淺析沖壓技術(shù)在整車(chē)感知質(zhì)量提升中的應(yīng)用

孫連福， 崔禮春

（安徽江淮汽車(chē)集團(tuán)股份有限公司， 安徽 合肥 230601）

0 引 言

在汽車(chē)行業(yè)大變革的環(huán)境下，汽車(chē)的感知質(zhì)量提升已經(jīng)成為快速、直接提升汽車(chē)企業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量的途徑。感知質(zhì)量是用戶按照自身對(duì)產(chǎn)品的使用需求和目的，結(jié)合各種官方或非官方途徑獲得的相關(guān)產(chǎn)品信息，綜合分析市場(chǎng)上某種產(chǎn)品并對(duì)其做出主觀、抽象、非全面性的認(rèn)知和評(píng)價(jià)。在汽車(chē)開(kāi)發(fā)過(guò)程中，感知質(zhì)量是從市場(chǎng)及消費(fèi)者角度來(lái)看待產(chǎn)品或服務(wù)，體現(xiàn)消費(fèi)者通過(guò)感覺(jué)、觸覺(jué)、視覺(jué)及嗅覺(jué)等感受到的產(chǎn)品設(shè)計(jì)及制造精細(xì)程度，因此對(duì)于汽車(chē)開(kāi)發(fā)，感知質(zhì)量主要體現(xiàn)在配置、細(xì)節(jié)、做工及用料等方面。

綜上所述，整車(chē)可感知質(zhì)量的提升就是讓用戶從整體上提升駕車(chē)的愉悅度。因此，提高整車(chē)的感知質(zhì)量有利于用戶將不同產(chǎn)品差異化，增加其購(gòu)買(mǎi)欲望，建立其對(duì)品牌的忠誠(chéng)度，提高產(chǎn)品的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力?，F(xiàn)從沖壓工藝技術(shù)方面入手，淺析提升整車(chē)感知質(zhì)量的工藝方法。

1 光影重塑技術(shù)

汽車(chē)外覆蓋件經(jīng)過(guò)沖壓成形后的固有回彈導(dǎo)致其與造型設(shè)計(jì)產(chǎn)生偏差，影響車(chē)身整體視覺(jué)體驗(yàn)。目前，主流車(chē)企均在沖壓件仿真分析階段采用光影重塑技術(shù)，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)的沖壓件與造型設(shè)計(jì)保持一致。

光影重塑技術(shù)基于沖壓全工序仿真分析得到的零件基礎(chǔ)回彈（見(jiàn)圖1），對(duì)不同沖壓工序的模面進(jìn)行反向回彈補(bǔ)償（見(jiàn)圖2），補(bǔ)償滿足要求后對(duì)加工數(shù)模進(jìn)行模面重構(gòu)使其達(dá)到A面（外觀面）質(zhì)量要求，然后使用重構(gòu)后的A面制作加工數(shù)據(jù)，使沖壓件尺寸滿足產(chǎn)品精度要求，保證沖壓件曲率狀態(tài)與造型設(shè)計(jì)的一致性。

圖1 基礎(chǔ)回彈

圖2 回彈補(bǔ)償方案

光影重塑技術(shù)的流程：首先進(jìn)行零件基礎(chǔ)回彈分析工作，基于沖壓全工序仿真模擬結(jié)果，利用有限元分析方法在檢具測(cè)量系統(tǒng)下進(jìn)行初始零件回彈值計(jì)算；然后進(jìn)行穩(wěn)健性確認(rèn)，通過(guò)合理設(shè)置噪音變量，對(duì)沖壓工藝方案進(jìn)行穩(wěn)健性分析確認(rèn)，排除由于工藝參數(shù)與材料等不確定因素對(duì)回彈結(jié)果分析的影響；其次基于穩(wěn)定有效的回彈計(jì)算結(jié)果，制定合理的回彈補(bǔ)償策略，并利用Autoform 分析軟件的回彈補(bǔ)償模塊，對(duì)不同工序的加工數(shù)據(jù)型面進(jìn)行關(guān)鍵參數(shù)補(bǔ)償設(shè)置，在4 輪迭代補(bǔ)償內(nèi)實(shí)現(xiàn)補(bǔ)償后回彈計(jì)算結(jié)果的收斂，導(dǎo)出回彈補(bǔ)償矢量域文件；最后進(jìn)行A 面重構(gòu)，基于CATIA 軟件重構(gòu)型面并進(jìn)行型面質(zhì)量檢查（見(jiàn)圖3），合格后再通過(guò)替換模面進(jìn)行修邊線精算，直至回彈計(jì)算合格。

