沖壓件對機器人包邊質量的影響及控制

摘 要：文章針對汽車門蓋線的包邊技術要求，分析了生產應用中常見的機器人包邊常見的缺陷形式，研究了機器人包邊系統中影響包邊質量的主要因素，重點講述了外板翻邊長度、角度、內R角、內外板整體質量對機器人包邊質量的影響及控制方法，為汽車門蓋包邊質量的提升提供了理論依據。

關鍵詞：機器人；包邊；影響

中圖分類號：U468.21 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2012）17-0090-02

汽車產業是我國國民經濟發展的重要支柱產業，隨著生產力的迅速發展，柔性自動化的生產方式是現代企業所追求的目標，面對競爭日益激烈的市場需求，提升汽車白車身生產線的柔性和自動化程度勢在必行。機器人柔性滾邊技術是白車身焊裝技術的重要組成部分，它是通過安裝在機器臂上滾邊頭中的滾輪，在滾邊胎模的支撐下沿板件包邊型面進行滾壓包邊的內外板連接技術。機器人滾邊零件質量的好壞直接影響車身裝配尺寸精度、車身覆蓋件的表面質量、整車外觀美觀和強度，而沖壓件質量的好壞是決定滾邊質量的好壞重要因素之一，因此，研究沖壓件對機器人包邊質量的影響及控制對機器人滾邊的質量就顯得尤為重要。

1 機器人包邊工藝

滾邊是包邊的一種，機器人滾邊工藝是由機器人按預定的程序和軌跡控制滾邊工具的運動，按相應程序將零件進行折邊處理。其包邊過程同傳統的包邊形式相同，分為三個步驟：翻邊，預包邊，終包邊，如圖1（a），（b），（c）。在滾邊時，滾邊頭通過壓力裝置將壓力傳給滾輪，通過滾輪施加作用力在工件上，施壓過程中預留的翻邊向內側翻折并最終壓平或成一定角度。

機器人滾邊系統主要包括三大部分組成：滾邊胎模定位系統、滾邊工具系統、機器人及其控制系統。滾邊胎模定位系統用于將待滾邊零件放置在滾邊模具上，然后用定位機構進行定位；而滾邊工具系統中，滾邊頭上面的滾輪根據滾邊加工步驟的不同進行選取，通過滾輪將零件外板的翻邊沿內扳進行彎曲。機器人及其控制系統主要用于控制滾輪的軌跡、速度和滾邊壓力，以及機器人與其他相關系統之間的通信。

2 機器人包邊常見缺陷

機器人包邊常見的缺陷主要有兩大類：尺寸精度缺陷和外觀質量缺陷，除此之外，包邊失效也是機器人包邊在項目初期常見的缺陷。具體的機器人滾邊常見缺陷見表1。

3 機器人包邊的影響因素

機器人滾邊缺陷的產生，是一種或多種因素共同作用的結果，這些因素的不合理不僅影響了零件的外觀質量與尺寸的穩定性，同時，產生缺陷后零件及模具的返修在增加非增值時間的同時也大大增加了生產與制造成本，造成了很大的浪費。因此，研究機器人包邊的影響因素顯得尤為重要，而在這些影響因素當中，沖壓件質量的高低及穩定性將直接決定機器人包邊的質量及穩定性。

影響機器人包邊質量的沖壓件主要是門蓋的外板和內板。

3.1 外板的影響

①翻邊長度h。翻邊長度的大小直接影響到滾壓零件的質量。一方面，翻邊稍大時，有利于沖壓模的設計和制造，有利于板料的生產，并且包邊后使得翻邊與內板的接觸面積增加，有利于包邊件的結構強度和穩定性，但是，翻邊長度太大時，零件在滾壓過程中產生的應力無處釋放，容易產生波浪、褶皺、平面變形、特征線不清晰等缺陷。另一方面，翻邊長度較小時，由于翻邊角部產生的加工硬化，造成翻邊與角部加工硬化區域重合，這樣在滾邊時，產生的應力就要通過內外板一起來消化，容易產生翻邊邊緣下塌；同時，翻邊過短，存在包邊包不住的風險，甚至造成包邊失效。普通包邊的翻邊長度一般不大于10mm，角部曲率變化較大的區域一般取2.5～5 mm，水滴包邊的翻邊長度以13～16 mm為佳，且在較長邊中間加窄邊過渡以釋放應力。

