H7轎車包邊質(zhì)量改進方法

潘遠安，李昕，謝躍文，陳宏宇

在汽車車身制造中，有些部件是由內(nèi)外板經(jīng)過折邊壓合后合成總成，以增加部件整體剛度和強度。如車身四門、發(fā)動機罩、行李箱蓋（統(tǒng)稱四門兩蓋）及少數(shù)車型頂蓋、燃油箱口蓋和輪罩等。基本以汽車車身外表面件居多，對尺寸精度和表面質(zhì)量要求較高，故包邊質(zhì)量好壞，直接關(guān)系著整車外觀質(zhì)量和整車裝配質(zhì)量。H7是新一代紅旗轎車，身為國產(chǎn)自主品牌的領(lǐng)導者，勇于探索與實踐，克服包邊壓合工藝難點問題，對產(chǎn)品質(zhì)量提升有著非凡的歷史意義。

1.大角度翻邊尺寸穩(wěn)定

壓機包邊壓合與專機包邊壓合對沖壓單件制件翻邊角度要求較高，在保證成形后表面質(zhì)量的前提下，一般都應該控制在105以下，局部邊角可放大到110。這給沖壓單件制件帶來困難，若增大翻邊角度，不但會降低沖壓成本，也給單件制件成形質(zhì)量提供可靠的保證，不過根據(jù)文獻研究，預翻邊角度大于65會出現(xiàn)明顯起皺，終翻邊角度大于56°時會出現(xiàn)明顯呲邊。若內(nèi)表面出現(xiàn)褶皺現(xiàn)象，則會引起外板波浪，故一次性折彎角度大則表明質(zhì)量越差。

而H7紅旗轎車采用滾邊機器人滾邊壓合包邊技術(shù)，將滾邊程序設定為三道次，以行李箱蓋為例，首先將零件翻 邊從125°翻折至75°～90°，為第一道次預包邊；然后再將其從75°～90°翻折至30°～45°，為第二道次預包邊，最后從30°～45°翻折至0°，為第三道次包邊，也稱為終包邊，從而避開了由翻邊角度而引起的呲邊和褶皺問題。但制件翻邊角度越大，其折彎處圓弧長度越短，包邊后棱邊尺寸越難控制，制件成形的質(zhì)量好壞程度也隨之無法預料，如圖1所示。

制件在125°時，其棱邊弧長只是整個圓周長11/36圓弧，直到最后包邊壓合結(jié)束的1/2圓弧，其折邊弧長理論伸長率在63.6%，可見成形困難程度。H7紅旗轎車制件對質(zhì)量要求嚴格，尺寸脹出的控制要求較高，經(jīng)過三次彎折后，尺寸脹出應小于0.7mm，尺寸平行差控制在0.5mm以內(nèi)。

圖1 折彎過程中棱邊變化過程

根據(jù)制件的坐標系，選取局部幾個重要測量點，研究制件不同位置的尺寸變動情況。圖2為不同制件輪廓尺寸變動量與位置之間關(guān)系,縱坐標為尺寸脹出量，橫坐標為制件測量數(shù)量。測量位置如圖3Y向坐標數(shù)字分別對應總成的5個位置點。

由圖2可見，經(jīng)過三次滾壓后5個位置點的尺寸變動量并不相同，且5個位置點都有相應波動，但波動量都控制在0.5mm范圍內(nèi)，保證了制件尺寸的穩(wěn)定。

2.包邊壓力均勻

對完成的包邊壓合工件進行評價和測量，依據(jù)是壓合邊厚度是否合格，壓合角部是否合格，壓合邊是否有波浪，制件表面是否有壓痕、裂紋和制件尺寸測量等。其中，表面波浪是所有包邊工藝都會出現(xiàn)的常見問題，也是相對不容易解決的問題，檢測手段可以通過磨石打磨零件四周壓合邊表面，顯現(xiàn)出連續(xù)的亮暗區(qū)域（“亮”的部分是磨石打磨區(qū)域，“暗”的部分是磨石未打磨區(qū)域）（見圖4）。

滾邊軌跡和滾邊壓力是產(chǎn)生表面波浪的一個主要因素，現(xiàn)代滾壓軌跡程序都是由仿真軟件（如ROBCAD）先對其模擬仿真，然后校正機器人TCP點（Tool Center Point），實現(xiàn)滾頭軌跡運行控制。若TCP點精度不高或仿真做的質(zhì)量差，就會造成機器人軌跡偏離理論位置，滾壓軌跡如波浪線似行走，板材壓料受力不均而形成波浪。H7紅旗轎車采用ABB機器人滾邊頭裝置氣缸進行壓力供給，采用比例閥等控制元件進行壓力控制，將壓力施加給滾輪，通過滾輪與工件間摩擦力將工件在沖壓中預留的翻邊向內(nèi)側(cè)翻折，實現(xiàn)滾邊壓合，如圖5所示。

根據(jù)多次調(diào)試驗證，外板厚度在0.75mm時，滾邊參數(shù)一共是3種：第一道次預翻邊和第二道次預翻邊設置在1.5～1.6kN，第三道次終包邊設置在1.8～2.0kN（見圖6）。

形狀復雜或角位置可設置壓力值為0.6kN。將其值輸入到控制系統(tǒng)中，若超出2.0kN壓力范圍，則伺服比例閥的電控單元就會報警信號，機器人停止運行，保證壓力的可控性，從而實現(xiàn)對制件表面質(zhì)量的控制。

另外，滾壓速度對制件表面質(zhì)量也是不可忽視的，單位時間內(nèi)滾壓速度大于制件形變應力釋放速度就會使制件表面產(chǎn)生波浪。H7紅旗轎車滾邊速度平直邊為200～300mm/s，角或形狀復雜部分根據(jù)實際壓合后質(zhì)量進行相應調(diào)整。

3.創(chuàng)新滾頭造型

圖2 不同位置的尺寸

圖3 后蓋局部檢測位置示意

圖4 壓合邊波

圖5 機器人滾頭組及氣缸結(jié)構(gòu)

圖6 滾頭壓力與厚度的關(guān)系

同濟大學王立影等人提出滾頭結(jié)構(gòu)對制件成形質(zhì)量有著重要的影響，滾頭造型需根據(jù)制件結(jié)構(gòu)合理設計，并仿真模擬驗證。圖7為H7紅旗轎車車門制件，卡扣對滾邊質(zhì)量產(chǎn)生較大影響：滾邊后卡扣被壓平，不能起到固定水切的作用。平直邊產(chǎn)生表面波浪。為解決滾壓問題，轎車公司大膽對滾頭進行改革，將中間車出一個環(huán)形凹槽，預翻邊時卡扣剛好通過凹槽而不產(chǎn)生滾壓變形（見圖7、圖8）。

經(jīng)過改進滾頭，卡扣可以完成對水切條進行定位，牢固地將水切條固定。

4.結(jié)語

雖然本文列舉了制件表面質(zhì)量缺陷的改進辦法，但由于不同車型結(jié)構(gòu)和板材的原因要根據(jù)實際情況具體分析和判斷。具體壓合工藝的確定要從實際情況出發(fā)，充分考慮諸多影響因數(shù)。對此，我們將作進一步的工藝研究。筆者謹以此文拋磚引玉，引發(fā)包邊壓合方面專家更深入的思考。

圖7 改進前滾頭

圖8 改進后滾頭