汽車頂蓋流水槽波浪問(wèn)題分析及解決方法

文/孫剛，戴長(zhǎng)征，熊瑞·一汽-大眾汽車有限公司佛山分公司

以某車型頂蓋為例，頂蓋上表面成形主要以脹形為主，尾部流水槽的負(fù)角工藝，是由OP40、OP50 兩序模具的斜楔翻整結(jié)構(gòu)共同調(diào)整實(shí)現(xiàn)，因此對(duì)工藝設(shè)計(jì)、模具設(shè)計(jì)、模具調(diào)試的要求較高，同時(shí)導(dǎo)致模具調(diào)試與維護(hù)工作難度增大。本文介紹通過(guò)模具工藝結(jié)構(gòu)改進(jìn)和拉延筋調(diào)整等方面分析缺陷產(chǎn)生原因，解決流水槽的波浪、縮頸質(zhì)量缺陷，為后續(xù)模具維修調(diào)試提供參考。

問(wèn)題現(xiàn)狀

該頂蓋流水槽在批量生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生波浪，導(dǎo)致焊裝車間無(wú)法進(jìn)行裝車，需人工對(duì)波浪缺陷進(jìn)行返修，返修率高達(dá)100%，同時(shí)Audit 評(píng)審扣B 類項(xiàng)，整車裝配后流水槽波浪處存在積水風(fēng)險(xiǎn)，嚴(yán)重影響整車裝配質(zhì)量及精度，需要對(duì)波浪缺陷進(jìn)行優(yōu)化。

頂蓋流水槽成形工藝

頂蓋流水槽工藝(圖2)復(fù)雜，成形深度相對(duì)較大，需要7 序模具完成，成形工藝順序分別是OP20 拉延、OP30 預(yù)修邊、OP40 預(yù)整形、OP50 斜楔側(cè)整、OP60修邊沖孔和OP70 上翻切邊。由于流水槽無(wú)法一次成形，OP40 工序?qū)α魉圻M(jìn)行部分預(yù)整形，為OP50 流水槽最終成形做準(zhǔn)備。另外，兩次整形都采用斜楔側(cè)壓整形完成流水槽負(fù)角工藝。

圖1 流水槽波浪缺陷樣圖

圖2 流水槽工藝排布圖

波浪產(chǎn)生原因

⑴壓料面壓力。在成形過(guò)程中，壓邊力可以調(diào)整進(jìn)料流動(dòng)速度，改善板料內(nèi)部應(yīng)力分布。壓邊力過(guò)小，板料流動(dòng)阻力越小，增大板料內(nèi)、外應(yīng)力差，成形不充分，造成波浪。

⑵拉延筋種類。拉延筋設(shè)置是控制板料流動(dòng)主要工藝，拉延筋主要分為圓筋、方筋、檻筋三種，若其選擇不當(dāng)，不能提供有效進(jìn)料阻力，使板料走料失穩(wěn)流入量過(guò)快，形成起皺波浪。

⑶凸凹模間隙。對(duì)于淺拉延脹形件，凸凹模走料成形間隙過(guò)大導(dǎo)致頂蓋成形過(guò)程中無(wú)法達(dá)到綜合應(yīng)變要求，局部塑性變形不充分，使得板料在厚度方向起伏，造成波浪。

⑷凸凹模R 角。在拉延成形或者整形時(shí)，凹模R角過(guò)大，導(dǎo)致成形過(guò)程中板料流過(guò)R 角時(shí)，產(chǎn)生阻力太小，板料流動(dòng)過(guò)快產(chǎn)生波浪。

⑸成形高度。流水槽造型一次成形無(wú)法滿足需求，由于第一次整形高度要大于或者等于最終整形高度，導(dǎo)致存料過(guò)多，最終整形時(shí)，整形凸模無(wú)法將板料全部延展而產(chǎn)生波浪。

問(wèn)題分析

波浪經(jīng)常出現(xiàn)拉延、翻邊、整形工序，根據(jù)圖2流水槽工藝排布圖了解流水槽的成形主要在OP40 預(yù)翻整、OP50 整形，再結(jié)合流水槽的成形工藝曲線(圖3)分析，流水槽在成形過(guò)程中板料急劇變化，產(chǎn)生局部不平，且板料流動(dòng)量非常大。此處流水槽的走料是通過(guò)凸凹模壓料面和拉延筋配合控制板料的流動(dòng)，若壓料面的著色率低和拉延筋與筋槽的R 角過(guò)大將導(dǎo)致板料流動(dòng)過(guò)快或者過(guò)多，均會(huì)造成波浪缺陷，故需要加大流水槽成形區(qū)板料流入量的限制。

圖3 流水槽成形工藝曲線圖

解決過(guò)程

減小筋槽R 角

如圖4 所示檢查OP50 模具工藝結(jié)構(gòu)時(shí)，發(fā)現(xiàn)流水槽區(qū)域上模是利用圓筋控制此區(qū)域成形走料，使用半徑規(guī)測(cè)量下模筋槽R 角為R4mm。圓筋筋槽R 角標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)為R2mm(圖5)，剛好比標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)R 角大了一倍。故分析缺陷產(chǎn)生機(jī)理是由于長(zhǎng)期生產(chǎn)磨損導(dǎo)致筋槽R 變大，使得流水槽區(qū)域板料流動(dòng)過(guò)快，整形時(shí)板料走料失衡，產(chǎn)生波浪。首先將燒焊下模筋槽R 角，將筋R 角做小，恢復(fù)至R2mm 的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)定，保證整形時(shí)提供足夠的進(jìn)料阻力，使其塑性變形更充分。

