發(fā)動機機罩外板風窗暗坑優(yōu)化方案研究

趙 鋒，曲科宇，孟 炬，鄒鐵東

（中國第一汽車集團有限公司，吉林 長春 130012）

0 引 言

發(fā)動機機罩外板風窗暗坑缺陷是車身覆蓋件的工藝缺陷，暗坑嚴重程度取決于造型的復雜程度。隨著國內(nèi)汽車多曲率的造型設計不斷增加，特征角度變化越多，發(fā)動機機罩外板風窗暗坑缺陷越嚴重，使沖壓件表面質(zhì)量降低，影響整車美觀?，F(xiàn)采用模具活動塊結(jié)構(gòu)，并進行過A面補償，對成品件型面進行測量，確定增量補償值及補償范圍，通過合理的活動塊壓料控制、標準的研磨方法，可以有效優(yōu)化并消除發(fā)動機機罩外板風窗暗坑缺陷。

1 發(fā)動機機罩外板風窗暗坑缺陷

1.1 風窗暗坑缺陷狀態(tài)

某車型發(fā)動機機罩外板噴漆后光影檢查風窗暗坑缺陷嚴重，且拉深件左右側(cè)缺陷形式和位置相近，如圖1所示，屬于不可接受缺陷，無法通過返修消除，浪費材料，必須對發(fā)動機機罩外板風窗暗坑缺陷問題進行分析及優(yōu)化。

圖1 發(fā)動機機罩外板風窗暗坑缺陷位置

1.2 風窗暗坑缺陷產(chǎn)生分析

1.2.1 發(fā)動機機罩外板風窗區(qū)域特征分析

從發(fā)動機機罩外板風窗區(qū)域的特征來看，此處中部型面為正向成形的漸變型面，風窗兩側(cè)邊緣型面為反向成形的漸變型面，正、反向成形的相接面屬于連續(xù)曲面，由于型面半徑存在變化，即存在突變曲率。該型面狀態(tài)會導致此區(qū)域板材成形不均勻，缺陷集中在正、反向成形的相接面突變曲率位置，如圖2所示。

圖2 發(fā)動機機罩外板風窗區(qū)域

根據(jù)發(fā)動機機罩外板風窗造型設計分析，其主棱線拐角位置正對應突變曲率連接位置，風窗主棱線拐角在沖壓成形時將放大突變曲率鏈接位置的突變狀態(tài)。

1.2.2 發(fā)動機機罩外板風窗區(qū)域工藝特征分析

該發(fā)動機機罩外板風窗正、反向成形的相接面突變曲率位置存在應變不足的問題，光影查看后發(fā)現(xiàn)突變曲率位置曲率變化突兀，如圖3所示。根據(jù)工藝特征分析，曲率變化突兀區(qū)域類似凸棱的效果，這是由風窗主棱線拐角在沖壓成形時放大了曲率連接位置的突變狀態(tài)導致，屬于嚴重的表面缺陷。

圖3 發(fā)動機機罩外板風窗工藝特征

1.2.3 發(fā)動機機罩外板風窗區(qū)域模擬分析

模擬分析中，風窗區(qū)域正、反向成形的相接面突變曲率位置顯示，風窗主棱線拐角位置正對的突變曲率連接位置成形不充分，如圖4所示。

圖4 發(fā)動機機罩外板風窗突變曲率位置應變不足

針對成形不充分區(qū)域進行外部控料分析，摩擦系數(shù)由0.15增加至0.20，控制整個成形過程的進料狀態(tài)改善?？刂七M料后風窗棱線圓角失效狀態(tài)如圖5所示，風窗主棱線拐角位置圓角存在失效風險點，而且風窗主棱線拐角位置正對的突變曲率連接位置區(qū)域仍成形不充分，因此通過控制進料不能解決突變曲率位置成形不充分問題。

圖5 控制進料后風窗棱線圓角失效狀態(tài)

針對成形不充分區(qū)域進行內(nèi)部造型修改分析，突變曲率位置對應的反成形區(qū)域增加深度造型，優(yōu)化內(nèi)部突變曲率位置的成形不均勻現(xiàn)象。風窗棱線區(qū)域正反向成形的相接面位置減薄基本均勻，但風窗棱線區(qū)域以內(nèi)正、反向成形的相接面位置減薄不均勻，因此通過內(nèi)部造型修改也不能保證突變曲率位置頂面成形均勻，如圖6所示。

