B180H1天窗頂蓋修邊碎屑的解決措施

王志軍，張傳海，施靜華，宋琦

B180H1天窗頂蓋修邊碎屑的解決措施

王志軍，張傳海，施靜華，宋琦

（寧波吉潤汽車部件有限公司，浙江 寧波 315336）

采用五工序成形工藝生產天窗頂蓋，中間及尾部角和曲線造型修邊工藝設計在OP20和OP40工序，研究此兩序下天窗頂蓋的修邊刃口，改善零件的切邊碎屑。利用B180H1材質設計一種天窗沖壓修邊工藝及模具，建立天窗頂蓋成形工藝，在生產過程中，通過調整刃口間隙、垂直度、符型、刃入量等改善修邊碎屑。在設計的OP20和OP40工序工藝中，修邊刃口符型，兩側激光焊直邊采用鑲塊而非整體結構，刃入量和刃口間隙分別為6 mm和0.035 mm，采用二級廢料刀結構有效改善了修邊碎屑。天窗頂蓋修邊工藝排布在OP20和OP40工藝合理，修邊碎屑和上下模修邊刃口間隙、刃入量、廢料刀相關，研配模具可以有效改善碎屑壓傷，提升產品質量和實際生產效率。

B180H1；天窗頂蓋；模具；修邊碎屑；生產效率

近年來沖壓裝備自動化不斷完善，沖壓生產效率隨之提升，高沖次生產下汽車外覆蓋件切邊過程會產生大量的碎屑，碎屑粘連在模具切邊鑲塊或進入模具型面，反復沖壓成形會對模具型面造成損傷，從而影響沖壓件外觀質量。修邊碎屑問題是所有模具企業面臨的疑難問題，國外一些先進模具企業的覆蓋件修邊碎屑一次通過率在90%左右，而國內大部分企業一次通過率僅約60%~70%[1]。生產時零件碎屑壓傷超過3處，檢驗人員將設備緊急停止，停機進入生產線將模具擦拭干凈，停機導致生產不能連貫進行，影響生產效率，提高制造成本，降低了企業的競爭力，同時對設備也有一定損耗[2]。30%以上的車身鈑金件沖壓缺陷是由修邊模造成的，修邊碎屑則是缺陷中最常見的問題[1]。沖壓零件常常因為表面壓傷位置不固定，全檢后會有小批量零件進行線下返修。

為了減少修邊碎屑對零件表面的壓傷以及模具長期使用造成壓料面形成的凹坑，文中對星越新車型沖壓模具修邊鑲塊刃口及壓料板和凸模間隙調整、批量生產過程中如何高效減少碎屑問題等進行總結分析。

1 汽車覆蓋件碎屑問題分析

實際生產過程中，碎屑對低屈服和低抗拉的外覆蓋件零件造成壓傷，對模具型面造成凹坑，零件需要返修，模具型面需要修整。結合實際沖壓環境，得出發生碎屑問題的幾種情況[2]。

1.1 鑲塊切邊刃口間隙不良

間隙不良通常有以下幾種影響因素：①在模具制造過程中刃口數控加工輪廓不良，實際加工間隙偏置計算不當，加工精度和清角精度未達到設計要求，這種情況下一般會形成絲狀碎屑；②刀口間隙平行度不良，如模具維修工研配刃口不良、刃口局部補焊過渡區研配不良；③加工上下模刃口因為刀具磨損和鑲塊不同，機床和人員加工拼縫過程中易存在差別，一般會造成粒狀和粉狀碎屑。

1.2 沖壓方向刃入量和垂直度不合理

汽車外覆蓋件板材厚度選用=1.2 mm以下，刃入量為6.0~8.0 mm。由于刀口和凸模刃口一般采用HMD5或ICD5等淬火后鑄鋼、空冷鋼。零件修邊輪廓線較長且為曲線造型，曲型不同的部位因為垂直度差會造成刀口磨損，刃入量不足，如果刀口垂直度不良，隨著切邊刃入刃口會與凸模二次剪切，毛刺二次剪切粘在上模刃口及凸模，一般造成粒狀或絲狀碎屑。

1.3 廢料刀重復剪切形成

OP20和OP40修邊時，當上模刃口修邊后的料片接觸下模落料刀區域準備剪切時，切下的料邊與下模刃口接觸區域會產生反復剪切現象，如落料刀與凸模刃口貼合存在間隙時，料片與刃口間隙超過0.035 mm，大于5%的剪切間隙，料片重復剪切容易形成碎屑。粒狀的碎屑在廢料刀與凸模交接三角區域刃口磁化，碎屑吸附在刃口堆積，切邊間隙變小[2—4]。天窗頂蓋實際生產碎屑現狀見圖1。

圖1 刃口和模具上粘碎屑現狀

2 沖壓模型建立

2.1 材料模型

材料選用首鋼B180H1烘烤硬化高強度冷連軋鋼，料厚為0.65 mm，屈服強度為180~280 MPa，抗拉強度≥340 MPa，斷后伸長率≥35%，拉伸應變硬化指數≥1.6，面品等級為FD，零板料尺寸為1930.0 mm×1360.0 mm。化學成分如表1，產品形狀如圖2所示。