圖4 測(cè)量筋槽R 角

圖5 拉延圓筋設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)

圓筋改為方筋

因?yàn)榱魉圩罱K成形工序?yàn)镺P50，需要盡量控制板料少流動(dòng)，嘗試將原來(lái)的圓筋改為方筋(圖6)，依靠拉延方筋提供制件成形所需要的進(jìn)料阻力，加劇板料的塑性變形，使流水槽整形區(qū)域板料得到充分延展，提高制件成形剛性。并且改為方筋后能降低OP50 流水槽整形凸凹模壓料面和筋槽R 角的磨損，提高模具壽命，保證后期長(zhǎng)期生產(chǎn)的穩(wěn)定性。注意，筋與筋槽的R 角一般不能小于R2mm，避免制件表面刮鋅皮或產(chǎn)生積屑瘤影響制件成形質(zhì)量。

圖6 圓筋改為方筋

凸凹模著色提升

結(jié)合圖3 工藝流程圖可知，OP50 工序流水槽整形時(shí)，存在整形拉深工藝，因此除了筋直接控制該區(qū)域走料之外，整形凸凹模著色也至關(guān)重要，整形凸凹模在最終成形上起決定性作用，作為工作零件其著色率要求非常高，將直接影響制件成形質(zhì)量。由于長(zhǎng)期高強(qiáng)度批量生產(chǎn)導(dǎo)致工作面磨損，檢查整形凸凹模著色率僅60%，導(dǎo)致部分區(qū)域壓料力不足，造成板料成形時(shí)在厚度上產(chǎn)生波動(dòng)，影響板料流動(dòng)的穩(wěn)定性。故需要以翻邊凸模為基準(zhǔn)研修翻邊凹模著色，使其上下壓料面著色率研修至80%，達(dá)到模具著色驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)。

實(shí)施以上措施優(yōu)化OP50 整形工序流水槽拉延筋及筋槽R 角后，由于在制件成形過(guò)程中板料流動(dòng)減少，波浪缺陷得到控制，但在調(diào)試生產(chǎn)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)流水槽立面R 角出現(xiàn)新增縮頸缺陷(圖7)，制件生產(chǎn)報(bào)廢率高達(dá)6.3%。

圖7 縮頸開裂缺陷樣圖

線上研修放大下模筋槽R 角使板料流動(dòng)稍加增多，波浪缺陷再次出現(xiàn)，對(duì)比優(yōu)化前狀態(tài)有所減輕，不過(guò)依然無(wú)法滿足質(zhì)量要求(圖8)針對(duì)此問(wèn)題反復(fù)多次燒焊調(diào)整拉延筋，同時(shí)通過(guò)對(duì)OP40 凸模R 角進(jìn)行放大等方式調(diào)整進(jìn)料分布，但均無(wú)法將模具調(diào)試至一個(gè)同時(shí)無(wú)波浪和縮頸的穩(wěn)定狀態(tài)。

圖8 波浪缺陷減輕

成形工藝改進(jìn)

對(duì)比OP40 與OP50 兩工序件流水槽邊緣走料線。發(fā)現(xiàn)兩序流水槽中部收料線相差25mm(圖9)。如圖10 所示嘗試通過(guò)調(diào)整OP40 上模流水槽翻邊凸模高度，向內(nèi)側(cè)加高10mm 方式來(lái)增加翻邊預(yù)翻深度，使得OP40 流水槽翻邊時(shí)多走10mm，最終成形位置由E 處改為F 處，增大流水槽在OP40 工序成形的預(yù)翻量，使得OP50 流水槽成形走料長(zhǎng)度由25mm 減小至15mm，減小兩序走料差距。在OP40 下模對(duì)應(yīng)區(qū)域研配去量，調(diào)試后對(duì)比制件成形狀態(tài)，同時(shí)對(duì)OP50筋及筋槽R 角重新優(yōu)化調(diào)整。

圖9 兩序流水槽收料線對(duì)比

圖10 OP40 預(yù)翻量加深示意圖

為保證OP50 長(zhǎng)期穩(wěn)定性，將整形凸模表面淬火，降低表面粗糙度，最終流水槽波浪消除，制件無(wú)縮頸等缺陷(圖11)。Audit 單件評(píng)分由B 降至C1，焊裝裝車無(wú)需返修，同時(shí)解決流水槽處積水問(wèn)題，批量生產(chǎn)驗(yàn)證制件狀態(tài)穩(wěn)定。

圖11 最終調(diào)試件

結(jié)束語(yǔ)

本文闡述了頂蓋流水槽波浪缺陷的產(chǎn)生機(jī)理，并通過(guò)改進(jìn)模具整形工藝及合理利用拉延筋控制走料等方法優(yōu)化質(zhì)量缺陷。此改進(jìn)方案為帶有流水槽的頂蓋模具，解決類似質(zhì)量問(wèn)題時(shí)提供思路和方向。同時(shí)可為以后流水槽工藝設(shè)計(jì)做參考，從而在設(shè)計(jì)階段進(jìn)行問(wèn)題規(guī)避，提高模具生產(chǎn)穩(wěn)定性及單件質(zhì)量，縮短后期模具調(diào)試周期。