地板縱梁上蓋板扭曲回彈問題整改

文/時(shí)磊，施雄飛，王玉峰·長城汽車股份有限公司 河北省汽車工程技術(shù)研究中心

地板縱梁上蓋板扭曲回彈問題整改

文/時(shí)磊，施雄飛，王玉峰·長城汽車股份有限公司 河北省汽車工程技術(shù)研究中心

本文針對某車型地板縱梁上蓋板的裝車時(shí)出現(xiàn)的扭曲、回彈問題，從成形工藝及模具結(jié)構(gòu)方面進(jìn)行了深入分析，明確了問題是由翻邊角度無法補(bǔ)償及壓料力不足所引起，并給予了可行的解決方案，保證了白車身的順利裝車及整車精度，為后期車型類似制件的開發(fā)提供了標(biāo)桿及理論依據(jù)。

地板縱梁上蓋板是安裝在中后地板左右縱梁上，起連接中后地板與后輪罩并支撐前、后座椅橫梁作用的重要零件，其產(chǎn)品尺寸較長（約1900mm），搭接關(guān)系較復(fù)雜，型面精度要求高。長城汽車某車型的地板縱梁上蓋板主型面存在嚴(yán)重的扭曲、回彈問題，最大處達(dá)8mm，翻邊面最大回彈量-2mm，嚴(yán)重影響制件品質(zhì)及搭接質(zhì)量，造成不能順利裝車，極大地制約了生產(chǎn)效率，導(dǎo)致客戶的不滿。

問題描述

該車型為一款大型四門五座SUV，其后地板縱梁上蓋板形狀如圖1所示，制件尺寸大，主型面起伏劇烈，落差最大處為216mm，整體都為搭接面，尤其是側(cè)面翻邊處為后輪罩搭接。該制件左右對稱，由料厚1．2mm的HC250/450DP雙相鋼板沖壓而成。

圖1 后地板縱梁上蓋板形狀圖

當(dāng)試壓完成后，模具件存在嚴(yán)重的扭曲、回彈問題，回彈量在5～8mm左右，裝車驗(yàn)證時(shí)發(fā)現(xiàn)該制件主型面與地板縱梁無法搭接符形，側(cè)翻邊與輪罩不匹配，存在干涉點(diǎn)及較大間隙，無法進(jìn)行焊接。使用夾具進(jìn)行強(qiáng)制校形后車體出現(xiàn)較大孔洞，影響整車密封性。

該制件存在的扭曲、回彈問題，直接導(dǎo)致安裝面及安裝孔的精度降低，整車寬度發(fā)生變化，后序工藝無法進(jìn)行，此問題亟待解決。

工藝及結(jié)構(gòu)分析

因此制件型面狹長，機(jī)器人端拾器無法抓取，故安排在人工線生產(chǎn)，原沖壓工藝流程為：拉延→修邊/沖孔→修邊/沖孔→翻邊/整形/分切，共4序。在設(shè)計(jì)時(shí)考慮到節(jié)省工時(shí)，故將OP40翻邊設(shè)計(jì)為下翻邊，使用上壓料芯，由彈簧提供壓料力，生產(chǎn)時(shí)需在第4工位翻轉(zhuǎn)半序制件，一定程度上提高了工人的勞動強(qiáng)度。拉延序的工藝如圖2所示。

圖2 拉延序工藝圖

圖3 OP40模具下模結(jié)構(gòu)圖

第一序拉延將主型面做出，未添加回彈補(bǔ)償，并在翻邊部位拉出R10的圓角，然后在兩次修邊沖孔后，進(jìn)行翻邊整形并分切。因該產(chǎn)品主型面較為狹長，且首序未添加回彈補(bǔ)償，故在整形序給予外力進(jìn)行校形。

然而前期無此類大尺寸高強(qiáng)度鋼板制件的開發(fā)經(jīng)驗(yàn)，在設(shè)計(jì)時(shí)左右合模對稱拉延，為照顧主型面的左右平順，翻邊回彈的補(bǔ)償量只能做5°，未考慮到高強(qiáng)度鋼板的回彈較大，直接導(dǎo)致了翻邊時(shí)回彈補(bǔ)償設(shè)置量不足。在模具設(shè)計(jì)時(shí)對OP40壓料力理論設(shè)計(jì)為280kN，而實(shí)際制造完成后上模壓料力為彈簧提供，僅為250kN，造成壓料力不足，無法充分校形。而且在設(shè)計(jì)模具結(jié)構(gòu)時(shí)考慮序間拿取制件方便，最后一序進(jìn)行分切，即翻邊、整形、分切在一序完成，因壓料力不足，在分切完成后翻邊整形時(shí)制件會發(fā)生竄動，導(dǎo)致制件變形。OP40模具下模如圖3所示。