圖3 A面重構(gòu)后斑馬線檢測(cè)

2 銳棱工藝技術(shù)

銳棱制造工藝于上世紀(jì)70年代創(chuàng)造，大眾汽車(chē)將銳棱造型設(shè)計(jì)發(fā)展成家族化特征。隨著國(guó)內(nèi)沖壓工藝和模具工業(yè)水平的進(jìn)步，主流汽車(chē)廠商也逐漸向大眾靠近，銳棱工藝在新車(chē)型開(kāi)發(fā)中得到廣泛應(yīng)用，如圖4所示。

圖4 主棱線設(shè)計(jì)為銳棱

銳棱造型由于成形圓角較小，違背了常規(guī)的沖壓原理，不利于板料的拉深成形，表現(xiàn)的缺陷為縮頸、拉裂、滑移線、回彈、凹陷等。目前，主要解決方法是通過(guò)數(shù)據(jù)棱線圓角銳化處理、銳棱成形仿真分析及工藝優(yōu)化，結(jié)合獨(dú)特的銳棱數(shù)控挑銑加工和制造工藝對(duì)銳棱導(dǎo)致的缺陷進(jìn)行預(yù)防控制，使沖壓板料能夠充分包裹特征棱線，制造鋒銳的棱線造型。銳棱數(shù)控挑銑加工和制造工藝是將模具的凸模棱線R角挑銑為零，凹?？滩?.2 mm×0.2 mm 避空加工，如圖5所示。模具研合過(guò)程中，使用銳棱強(qiáng)壓工藝，板料在拉深銳棱棱線成形時(shí)，凹模配合凸模在棱線處進(jìn)行強(qiáng)壓成形，實(shí)現(xiàn)車(chē)身零件的銳棱效果。

圖5 銳棱數(shù)控挑銑加工和制造工藝

隨著汽車(chē)造型越來(lái)越年輕化，新車(chē)型的外形流線型角度越來(lái)越小，外覆蓋件型面也越來(lái)越復(fù)雜，導(dǎo)致銳棱造型特征無(wú)法一次拉深成形。在這種情況下，汽車(chē)廠商嘗試在拉深銳棱位置加大圓角，保證拉深零件無(wú)開(kāi)裂、縮頸等質(zhì)量問(wèn)題，然后在后工序通過(guò)棱線二次整形方法，實(shí)現(xiàn)銳棱達(dá)到規(guī)定的尺寸和質(zhì)量要求。

3 精致小R角技術(shù)

隨著消費(fèi)升級(jí)和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)越來(lái)越激烈，用戶對(duì)整車(chē)外觀精致度提出了更高的要求。各大主流汽車(chē)廠開(kāi)始進(jìn)行精致工藝研究，減小外覆蓋件車(chē)身分縫位置R角，使其更尖銳、飽滿、均勻，更具視覺(jué)沖擊感。小R角主要體現(xiàn)在翼子板與前門(mén)、前門(mén)與后門(mén)、后門(mén)與側(cè)圍匹配處的分縫，如圖6所示。

圖6 精致小R角

在沖壓工藝中，較大R角成形性好，通?？梢杂脙傻拦ば虺尚?，即拉深+整形/翻邊，如圖7（a）所示。銳化后的精致小R角成形性較差，一般通過(guò)三道工序成形，即拉深+整形+翻邊，如圖7（b）所示。