圖6 內(nèi)部造型深度修改后成形減薄不均勻

根據(jù)模擬分析，風窗主棱線拐角位置正對的突變曲率連接位置成形不充分，無論是控制進料還是修改內(nèi)部造型都無法完成有效的工藝優(yōu)化過程，突變曲率位置反向成形區(qū)域回彈塌陷現(xiàn)象嚴重，使曲率變化突兀區(qū)域更凸顯，凸棱狀態(tài)更嚴重，導致風窗主棱線拐角位置突變曲率連接區(qū)域出現(xiàn)表面缺陷。

1.2.4 工序工藝分析

拉深模型面設計中，對風窗區(qū)域正、反向成形的相接面突變曲率位置型面進行著色確認，按照工藝要求，正向成形雙向著色，保證成形減薄均勻，定型穩(wěn)定；反向成形單向著色，保證成形后正常彈性回復，減輕突變曲率位置正、反成形相接面凸棱缺陷趨勢，如圖7所示。

圖7 發(fā)動機機罩外板拉深模風窗區(qū)域型面

修邊模型面設計中，風窗區(qū)域正、反向成形的相接面突變曲率位置沒有設計工藝型面，理論上風窗區(qū)域正、反向成形的相接面突變曲率位置將不發(fā)生變化，并且突變曲率位置遠離修邊線，修邊后的應力釋放不會影響內(nèi)部突變曲率位置，因此修邊件突變曲率位置的表面狀態(tài)將保持拉深出件狀態(tài)，如圖8所示。

圖8 發(fā)動機機罩外板修邊模型面設計

翻邊模型面設計中，風窗區(qū)域正、反向成形的相接面突變曲率位置也沒有設計工藝型面，風窗區(qū)域翻邊線遠離內(nèi)部正、反向成形的相接面突變曲率位置，翻邊后的翻邊線附近表面質(zhì)量變化不會影響內(nèi)部突變曲率位置，因此翻邊件突變曲率位置的表面狀態(tài)將保持拉深出件狀態(tài)，如圖9所示。

圖9 發(fā)動機機罩外板翻邊模型面設計

根據(jù)各個工序的模具型面分析，拉深模主型面按照成形制件造型設計，由于成形制件特征原因，不可以更改特征造型型面，即拉深模不能進行型面補償修改。因此修邊模、翻邊模型面需要增加工藝型面結(jié)構(gòu)，保證其型面具備補償工藝性，可以更好地優(yōu)化風窗暗坑缺陷。

1.2.5 工序件波浪狀態(tài)分析

為了更好地分析發(fā)動機機罩外板風窗暗坑缺陷，對成品件風窗暗坑狀態(tài)進行對應位置測量，如圖10所示，確認數(shù)據(jù)偏差量，如表1所示。

圖10 發(fā)動機機罩外板風窗區(qū)域測量位置

表1 發(fā)動機機罩外板風窗區(qū)域測量數(shù)據(jù) mm

由表1可以看出，成品件風窗區(qū)域正、反向成形的相接面突變曲率位置變化量較大，存在成形不充分引起的塌陷；鑒于拉深型面不宜進行型面補償，翻邊模同樣不宜進行型面修改，所以首選在修邊模風窗區(qū)域新增工藝型面結(jié)構(gòu)。

1.2.6 工序工藝修改

根據(jù)修邊模結(jié)構(gòu)設計，修邊凸模增加2個鑲件，按照圖紙尺寸加工；上模增加9個墊塊，按照圖紙尺寸加工安裝面，去除壓料芯上原有的4個天窗蓋板，堵住螺釘孔和銷釘孔，壓料芯上增加2個鑲件，如圖11所示。修邊模增加工藝型面結(jié)構(gòu)后，滿足了過A面補償?shù)幕A(chǔ)型面要求，可以根據(jù)成形制件狀態(tài)進行合理的型面補償修改。

