jù)下部建筑物的重要性等，按照自然邊坡與建筑物的毗鄰位置關(guān)系，以“點(diǎn)、線、面”的不同治理模式確定自然邊坡治理具體項(xiàng)目和部位。治理的工藝順序?yàn)橄人⑵虑謇?、清撬、截排水溝、表層主被?dòng)防護(hù)網(wǎng)、擋墻、淺層錨噴支護(hù)、深層錨索錨固等單項(xiàng)或多項(xiàng)技術(shù)組合，以此形成“點(diǎn)、線、面”的綜合治理效果，完成綜合治理邊坡表層危巖滾落、淺層巖體脫落、深層變形失穩(wěn)等問題，解決自然邊坡各類破壞問題，達(dá)到綜合治理目的[1]。

⑴暗坑原因分析。

調(diào)整凸模與壓料板的貼合率，在成形過程中使工作表面充分壓緊板料，防止板料成形時(shí)上下波動(dòng)，研修壓料面著色至95%以上。

暗坑是指制件表面局部區(qū)域輕微凹陷，目視觀察時(shí)不易發(fā)現(xiàn)，然而車身噴涂后經(jīng)光照檢查明顯。利用CATIA 的斑馬線模擬光照下反光線檢查，結(jié)合翼子板工藝流程圖及工序件狀態(tài)對(duì)比，分析OP50 翻整后表面缺陷程度。無缺陷區(qū)域斑馬線連續(xù)且均勻分布，虎口位置存在閉合光環(huán)，說明該區(qū)域存在局部暗坑缺陷。

案例三：翼子板尺寸超差

結(jié)合左右翼子板單件測(cè)量報(bào)告與白車身實(shí)際測(cè)量結(jié)果可知，右翼子板B 處間隙達(dá)到3.6 ～3.9mm，A處達(dá)到2.6mm(不滿足公差范圍)，如圖3 所示；左翼子板D 處間隙達(dá)到3.5 ～3.9mm，C 處達(dá)到2.6mm，如圖4 所示。因此，左右翼子板與發(fā)罩虎口位置搭配間隙不均(標(biāo)準(zhǔn)間隙:3.5mm±0.5mm)。

通過對(duì)比柑橘與根系土各元素含量，可得出各元素富集系數(shù)，柑橘硒與鋅元素富集系數(shù)分別為0.036與0.01，四種重金屬富集系數(shù)分別為汞0.052、鎘0.006、砷0.001以及鉛0.002。

依據(jù)公式(3)可獲得2004—2016陜西體育與旅游產(chǎn)業(yè)融合度，并根據(jù)融合度劃分標(biāo)準(zhǔn)對(duì)兩大產(chǎn)業(yè)融合發(fā)展程度做出評(píng)判(表2)。

查看右翼子板與發(fā)罩單件測(cè)量報(bào)告，如圖5 所示，A 處最大偏差達(dá)到0.5mm，最小偏差達(dá)到-0.3mm，B 處測(cè)量數(shù)值滿足公差范圍。因此可以判斷，右翼子板單件尺寸偏差過大(公差范圍：±0.5mm)是導(dǎo)致發(fā)罩與翼子板間隙不均的主要原因。

查看單件左翼子板與發(fā)罩在該處的測(cè)量報(bào)告，如圖6 所示，C 處最大偏差達(dá)到0.8mm，最小偏差達(dá)到-0.3mm；D 處偏差為負(fù)值，不可能導(dǎo)致間隙變小。因此可以判斷，左翼子板單件尺寸偏差過大(公差范圍：±0.5mm)是導(dǎo)致發(fā)罩與翼子板間隙不均的主要原因。

結(jié)合工藝流程圖可知，虎口位置為OP40 翻邊成形，其翻邊輪廓不均勻，制件尺寸產(chǎn)生偏差，壓著色件對(duì)翼子板虎口處進(jìn)行查看，并對(duì)OP40 模具下模型面、壓料板著色率及翻邊間隙進(jìn)行檢查，確保在尺寸修改完成后表面無新增缺陷。

按照焊裝白車身及翼子板裝車尺寸制作標(biāo)準(zhǔn)樣件，作為凸模整改基準(zhǔn)。按照標(biāo)準(zhǔn)樣件尺寸對(duì)OP40凸模進(jìn)行研修，使其跟樣件輪廓一致，上模翻邊鑲塊進(jìn)行燒焊粗研，上調(diào)試壓機(jī)精研使其翻邊凸凹模間隙均勻，并排查后序干涉。

由于翻邊輪廓更改，OP40 翻邊邊緣壓料面需要重新研修，著色率提升至95%以上，減小壓料板與凸模之間的間隙來增大該區(qū)域的壓料力，防止該區(qū)域在翻邊整形時(shí)走料過多產(chǎn)生新質(zhì)量缺陷。如圖7 所示，經(jīng)過焊裝裝車試驗(yàn)，優(yōu)化后的翼子板虎口與發(fā)罩匹配間隙均勻，測(cè)量單件尺寸符合公差要求。

結(jié)束語(yǔ)

翼子板常見表面缺陷種類非常多，在遇到質(zhì)量缺陷時(shí)，首先要對(duì)其產(chǎn)生原因進(jìn)行分析，利用藍(lán)光掃描(GOM)輔助分析缺陷產(chǎn)生機(jī)理、判斷缺陷程度，再結(jié)合制件成形工藝及模具結(jié)構(gòu)才能準(zhǔn)確快速地找出問題原因并制定最合理的優(yōu)化方案。