淺談壓合模結(jié)構(gòu)設(shè)計對包邊質(zhì)量的影響

文/鮮光斌，羅琳，夏華杰，鄒傳利·奇瑞汽車股份有限公司

淺談壓合模結(jié)構(gòu)設(shè)計對包邊質(zhì)量的影響

文/鮮光斌，羅琳，夏華杰，鄒傳利·奇瑞汽車股份有限公司

本文由壓合模包邊現(xiàn)場經(jīng)常出現(xiàn)的包邊質(zhì)量問題出發(fā)，分析導(dǎo)致包邊質(zhì)量的主要原因，然后從壓合模結(jié)構(gòu)設(shè)計的角度提出建議，來提高和保證包邊質(zhì)量，對后期模具設(shè)計和模具結(jié)構(gòu)改進(jìn)具有借鑒意義。

汽車覆蓋件包邊作為覆蓋件成形的最后一個步驟，其成形質(zhì)量對覆蓋件邊緣的外觀質(zhì)量以及整個覆蓋件的外形尺寸精度有著重要的影響。汽車車身包邊常見的類型包括壓合模包邊、專機(jī)包邊、機(jī)器人滾邊等工藝。

在壓合模包邊現(xiàn)場，經(jīng)常會出現(xiàn)包邊質(zhì)量問題，不合理的壓合模設(shè)計是導(dǎo)致包邊質(zhì)量問題產(chǎn)生的主要原因。不合理的壓合模設(shè)計主要包括以下幾點：

⑴壓合模預(yù)彎刀設(shè)計布置不合理。主要體現(xiàn)在大R弧形段，一種為預(yù)彎刀分型不合理（圖1），導(dǎo)致產(chǎn)生應(yīng)力集中和表面起皺，另一種為預(yù)彎刀布置少，本應(yīng)該在角部布置三把預(yù)彎刀的，實際布置二把預(yù)彎刀，導(dǎo)致R角棱線不順，表面起皺，如圖2所示。

圖1 大R弧形段預(yù)彎刀分型不合理

圖2 預(yù)彎刀布置偏少導(dǎo)致起皺

⑵模具型面小于外板翻邊輪廓線，或者僅等于外板翻邊輪廓線（圖3），導(dǎo)致翻邊過程中出現(xiàn)變形，且整改難度大，壓合總成變形示意圖，如圖4所示。

⑶預(yù)彎刀預(yù)彎角度、進(jìn)入角度不合理，如圖5所示，導(dǎo)致壓合總成件變形。

⑷壓合模外板定位塊布置不合理，導(dǎo)致總成件棱線不順，且后期整改難度較大，如圖6所示。

圖3 模具型面小于外板翻邊

圖4 壓合總成變形示意圖

圖5 預(yù)彎角度和進(jìn)入角度不合理

圖6 壓合模外板定位塊布置不合理

原因分析

在預(yù)彎模設(shè)計過程中，既要考慮包邊質(zhì)量，也要考慮經(jīng)濟(jì)成本。包邊質(zhì)量問題的出現(xiàn)，一方面受模具結(jié)構(gòu)布置沖突的影響，另一方面也受模具設(shè)計者本身經(jīng)驗不足的局限。下面針對經(jīng)常出現(xiàn)的四類包邊問題的原因進(jìn)行具體分析。

⑴壓合模預(yù)彎刀設(shè)計不合理，主要的因素有以下三個：

①該處表面質(zhì)量的重要性及具體要求。設(shè)計人員沒有充分吃透圖紙和裝配要求，未認(rèn)識到該區(qū)域表面質(zhì)量的重要性和具體要求，其設(shè)計要求不能滿足產(chǎn)品要求，導(dǎo)致最終表面質(zhì)量不被客戶接受。

②為節(jié)約成本和空間，設(shè)計過程中，由于受模具成本空間的約束，取消預(yù)彎刀，最終犧牲了包邊質(zhì)量。如圖7所示，大R角處缺少預(yù)彎刀，導(dǎo)致R角棱線不順。

圖7 大R角處少預(yù)彎刀，導(dǎo)致棱線不順

③壓合模設(shè)計人員經(jīng)驗所限，導(dǎo)致壓合模預(yù)彎刀分型不合理。壓合模預(yù)彎刀分型不合理，導(dǎo)致沖壓件容易形成應(yīng)力集中，R角棱線不順，表面出現(xiàn)變形等，如圖8所示。預(yù)彎刀從大R角何處分型、何處拼接，對包邊棱線光順具有重要決定作用。

圖8 應(yīng)力集中導(dǎo)致表面變形

⑵出現(xiàn)下模型面小于外板輪廓的現(xiàn)象，主要是由于設(shè)計人員缺乏現(xiàn)場經(jīng)驗。下模型面偏小，容易導(dǎo)致壓合模預(yù)彎時，出現(xiàn)變形，且包邊質(zhì)量和尺寸均不穩(wěn)定，不僅影響包邊質(zhì)量，而且外板定位等均無法調(diào)整。該類問題為重大設(shè)計缺陷，必須整改優(yōu)化。