圖11 修邊模增加補償型面結(jié)構(gòu)設計

2 方案實施及效果確認

2.1 總體方案

對修邊模中風窗區(qū)域突變曲率位置新增型面進行過A面補償、研磨、出件確認。具體方案細節(jié)如表2所示。

表2 實施方案匯總

2.2 凸模過A面補償方法

過A面補償方法是車身外覆蓋件表面質(zhì)量提升的有效方法，目前已經(jīng)應用到多款車型。過A面補償方法的主要工作過程為：①模具零件型面檢測；②缺陷位置增量補償；③研模。

補償過程如圖12所示，拉深模中拉深件位置1確認缺陷狀態(tài)后，針對拉深凸模A面對應的位置2進行過A面補償，修正后得到拉深凸模型面3，通過凹模對應位置4到底著色研磨，穩(wěn)定并減緩拉深件缺陷狀態(tài)。翻邊整形模中，翻邊整形件位置5確認缺陷狀態(tài)后，針對翻邊整形凸模A面對應的位置6進行過A面補償，修正后得到翻邊整形凸模型面7，通過壓料型面著色確認，針對翻邊整形壓料型面對應的位置8進行過A面補償，修正后得到翻邊整形壓料型面9，通過壓料型面著色研磨，減緩或消除缺陷。

圖12 凸模過A面補償

2.3 實施情況

修邊模新增補償型面后，在新增的補償型面上進行過A面補償。

2.3.1 修邊模新增型面一次過A面補償

如圖13所示，按照圓圈區(qū)域左右對稱補焊型面，下模數(shù)銑加工，對凸模型面進行0.6 mm的增量補償、修整、研磨及成品件確認。根據(jù)成品件光影檢查，暗坑狀態(tài)明顯緩解，修邊?？梢岳^續(xù)進行補償。

圖13 型面修改后過A面補償及成品件狀態(tài)

2.3.2 修邊模新增型面二次過A面補償

根據(jù)暗坑變化，針對修邊模新增型面進行二次補償。擴大補償范圍，凸模增大補償量（下模2個鑲件底面增加厚度為1.0 mm的墊片），壓料體新增型面下增加0.4 mm的墊片，數(shù)控加工，進行二次增量補償、修整研磨后凸模增量控制在1.2 mm，成品件狀態(tài)確認如圖14所示。

圖14 新增型面二次過A面補償及成品件狀態(tài)

為了確認發(fā)動機機罩外板風窗暗坑缺陷優(yōu)化后的狀態(tài)，對成品件風窗暗坑對應位置進行測量，如圖15和表3所示。根據(jù)測量數(shù)據(jù)，可以確認發(fā)動機機罩外板風窗暗坑的變化量控制在0.02 mm，對于發(fā)動機機罩類較為平緩的大曲率制件，這種程度的型面變化可以忽略不計。

表3 發(fā)動機機罩外板風窗區(qū)域測量數(shù)據(jù) mm

圖15 發(fā)動機機罩外板修改補償后風窗區(qū)域測量

2.4 效果驗證

在保證發(fā)動機機罩外板拉深件風窗暗坑缺陷穩(wěn)定的前提下，對修邊模增加工藝型面，在新增的工藝型面上進行合理的定點、定量補償，通過可控的壓料體工藝面修改，增加壓料體墊片，上、下模型面對型到底，研磨設備研磨上、下模型面等措施，以批量生產(chǎn)穩(wěn)定性為指標驗證效果。發(fā)動機機罩外板風窗暗坑在修邊模修改型面并實施過A面補償后，成品件面品狀態(tài)良好，缺陷已消除，批量出件穩(wěn)定，如圖16所示。

圖16 批量生產(chǎn)單件

3 結(jié)束語

制件造型的復雜程度影響工藝設計，最終影響實際出件的結(jié)果。為了解決發(fā)動機機罩外板風窗暗坑缺陷，首先要確保制件特征區(qū)域拉深成形的穩(wěn)定性，在保證拉深凸、凹模型面不變的前提下，針對后工序中無內(nèi)部型面變化，模具增加工藝型面，同時在新增的工藝型面上采用過A面補償方法，進行定點、定量補償模具型面來優(yōu)化并消除發(fā)動機機罩外板風窗暗坑缺陷。