采用激光焊的行李箱外板上段沖壓工藝研究

董家玲，王振東，劉 健，徐 勇，姚 鵬

（中國(guó)第一汽車(chē)股份有限公司 紅旗繁榮工廠(chǎng)，吉林 長(zhǎng)春 130011）

0 引 言

目前高端車(chē)型的行李箱外板上、下段采用激光焊工藝代替原來(lái)的點(diǎn)焊工藝，這對(duì)行李箱外板上、下段搭邊位置的尺寸精度及表面質(zhì)量要求更高，沖壓工藝設(shè)計(jì)也要求更精細(xì)化，為縮短整改周期，盡量在前期解決缺陷問(wèn)題，即從產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、成形制件及成形工藝等方面進(jìn)行規(guī)避?，F(xiàn)針對(duì)行李箱外板上段的工藝方案進(jìn)行優(yōu)化，解決翻邊導(dǎo)致的回彈及表面質(zhì)量缺陷問(wèn)題。

1 行李箱外板上段結(jié)構(gòu)及幾何尺寸公差要求

行李箱外板結(jié)構(gòu)如圖1所示，上、下段采用激光焊工藝，采用激光焊工藝對(duì)成形制件的尺寸精度要求比點(diǎn)焊工藝高，如圖1（a）所示，l～m區(qū)域?yàn)樾欣钕渫獍迳舷露未罱犹?，?dāng)長(zhǎng)度L≤300 mm時(shí)，平行差為0.3 mm，當(dāng)長(zhǎng)度L＞300 mm，平行差為0.5。行李箱外板上段與下段搭接位置的翻邊高度一般為60～70 mm，如圖1（b）所示，上、下段搭邊值≥10 mm，如圖1（c）所示。

圖1 行李箱外板結(jié)構(gòu)

2 沖壓工藝

行李箱外板上段沖壓工藝方案如圖2所示，傳統(tǒng)成形工藝采用6道工序：①拉深→②修邊、沖孔→③翻邊、側(cè)修邊→④翻邊→⑤側(cè)整形→⑥側(cè)修邊。

圖2 行李箱外板上段沖壓工藝

3 存在的問(wèn)題及解決措施

3.1 表面質(zhì)量缺陷及解決措施

行李箱外板上段成形過(guò)程中產(chǎn)生的表面質(zhì)量缺陷主要為翻邊波浪、修邊毛刺以及沖擊線(xiàn)。

（1）翻邊波浪問(wèn)題及解決方法。由于受造型限制，行李箱外板上段（見(jiàn)圖3所示a～b段）為多料翻邊，翻邊過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生翻邊波浪，如圖4所示，在工藝設(shè)計(jì)時(shí)，采用壓料翻邊，即翻邊時(shí)用上、下壓料板夾料翻邊，能解決翻邊波浪問(wèn)題（見(jiàn)圖5）。但由于夾料翻邊過(guò)程中，板料會(huì)產(chǎn)生塑性變形，導(dǎo)致輪廓附近出現(xiàn)翹曲變形，如圖6所示，無(wú)法保證成形制件尺寸精度的要求，而且后期現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試階段，只能通過(guò)調(diào)整翻邊間隙的方法進(jìn)行優(yōu)化，無(wú)法徹底消除翹曲變形。

圖3 行李箱外板上段

圖4 翻邊波浪

圖5 夾料翻邊模擬分析結(jié)果

圖6 行李箱外板上段回彈分析結(jié)果

翻邊工序前進(jìn)行粗修邊，翻邊后再精修到位，目的是將修邊高度增高，夾料翻邊時(shí)使側(cè)翹曲變形區(qū)域在修邊線(xiàn)之外，保證了成形制件的精度，縮短了整改周期，如圖7所示。

圖7 行李箱外板工藝方法

行李箱外板上段翻邊高度一般為60～70 mm，為保證成形制件的剛性，在翻邊面設(shè)計(jì)沉臺(tái)（見(jiàn)圖7），但是在成形過(guò)程中由于材料流動(dòng)不均勻，相應(yīng)位置表面及與行李箱外板下段搭接面位置會(huì)產(chǎn)生坑包波浪，導(dǎo)致尺寸精度難以保證。制件設(shè)計(jì)階段對(duì)沉臺(tái)的深度、形狀等提出以下要求：①沉臺(tái)最外側(cè)需要設(shè)計(jì)一個(gè)臺(tái)階，避免材料流動(dòng)不均勻產(chǎn)生表面質(zhì)量缺陷；②沉臺(tái)深度≤3 mm（見(jiàn)圖8）；③過(guò)渡區(qū)必須平緩均勻過(guò)渡，避免過(guò)渡急劇產(chǎn)生表面質(zhì)量缺陷；④沉臺(tái)外輪廓距離制件A面直線(xiàn)段距離≥10 mm，避免壓不住料導(dǎo)致A面產(chǎn)生表面質(zhì)量缺陷（見(jiàn)圖8）。