⑶預(yù)彎刀預(yù)彎角度、進(jìn)入角度不合理，主要包括以下幾個原因：

①臺階和拐點處難以包邊，一般預(yù)彎刀設(shè)計難以保證，且包邊后容易出現(xiàn)變形，需要結(jié)合生產(chǎn)調(diào)整預(yù)彎刀角度、進(jìn)入角度及包邊后內(nèi)外板的松緊程度等，如圖9所示。

圖9 臺階及拐點處包邊示意圖

②考慮到拐角部位翻邊長度短，預(yù)包邊完成后存在回彈現(xiàn)象，進(jìn)入角度應(yīng)設(shè)有一定的補(bǔ)償量。在翻邊漸變部位，預(yù)彎鑲塊進(jìn)入角同樣需要漸變加工。

③復(fù)雜弧形曲面結(jié)構(gòu)的預(yù)彎刀設(shè)計，主要容易出現(xiàn)預(yù)彎后預(yù)彎刀與外板件接觸不同步，不同預(yù)彎刀施加的預(yù)彎力大小不一致，且該處料邊長短不一致，導(dǎo)致出現(xiàn)變形、棱線不順等問題。如發(fā)動機(jī)蓋與翼子板匹配尖角，如圖10所示。

圖10 發(fā)蓋弧形曲面變形

④大R弧形結(jié)構(gòu)處，預(yù)彎角度不一致或者設(shè)計不合理，導(dǎo)致出現(xiàn)棱線不順，如圖11所示。

⑤預(yù)包邊鑲塊在運(yùn)動時與外板翻邊發(fā)生干涉。鑲塊根部與翻邊頂部存在干涉，在這種情況下要修改預(yù)包邊進(jìn)入方向。當(dāng)預(yù)包邊到位后，鑲塊根部過短，不能有效預(yù)彎。

⑥發(fā)動機(jī)罩前風(fēng)擋位置的水滴式包邊，出現(xiàn)變形。發(fā)動機(jī)罩前風(fēng)擋位置之所以出現(xiàn)變形，一者是發(fā)動機(jī)蓋前風(fēng)擋呈弧形，本身存在應(yīng)力變形，二者，料邊比較長，水滴式包邊本身容易產(chǎn)生變形，如雙棱線、反彈等，該處出現(xiàn)的變形，一般很難徹底消除，如圖12所示。

圖11 預(yù)彎角度不一致出現(xiàn)棱線不順

圖12 發(fā)動機(jī)蓋板總成前風(fēng)擋變形

⑷外板定位塊設(shè)計不合理導(dǎo)致壓合總成件棱線不順，其主要的原因為：①定位塊布置位置不當(dāng)，如布置在弧形料邊短的地方等；②定位塊與預(yù)彎刀塊上的缺口間隙過大，總成壓合棱線不順；③定位塊布置在了對總成件表面質(zhì)量要求高的地方，導(dǎo)致即使有輕微棱線不順，也能被看到，難以被客戶接受。

由于外板定位缺口是開設(shè)在預(yù)彎刀塊和壓合刀塊上（壓合刀塊需避讓定位塊）的，工藝缺口處與外板不接觸，預(yù)彎是靠缺口兩側(cè)的外板內(nèi)應(yīng)力預(yù)彎，造成外板邊緣的料邊同時流向定位缺口處，形成小凸臺，預(yù)彎后棱線不順產(chǎn)生。外板通過定位板定位。定位板的布置應(yīng)避開產(chǎn)品的變形區(qū)，布置在翻邊高度高的地方，以保證產(chǎn)品質(zhì)量。

整改措施

合理布置壓合模預(yù)彎刀

設(shè)計布置預(yù)彎刀時，需要重點考慮以下幾個方面：

⑴仔細(xì)分析圖紙，弄清壓合總成件的表面質(zhì)量要求。壓合模設(shè)計人員最好可以實地考察及參照以前車型的預(yù)彎刀布置，同時做好與審核人員、模具驗收人員的溝通，充分了解哪些部位是必須重點保證壓合質(zhì)量的，圖紙的具體要求是什么，在設(shè)計時，一般設(shè)計要求要略高于技術(shù)協(xié)議的要求。

⑵先保證質(zhì)量，后考慮成本。在設(shè)計過程中，首先需要保證產(chǎn)品質(zhì)量，其次再考慮成本。該重點保證的地方，必須從設(shè)計和工藝上加強(qiáng)注意。如該布置角部預(yù)彎刀的地方，必須布置角部預(yù)彎刀。

⑶不斷總結(jié)經(jīng)驗，提升壓合模設(shè)計水平。在壓合模設(shè)計中，最關(guān)鍵的核心技術(shù)，是保證預(yù)彎刀塊在預(yù)彎時同步，刃口同時接觸外板，尤其是弧形曲面和R角棱線部位。行程線圖的繪制和預(yù)彎調(diào)速是預(yù)彎刀塊同步的前提。首先，計算好當(dāng)前驅(qū)動器狀況下壓合過程中關(guān)鍵點的時間，如滾輪啟動、預(yù)壓合開始、結(jié)束、回歸開始、干涉點等。然后，將各機(jī)構(gòu)的行程線圖合在一起，繪制成組合式行程線圖，再進(jìn)行機(jī)構(gòu)間的調(diào)速。調(diào)速的目的是保證各部位的壓合先后順序及時間，確保在沒有外部基準(zhǔn)銷的情況下，產(chǎn)品的偏移距離在0.2mm以下。