圖7 R角成形工藝

以某車(chē)型后門(mén)外板B 柱外觀R角為例，R角銳化后的成形工藝方案主要有2 種：①拉深+修邊+整形/分切+翻邊，零件在整形R角時(shí)分切，此方案通過(guò)優(yōu)化廢料切塊實(shí)現(xiàn)無(wú)廢料刀布置，減少由于鐵屑導(dǎo)致的表面質(zhì)量缺陷，提高一次合格率；②拉深+分切+夾料整形+翻邊，此方案整形R角時(shí)采用夾料整形，在整形過(guò)程中板料一直處于夾料的狀態(tài)，板料流動(dòng)受到良好的控制，避免翻邊時(shí)在主棱線產(chǎn)生嚴(yán)重的聚料和避免翻邊立面產(chǎn)生缺陷。

4 模具零件不等間隙

沖壓件的品質(zhì)較大程度上取決于模具零件型面的加工精度，模具零件型面精度需要通過(guò)型面研合進(jìn)行控制。沖模對(duì)板料（工序件）加工過(guò)程中，為防止板料起皺和開(kāi)裂，根據(jù)板料流動(dòng)的需求，不同部位對(duì)模具零件型面的研合要求各不相同，即不同部位模具零件間隙不相等。

模具設(shè)計(jì)時(shí)需要對(duì)重要型面和易產(chǎn)生變形的區(qū)域進(jìn)行強(qiáng)壓設(shè)計(jì)，如拉深模對(duì)應(yīng)的棱線、包邊面等重要部位，為保證其表面質(zhì)量和尺寸精度，在設(shè)計(jì)模面數(shù)據(jù)與NC 加工數(shù)據(jù)時(shí)，上述區(qū)域的凸、凹模間隙要小于板料厚度，且要根據(jù)模具CAE 分析結(jié)果、模具受力特性以及工程經(jīng)驗(yàn)在不同區(qū)域設(shè)計(jì)不同的強(qiáng)壓量，如圖8所示。此外，在確保品質(zhì)滿足要求的前提下對(duì)非工作區(qū)域模具零件型面進(jìn)行避空處理。

圖8 不等間隙示意圖

由于存在機(jī)加工誤差、模具零件撓度變形、設(shè)備精度誤差等客觀因素，盲目追求最大面的研合率既增加鉗工研配的工作量，又延長(zhǎng)調(diào)試周期和增加造車(chē)成本，同時(shí)過(guò)多的型面接觸會(huì)增加零件變形或表面缺陷的風(fēng)險(xiǎn)。因此，模具零件不等間隙設(shè)計(jì)在模具開(kāi)發(fā)中得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。

5 方格模具

汽車(chē)外覆蓋件一般是由多道工序加工完成，其中拉深工序是決定外覆蓋件外觀品質(zhì)的重要工序。在外覆蓋件的沖壓生產(chǎn)過(guò)程中，經(jīng)常由于板料鍍鋅脫落、鐵屑、排氣、油污、灰塵等問(wèn)題造成表面質(zhì)量缺陷，傳統(tǒng)的工藝要求嚴(yán)格控制生產(chǎn)環(huán)境潔凈度。隨著模具工藝技術(shù)發(fā)展，汽車(chē)企業(yè)嘗試從提高模具對(duì)生產(chǎn)環(huán)境潔凈度的耐受程度來(lái)解決此問(wèn)題。近年來(lái)出現(xiàn)了一種方格模具，即在外板件適當(dāng)位置的凸模型面區(qū)域加工45°橫豎交叉的網(wǎng)格，以提高成形過(guò)程中的排氣效果，降低粉塵顆粒對(duì)零件外觀的影響。

