淺談鋁沖壓生產(chǎn)麻點(diǎn)控制方法

文 / 鄧裕輝，鐘林席，章義杰·廣汽埃安新能源汽車有限公司

近年來(lái)新能源汽車高速發(fā)展，為提升續(xù)航能力，對(duì)車身輕量化提出更高要求，車身鈑金開始大量使用鋁材料。鋁合金具有輕量化、耐腐蝕、高回收率環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，但由于鋁材料的延展率低、硬度低等導(dǎo)致成形困難、麻點(diǎn)多發(fā)等問題，制約生產(chǎn)的連續(xù)性。通過(guò)與諸多同行交流，發(fā)現(xiàn)麻點(diǎn)不良是普遍存在的行業(yè)難題，本文以鋁發(fā)蓋外板為例，介紹我司麻點(diǎn)的控制方法。

鋁沖壓麻點(diǎn)成因及改善思路

麻點(diǎn)是沖壓過(guò)程中異物掉入拉延模具工作型腔內(nèi)，零件成形后在表面形成的凸點(diǎn)不良，是各大主機(jī)廠均存在的長(zhǎng)期性、復(fù)合性的生產(chǎn)不良。由于鋁材硬度較鋼材硬度更低(表1)，對(duì)于異物更敏感(圖1)，更容易出現(xiàn)麻點(diǎn)不良，廣汽埃安新能源汽車有限公司(以下簡(jiǎn)稱“廣汽埃安”)首款車型AION S 鋁發(fā)蓋外板投產(chǎn)初期，麻點(diǎn)不良高達(dá)90%以上，嚴(yán)重阻礙了生產(chǎn)的運(yùn)轉(zhuǎn)。

圖1 鋁板異物壓傷敏感度說(shuō)明

表1 鋼鋁材料特性對(duì)比

針對(duì)鋁件麻點(diǎn)不良，解決思路從麻點(diǎn)形成原理及麻點(diǎn)影響兩個(gè)角度開展改善：⑴異物，能否減少異物產(chǎn)生或帶入；⑵異物受壓，即使有異物能否不受壓；⑶麻點(diǎn)狀態(tài)，整車角度判斷是否需要返修，確立返修基準(zhǔn)。見圖2。

圖2 麻點(diǎn)形成原理及處理過(guò)程

麻點(diǎn)返修基準(zhǔn)建立

沖壓零件到整車狀態(tài)需進(jìn)行電泳及噴涂，能夠?qū)Σ糠致辄c(diǎn)不良進(jìn)行遮蔽，但由于缺乏客觀的判斷方法，生產(chǎn)線檢過(guò)程依靠人工作業(yè)無(wú)法快速區(qū)分，現(xiàn)場(chǎng)操作只能判斷有無(wú)，有麻點(diǎn)零件直接進(jìn)行返修處理，從而導(dǎo)致返修率高。針對(duì)該問題，麻點(diǎn)的返修基準(zhǔn)非常有必要建立，首先如圖3 所示，主觀判斷將各麻點(diǎn)進(jìn)行5 級(jí)分類，再如圖4 所示，制作測(cè)試樣件并依據(jù)分類對(duì)各麻點(diǎn)等級(jí)進(jìn)行評(píng)定，通過(guò)涂裝噴涂測(cè)試評(píng)價(jià)麻點(diǎn)狀態(tài)，以此多次測(cè)試甄別出整車可遮蔽的麻點(diǎn)等級(jí)，按廣汽埃安的分類等級(jí)，通過(guò)測(cè)試僅有I、II 級(jí)麻點(diǎn)涂裝后依舊可視，需要單件返修。

圖3 噴涂測(cè)試甄別整車可視麻點(diǎn)

圖4 麻點(diǎn)不良等級(jí)分級(jí)

同時(shí)，還針對(duì)樣件對(duì)不同級(jí)別麻點(diǎn)的變形情況進(jìn)行了量化，III 級(jí)麻點(diǎn)的變形深度約為10μm，而涂裝噴涂及電泳涂裝膜厚基本在15μm 以上，3 級(jí)麻點(diǎn)凹陷在10μm 以下，具有遮蔽效果，見圖5、圖6。

圖5 WYKO 分析量化缺陷

圖6 各級(jí)麻點(diǎn)變形大小及占比

但現(xiàn)有的作業(yè)檢查工具依舊把全部麻點(diǎn)檢出，人員無(wú)法快速判斷返修點(diǎn)。為此，我們從檢查工具方面進(jìn)行改善，測(cè)試了多種檢查工具，其中400#的砂紙很好地檢出I、II 級(jí)麻點(diǎn)，對(duì)III 級(jí)以下麻點(diǎn)缺乏檢出能力，為此我們進(jìn)行了上千臺(tái)車的檢證，結(jié)果顯示，切換工具前后，涂裝后的可視麻點(diǎn)率并無(wú)明顯變化，判斷方案可行。通過(guò)優(yōu)化檢查工具，減少了III 級(jí)以上麻點(diǎn)的返修，麻點(diǎn)返修率下降約50%。見圖7、圖8。