合理的下模型面大小

一般情況下，需要對壓合模下模型面進(jìn)行補(bǔ)焊，確保下模型面比外板輪廓大2～3mm，這樣，才能保證包邊質(zhì)量。這個可以在壓合模設(shè)計階段避免，圖紙會簽及驗收模具過程中，重點關(guān)注一下即可。

如發(fā)現(xiàn)實物已經(jīng)比外板輪廓小或者一樣大，則要求補(bǔ)焊下模型面，然后機(jī)加，并重新研配型面，避免與預(yù)彎刀塊干涉，消除包邊變形，如圖12所示。

圖12 補(bǔ)焊、機(jī)加、研配后的模具型面

合理設(shè)計預(yù)彎刀預(yù)彎角度和進(jìn)入角度

設(shè)計壓合模預(yù)彎刀時主要考慮以下幾點：⑴臺階和拐點處難以包邊，一方面需要對料邊長短、預(yù)彎角度等提前了解，該處設(shè)計預(yù)彎角度、進(jìn)入角度等非常關(guān)鍵，需重點關(guān)注；⑵考慮到拐角部位翻邊長度短，預(yù)包邊完成后存在回彈現(xiàn)象，進(jìn)入角度應(yīng)設(shè)有一定的補(bǔ)償量。在翻邊漸變部位，預(yù)彎鑲塊進(jìn)入角同樣需要漸變加工；⑶復(fù)雜弧形曲面結(jié)構(gòu)的預(yù)彎刀設(shè)計，保證預(yù)彎刀的角度同步于外板角度，預(yù)彎角度和進(jìn)入角度合理，角度過渡逐漸變化；⑷大R弧形結(jié)構(gòu)處，預(yù)彎角度一致或同步接觸；⑸預(yù)包邊鑲塊在運(yùn)動時避免與外板翻邊發(fā)生干涉；若存在干涉，則需要修改預(yù)包邊進(jìn)入方向；⑹水滴式包邊，一方面要求優(yōu)化外板單件的表面質(zhì)量，避免或者消除變形，或優(yōu)化到最優(yōu)狀態(tài)；另一方面是消除外板單件的應(yīng)力變形，提高沖壓件的剛性。在壓合過程中出現(xiàn)變形，則一定要通過優(yōu)化預(yù)彎角度、壓合刀塊等來優(yōu)化到最佳狀態(tài)，避免變形缺陷在整車上被看到。

弧形曲面和大R角處，預(yù)彎刀塊之間的同步預(yù)彎、刀塊之間的分型位置等非常重要。預(yù)彎刀塊同步，才能保證棱線光順，不因預(yù)彎刀塊不同步而導(dǎo)致棱線不順；刀塊制件的分型，不僅影響棱線不順，而且影響包邊面起皺、表面變形、應(yīng)力集中等。預(yù)彎刀塊同步、分型合理，才能保證包邊質(zhì)量。

合理外板定位塊設(shè)計

在設(shè)計外板定位塊時應(yīng)注意：⑴定位塊布置盡量避免布置在弧形段，可以選擇布置在相對直線段；⑵定位塊避免布置在外板料邊接刀和壓合刀塊接刀的地方；⑶定位塊與預(yù)彎刀塊上的缺口間隙合理；⑷定位塊布置在產(chǎn)品對總成件表面質(zhì)量要求不高的地方；⑸在保證定位穩(wěn)定的情況下，能減少的定位盡量減少；同時把定位塊盡量布置在料邊長的地方。

結(jié)束語

壓合模總成包邊質(zhì)量，主要取決于壓合模設(shè)計水平和后期調(diào)試人員的水平，本文重點討論前期壓合模設(shè)計水平的影響，歸納起來主要表現(xiàn)在：預(yù)彎刀的預(yù)彎角度和進(jìn)入角度，并且保證在預(yù)彎過程中預(yù)彎刀刃口與外板同步接觸，受力均勻，尤其是弧形結(jié)構(gòu)件及大R角處；下模型面輪廓要求比外板大2～3mm，保證包邊質(zhì)量穩(wěn)定；弧形曲面和大R角部要求必須布置角部預(yù)彎刀，保證預(yù)彎刀分型合理，以減少R弧形處的應(yīng)力集中，預(yù)彎過程中同步預(yù)彎和接觸外板，保證受力均勻，棱線光順；下模型面外板定位塊的布置，減少棱線不順等。尤其是角部預(yù)彎刀的布置，設(shè)計初期未布置，則后期布置角部預(yù)彎刀困難較多，不僅受成本的影響，而且受模具空間的限制等，故要求慎重考慮。