由以上分析過程可以看出，縱梁蓋板扭曲回彈、翻邊不良的原因有兩個(gè)：一為成形工藝制定過于理想化，未能充分考慮大尺寸、高強(qiáng)度鋼板制件的成形特點(diǎn)，翻邊回彈補(bǔ)償量設(shè)計(jì)不足，最為失敗的是OP40翻邊、整形、分切同時(shí)進(jìn)行；二為OP40模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為下翻邊，且前期未能準(zhǔn)確計(jì)算壓料力，造成壓料力不足，材料內(nèi)部流動紊亂。

整改方案制定

因模具已經(jīng)全序開發(fā)完畢，針對上述制件問題已在原模具上進(jìn)行了10余輪整改，無明顯效果，且部分鑲塊經(jīng)多次加熱、補(bǔ)焊、打磨，已瀕臨報(bào)廢。后經(jīng)多方專家論證，針對該問題提出兩個(gè)整改方案：⑴加開一套整形模，對制件進(jìn)行全面校形；⑵重新制定工藝及模具結(jié)構(gòu)。

圖4 整改后拉延序工藝圖

選擇方案一，增加一套模具，并更換部分鑲塊，一次性投入成本較低，但原制件扭曲回彈嚴(yán)重，不能保證在新開整形模上精確定位，且沖壓線體只有4臺沖床，新增整形序需轉(zhuǎn)移到其他機(jī)床完成，增加物流及人工成本。選擇方案二，重新制定工藝及模具結(jié)構(gòu)，將原有的工藝及結(jié)構(gòu)缺陷全部消除，開發(fā)4套模具，一次性投入成本相對較高，但可以通過二次開發(fā)積累該類制件的開發(fā)經(jīng)驗(yàn)，且仍使用原線體，物流及人力成本不需增加。

因該車型生產(chǎn)周期較為寬裕，為保證產(chǎn)品質(zhì)量，并綜合考慮一次性投入與后期物流及人力成本，經(jīng)相關(guān)人員評審后決定使用方案二。重新制定工藝為拉延→修沖→修沖/分切→翻邊整形，在拉延工序中在產(chǎn)品主型面上增加回彈補(bǔ)償，并將左右件角度相對原工藝加大5°，使翻邊回彈補(bǔ)償量達(dá)到10°，如圖4所示（綠色代表產(chǎn)品數(shù)模，棕色代表工藝數(shù)模）。將分切變更到OP30序，OP40只進(jìn)行翻邊整形，避免分切與翻邊整形同步時(shí)制件竄動。針對原OP40模具壓料力不足的問題，將該序工藝定為上翻邊，使用機(jī)床氣墊通過頂桿提供頂料力。

效果確認(rèn)

為保證整車開發(fā)進(jìn)度，僅3個(gè)月就完成首序樣件的提交，全序樣件也在5個(gè)月內(nèi)進(jìn)行了裝車驗(yàn)證，首次出件合格率就達(dá)到了80%以上。后又經(jīng)3輪的調(diào)試、整改，主型面基本符形，翻邊完全符合檢具，合格率達(dá)到93%以上，經(jīng)裝車驗(yàn)證，滿足裝配要求，整車精度得到保證。

結(jié)束語

與歐美發(fā)達(dá)國家相比，我國的汽車模具產(chǎn)業(yè)起步晚，技術(shù)實(shí)力薄弱，仍存在很大的差距，尤其是尺寸較大、型面復(fù)雜、高強(qiáng)度鋼板的模具開發(fā)經(jīng)驗(yàn)不足，故在此類制件的開發(fā)上就難免走一些錯(cuò)路、彎路，但在錯(cuò)路、彎路上我們沖壓模具工程師們在不斷地總結(jié)、提煉、創(chuàng)新，力爭生產(chǎn)國際一流的沖壓模具，為民族汽車的發(fā)展作出應(yīng)有的貢獻(xiàn)。

時(shí)磊，工程師。主要研究領(lǐng)域?yàn)楦邚?qiáng)板制件回彈原理及控制措施和冷沖壓模具發(fā)展方向。曾負(fù)責(zé)CH041機(jī)艙沖壓件工裝開發(fā)、負(fù)責(zé)CHK041整體車身沖壓件工裝開發(fā)。