圖8 行李箱外板下段

（2）修邊毛刺問(wèn)題及解決方法。采用傳統(tǒng)成形工藝方案時(shí)，前、后工序沖壓方向必須一致，精修邊只能采用勾修（見(jiàn)圖9（a）），導(dǎo)致修邊毛刺集中在成形制件外表面，即與行李箱外板下段搭接表面，為保證激光焊質(zhì)量，需進(jìn)行手工修件，浪費(fèi)人力和物力。針對(duì)出現(xiàn)的問(wèn)題，通過(guò)改變前后工序沖壓方向，精修工序的沖壓方向相對(duì)于拉深工序繞X軸旋轉(zhuǎn)46°，采用側(cè)修工藝方案代替原來(lái)的勾修工藝方案，如圖9（b）所示，使修邊毛刺分布在成形制件內(nèi)表面，保證了行李箱外板上段與下段的搭接位置的精度要求，滿(mǎn)足激光焊對(duì)成形制件的精度要求。

圖9 成形工藝方案對(duì)比

（3）沖擊線(xiàn)問(wèn)題及解決方案。沖擊線(xiàn)是成形過(guò)程中板料通過(guò)凸圓角向內(nèi)流入產(chǎn)生的痕跡，為保證成形制件表面質(zhì)量，避免多料翻邊產(chǎn)生的回彈及翻邊波浪等表面缺陷，工藝補(bǔ)充設(shè)計(jì)時(shí)盡量減少后工序翻邊整形量，拔模角與沖壓方向的夾角一般為3°左右，同時(shí)為保證修邊，此處拉深深度較深，成形過(guò)程中板料流入量較大，沖擊線(xiàn)易進(jìn)入A面（見(jiàn)圖10（a））。為避免沖擊線(xiàn)不進(jìn)入A面，工藝設(shè)計(jì)階段，此處的工藝補(bǔ)充需要增加一個(gè)二層臺(tái)階（見(jiàn)圖10（b）），目的是控制板料的流入，且臺(tái)階距離A面盡量等深，既確保沖擊線(xiàn)不進(jìn)入A面，又解決了因材料流動(dòng)不均勻?qū)е翧面出現(xiàn)波浪的問(wèn)題，提高成形制件的表面質(zhì)量。

圖10 行李箱外板上段工序分析

3.2 模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)關(guān)鍵問(wèn)題

（1）精準(zhǔn)定位。行李箱外板上段形狀主要是V形，前、后方向靠形狀定位，當(dāng)修邊、沖孔后，左、右方向無(wú)法靠形狀定位，因此在修邊、沖孔工序設(shè)計(jì)三角定位孔，用于翻邊、側(cè)修邊的定位。從工序③到工序④沖壓方向需要旋轉(zhuǎn)46°，由于成形制件的自重，僅靠形狀定位無(wú)法實(shí)現(xiàn)，設(shè)計(jì)邊定位的同時(shí)，增加2個(gè)托料塊，如圖11所示。

圖11 行李箱外板翻邊工序凸模

（2）側(cè)整形工序受空間限制，不能采用推拉器，只能采用旋轉(zhuǎn)器。在工藝設(shè)計(jì)階段，考慮退料的同時(shí)還需要考慮模具零件強(qiáng)度，最薄位置厚度≥10 mm，如圖12所示。

圖12 行李箱外板成形工序旋轉(zhuǎn)器

4 新工藝優(yōu)缺點(diǎn)

改進(jìn)后的成形工藝與傳統(tǒng)工藝相比的優(yōu)點(diǎn)：①翻邊工序采用正翻邊，模具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，模具零件強(qiáng)度高，如圖13所示；②壓料翻邊后采用側(cè)修邊，修邊產(chǎn)生的毛刺僅在成形制件內(nèi)表面，不影響激光焊搭接面，滿(mǎn)足成形制件精度要求，而傳統(tǒng)工藝為滿(mǎn)足精度要求，也可以增加精修，但是只能采用勾修，在制件輪廓表面會(huì)留有毛刺，需要人工打磨后方可使用。缺點(diǎn)：改進(jìn)后的成形工藝前、后工序存在轉(zhuǎn)角問(wèn)題，對(duì)量產(chǎn)節(jié)拍有一定影響，且要求設(shè)備具有前、后工序轉(zhuǎn)角功能，而傳統(tǒng)工藝方案前、后工序不需要轉(zhuǎn)角。

圖13 行李箱外板翻邊工序模具結(jié)構(gòu)

5 結(jié)束語(yǔ)

行李箱外板下段搭接邊采用壓料正翻邊、側(cè)整形、側(cè)修邊等工序成形，保證了成形制件尺寸精度及表面質(zhì)量，雖然前、后工序需要轉(zhuǎn)角，但是模具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，能保證模具零件強(qiáng)度，同時(shí)避免勾修導(dǎo)致成形制件毛刺的問(wèn)題。