②翻邊角度θ。外板翻邊角度的大小決定了翻邊根部的加工硬化狀況，由于根部的加工硬化，在進行包邊時變形往往優先在根部附近的區域發生，而不直接發生在根部，翻邊角度越大，根部產生的加工硬化越不明顯，滾邊過程中發生變形的區域越不好控制，增加了包邊后尺寸的不確定性，影響到尺寸精度的穩定性，同時，也會產生波浪、褶皺、平面變形、特征線不清晰等缺陷。反之，翻邊角度越小，根部產生的加工硬化越明顯，滾邊過程中發生變形的區域越容易控制，包邊后尺寸外形尺寸變化較小，產生缺陷的幾率也較小。但是，翻邊角度過小給沖壓件的脫模帶來很大的困難，生產過程中翻邊角度θ通常為90°～105°，在某些有特殊要求的被包件上翻邊角度θ也會有所不同，需視具體部位調節。

③翻邊內R角。外板翻邊內R角的影響機理與翻邊角度相似，內R角越大，加工硬化的區域越大，產生尺寸及外觀質量缺陷的幾率越大，反之，內R角越小，加工硬化的區域越小，產生尺寸及外觀質量缺陷的幾率越小，但是，當內R角過小時角部產生加工硬化的區域存在很大的應力集中，而應力集中往往是裂紋容易產生的地方，從而導致包邊部位開裂，影響到門蓋外觀質量及結構穩定性，生產過程中內R角一般在0.2～0.5 mm之間，它往往隨著外板板厚δ的變化而變化，常見的內R角通常取δ/2。

④外板的質量穩定性。外板的質量是影響包邊質量的重要因素，由于通常門蓋外板要比內板薄一些，而對于薄板沖壓件的成型，由于應力的作用，使得薄板沖壓成型后易于變形或者產生回彈，尤其是一些拐角、曲面或特征線部位，同時，在板料成型及物流運輸過程中，一些不必要的灰塵和碰撞，可能會造成外板外表面的損傷，這些對于作為汽車覆蓋件的外板更是不允許的。因此，對于外板的質量控制要從沖壓工藝及模具的質量入手，同時控制物流的運輸過程及料架設計，以把對外板的損傷減到最小。

3.2 內板的影響

包邊過程是一個復雜的薄板成型過程，最終包邊質量的好壞除受機器人滾邊工藝的影響外，更主要的取決于內板的質量。首先是內板的切邊，當沖壓工藝不當時，切邊往往存有波浪變形、開裂、毛刺、凹凸不平、尺寸變化不規律等缺陷，而這些缺陷是造成翻邊類似缺陷的重要因素。其次，內板的局部或整體變形會引起包邊件的局部或整體變形，甚至會影響鉸鏈安裝孔的位置精度及穩定性，嚴重影響白車身的質量匹配，更有甚者，當變形較大時會造成包邊失效。因此，對沖壓件內板的控制，必須制定合理的沖壓工藝，并嚴格按照模具的設計要求進行設計，制定合理的定位與反變形策略，以防止內板的變形及保持切邊的穩定性。

4 結 語

在實際的生產應用中，對機器人滾邊零件缺陷及其影響因素進行研究，通過對各種不利因素加以調整和控制，不僅有利于減少機器人滾邊質量缺陷的產生，提升機器人滾邊零件的外觀質量與尺寸精度，同時，對于提升整車匹配的質量和尺寸精度以及提高企業的核心競爭力有著非常重要的作用。

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