圖7 線檢工具麻點(diǎn)檢出對(duì)比

圖8 檢出能力對(duì)比

減少異物帶入

麻點(diǎn)產(chǎn)生來(lái)源于異物被壓到，通過(guò)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)異物的管控來(lái)減少麻點(diǎn)很有必要，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)異物可能來(lái)源進(jìn)行全流程梳理，主要有以下四大領(lǐng)域，分別是：模具、設(shè)備、材料及生產(chǎn)環(huán)境，見圖9。材料管理主要通過(guò)材料收入時(shí)的檢查，生產(chǎn)環(huán)境主要保證車間的潔凈度及減少粉塵管理，這與常規(guī)鋼板沖壓并無(wú)區(qū)別，這里不做詳細(xì)描述。這里描述的主要差異是鋁板對(duì)于10μm 以上的異物變形更敏感，針對(duì)此特點(diǎn)我們對(duì)模具及設(shè)備清洗機(jī)進(jìn)行了強(qiáng)化管理。

圖9 減少異物帶入各方面注意事項(xiàng)

模具方面，為規(guī)避存放過(guò)程細(xì)微粉塵飄入，在采用了常規(guī)部件如防塵彎管、防塵板之外，還對(duì)模具上?？蚣苓M(jìn)行黃油涂抹，每批次生產(chǎn)后用薄膜進(jìn)行覆蓋，以此來(lái)減少異物的帶入；此外，還需警惕模具本體油漆的脫落，除了確保模具制作過(guò)程刷漆質(zhì)量，對(duì)于鋼絲繩直接接觸或可能剮蹭區(qū)域，應(yīng)避免刷漆，避免油漆剮蹭掉落；通過(guò)對(duì)模具型面的拋光及鍍鉻，提升模具的表面光潔度及防止出現(xiàn)拉傷。生產(chǎn)前，對(duì)模具抬高閉合高度后進(jìn)行空壓，再對(duì)模具表面進(jìn)行擦拭，確認(rèn)異物有無(wú)，以此來(lái)判斷模具潔凈度。

設(shè)備方面，除進(jìn)行常規(guī)的機(jī)器人、輸送皮帶等清潔外，重點(diǎn)管控清洗機(jī)清洗能力，我司清洗機(jī)清洗能力經(jīng)測(cè)試，有效過(guò)濾精度為50μm，可以滿足鋼板生產(chǎn)，但對(duì)于鋁板來(lái)說(shuō)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，通過(guò)增加清洗機(jī)旁路過(guò)濾器對(duì)清洗油進(jìn)行不間斷地過(guò)濾(圖10)，將清洗機(jī)過(guò)濾精度提升至3μm，有效降低了外來(lái)異物帶入模具。

圖10 旁路過(guò)濾器提升清洗能力

減少異物受壓面積

通過(guò)上述兩個(gè)大方向的對(duì)策執(zhí)行，麻點(diǎn)率已控制在較低水平。但拉延過(guò)程中散發(fā)的鋁屑或其他異物造成麻點(diǎn)始終難以避免。既然異物無(wú)法規(guī)避，我們從麻點(diǎn)成形的必要條件入手，即異物掉入模具型面后不被壓到即可減少麻點(diǎn)的產(chǎn)生。方法為：在拉延模具型面進(jìn)行細(xì)微的網(wǎng)格凹槽加工，用于儲(chǔ)藏碎屑異物，異物掉入該網(wǎng)格槽中，缺少了麻點(diǎn)成形的條件，就不會(huì)形成麻點(diǎn)。網(wǎng)格區(qū)域的選擇需避開強(qiáng)壓區(qū)及主應(yīng)力集中的區(qū)域，加工過(guò)程關(guān)注網(wǎng)格與非網(wǎng)格區(qū)域的過(guò)渡處理，使過(guò)渡區(qū)不易在零件表面形成凹痕，見圖11。通過(guò)網(wǎng)格模的應(yīng)用，網(wǎng)格加工區(qū)域麻點(diǎn)基本得到消除。見圖12。

圖11 網(wǎng)格模異物收納原理

圖12 網(wǎng)格模加工后零件表面質(zhì)量無(wú)影響

效果確認(rèn)

通過(guò)上述課題的開展，AION S 鋁發(fā)蓋麻點(diǎn)率從初期的90%削減至目前長(zhǎng)期穩(wěn)定的3%左右，節(jié)省返修工時(shí)3226 小時(shí)/年、節(jié)省壓機(jī)停線時(shí)間66 小時(shí)/年，合計(jì)節(jié)約能源成本、易損易耗品及勞務(wù)成本285500 元/年。

結(jié)束語(yǔ)

本文通過(guò)對(duì)麻點(diǎn)形成原理及麻點(diǎn)處理的過(guò)程分析，開展了3 個(gè)方向的對(duì)策改善。通過(guò)品質(zhì)基準(zhǔn)建立避免過(guò)度返修，減少品質(zhì)浪費(fèi)；針對(duì)鋁板的異物敏感性，對(duì)于模具潔凈度及設(shè)備清洗能力進(jìn)行了強(qiáng)化管控及性能提升；通過(guò)拉延模具的工藝改良，加工網(wǎng)格進(jìn)行儲(chǔ)屑減少異物受壓面積以此降低麻點(diǎn)概率；上述對(duì)策方向，對(duì)于各同行均有參考意義。核心的難點(diǎn)一是管理上，品質(zhì)分級(jí)的過(guò)程需要全工藝段進(jìn)行配合驗(yàn)證；二是技術(shù)上，鋁板的敏感性網(wǎng)格模的應(yīng)用需謹(jǐn)慎試點(diǎn)；需要各同行根據(jù)實(shí)際情況選擇性的進(jìn)行測(cè)試應(yīng)用。