以某車(chē)型頂蓋外板為例，該零件兩側(cè)有較高隆起特征（見(jiàn)圖9），大A 面無(wú)加強(qiáng)筋，為了減少研合量現(xiàn)設(shè)計(jì)的拉深模上模進(jìn)行了避空處理，為保證零件表面質(zhì)量，僅在凸、凹模R角處設(shè)置了排氣孔。在模具沖壓過(guò)程中，兩側(cè)隆起造型及外側(cè)工藝補(bǔ)充面R角先接觸板料，形成雙鎖緊結(jié)構(gòu)，中間A面區(qū)域滯留氣體較多，模具成形到底閉合前，板料與凸?；虬寄Ｐ兔嬷g形成密閉空間導(dǎo)致憋氣，最終使零件表面產(chǎn)生波浪和變形，嚴(yán)重影響零件表面質(zhì)量。通過(guò)方格模具技術(shù)的應(yīng)用，在凸模表面加工橫豎交叉的網(wǎng)格（見(jiàn)圖10）并輔助模具調(diào)試，最終此問(wèn)題得到解決，滿足零件批量生產(chǎn)的質(zhì)量要求。

圖9 頂蓋外板

圖10 凸模表面橫豎交叉的網(wǎng)格

6 在線光學(xué)質(zhì)檢

隨著模具和設(shè)備技術(shù)的快速發(fā)展，汽車(chē)覆蓋件的在線生產(chǎn)節(jié)拍最高已達(dá)18 件/min，這對(duì)主要依靠人工的傳統(tǒng)在線質(zhì)量檢查工作提出了更高的要求。一個(gè)沖壓件在質(zhì)量檢查人員面前僅停留3.4 s，傳統(tǒng)抽檢、專(zhuān)檢和擺檢已無(wú)法保證實(shí)際質(zhì)量控制，容易導(dǎo)致常見(jiàn)坑包缺陷的漏檢，影響整車(chē)生產(chǎn)的秩序。

針對(duì)沖壓件表面缺陷人工檢測(cè)效率低、誤檢率高以及勞動(dòng)強(qiáng)度大等問(wèn)題，近年來(lái)主流汽車(chē)廠商開(kāi)始引入在線光學(xué)質(zhì)檢系統(tǒng)（見(jiàn)圖11）。在線光學(xué)質(zhì)檢系統(tǒng)在沖壓線線尾皮帶機(jī)傳送工位前方加裝檢測(cè)裝置，具體應(yīng)用場(chǎng)景如圖12 所示，在不同方位布置攝像頭，零件傳送過(guò)程中通過(guò)拍照采集零件圖像，然后對(duì)比標(biāo)準(zhǔn)零件模板，判斷零件表面質(zhì)量是否達(dá)標(biāo)，狀態(tài)低于標(biāo)準(zhǔn)零件模板的部位判定為不合格，自動(dòng)報(bào)警，鎖定缺陷產(chǎn)品避免流入后工序。該技術(shù)通過(guò)AI 深度學(xué)習(xí)算法可以實(shí)現(xiàn)開(kāi)裂、縮頸、起皺、劃傷等缺陷的檢測(cè)，通過(guò)輪廓匹配算法可以實(shí)現(xiàn)多孔少邊等缺陷的檢測(cè)，達(dá)到多缺陷種類(lèi)360°無(wú)死角在線實(shí)時(shí)檢測(cè)，該技術(shù)已逐步在各大汽車(chē)廠應(yīng)用并推廣。

圖11 在線光學(xué)質(zhì)檢系統(tǒng)

圖12 在線光學(xué)質(zhì)檢應(yīng)用實(shí)例

7 結(jié)束語(yǔ)

隨著社會(huì)的發(fā)展，消費(fèi)者對(duì)汽車(chē)的造型審美要求也越來(lái)越高，而沖壓外覆蓋件作為整車(chē)的蒙皮決定了整車(chē)的感知質(zhì)量，預(yù)防外覆蓋件質(zhì)量缺陷的沖壓工藝技術(shù)對(duì)于新車(chē)型開(kāi)發(fā)提升整車(chē)感知質(zhì)量具有重要意義。