表1 B180H1材料化學成分（質量分數）

Tab.1 Chemical composition of B180H1 (mass fraction) %

2.2 產品成形工藝設計

天窗頂蓋產品設計分為3部分：左右焊接側圍安裝行李架；尾部與后蓋搭接流水槽及后背門鉸鏈安裝孔；中間翻邊后安裝全景天窗。側圍兩側設計8個行李架安裝孔，后部焊接排水槽部位整形角度局部為負角度，中間大全景天窗向下翻邊，設計14塊鑲塊并進行包邊。模具五序化生產，此件產品設計如圖2。

圖2 天窗頂蓋產品

根據產品造型設計，對沖壓修邊工藝及模具設計進行優化。設計的全景天窗頂蓋外板工藝布置如圖3所示。工藝設計為拉延-側整形-沖孔-修邊；尾部流水槽側整方向局部存在負角，工藝規劃為側整形-修邊-沖孔-向上翻邊；全景天窗中間廢料面積過大，廢料從模具中部落下不易排出，中間切邊設計為2次修邊，中部全景天窗四處均設計為下翻邊結構，工藝設計為下翻邊、側翻邊，即天窗處工藝設計為修邊-修邊翻邊-側翻邊[5—6]。綜上，此全景天窗頂蓋外板工藝設計為OP10拉延（DR）-OP20修邊沖孔整形（TR+PI+RST）-OP30側整形（C-RST）-OP40修邊側修邊沖孔側沖孔（TR+C-TR+PI+C-PI）-OP50側翻邊整形沖孔（D-FL+PI）[5–6]，具體如圖3所示。

產品特點：①尾部設計為遛背結構，整形量較大，工藝設計OP20和OP30兩次整形；②OP10拉延減薄影響產品剛性設計部分方形凹槽；③ OP20修邊模具設計加工要點不僅要考慮周圈廢料及天窗四角廢料下滑是否順暢，還要考慮切邊刀結構設計是否合理，OP20修邊刀是否與下模符型，符型不好會產生碎屑，進而影響產品面品，廢料滑落卡滯會影響生產節拍；④外側兩處切邊廢料較大，工藝設計6塊二次剪切結構，OP40修邊剪切中間工藝補充部分。從工藝設計得出，沖孔和切邊為沖壓分離工序，切邊兩序分離材料，OP20和OP40切邊碎屑控制最為關鍵。

圖3 天窗頂蓋工藝布置

3 沖壓模型建立

3.1 減少碎屑產生的方法

由于汽車天窗與側圍激光焊側修邊線較長及修邊弧度較為復雜的特點，切邊完全杜絕碎屑掉落問題較為困難，根據模具實際使用經驗和修邊原理，該難題可以盡量控制在生產可接受的范圍，工藝模具設計及現場模具檢修、保養解決碎屑主要圍繞的方式有3種：控制碎屑產生；保證碎屑不進入模具型面；碎屑發生但是不造成零件表面壓碎屑[7—8]。

3.2 實際應用情況

寧波杭州灣工廠在模具設計前期試制和項目階段小批量生產以及量產上市大批量生產過程中，面品壓傷造成的停機率高達41.9%。產生廢料的分離工序會產生碎屑進而造成壓傷，分離工序OP20切邊刀9 塊，分離工序OP40切邊刀26塊，分離工序OP40上下模廢料刀28塊，OP50切邊刀2塊。檢驗工序件時發現，OP30工序件頻繁產生碎屑，原因為OP20生產過程中廢料不下落，刀口補焊加高導致切除廢料時，局部切邊時序變化；OP20的4塊拉延筋部位的刀塊沒有做隨型，且前期為了控制材料流入量，對OP10下模拉延槽R角進行補焊，但仍發現OP20刃口不覆型，為了解決上述問題，在過渡切邊時序過程中，降低了上模刀塊補焊區域的高度，并對拉延區域進行過渡加高隨型處理，結果發現，碎屑造成的面品壓傷和處理碎屑造成的停機率下降。

OP20研配覆型后碎屑減少，大批量生產過程中產品碎屑壓傷還未控制在5%指標內。檢查OP20和OP40刃口，局部擦黑，藍油著色后發現垂直度不良，其根本原因為OP20間隙不良、OP40修邊不覆型、刀口局部存在鈍口，大批量生產刀口鈍口壓料板間隙和切邊間隙發生變化，需要對刀口補焊重新進行研配。對OP40刀塊部位確認及刃入量及垂直度進行檢查，發現刃入量為6 mm，光亮帶寬度不均勻，OP40上模刃口垂直度低，刀口側壁也不平行，補焊刀口側壁處寬為6 mm，厚度為0.3 mm，在研配壓機上對接上下刀口，800目砂紙拋光刀口，減小粗糙度。同時將OP40廢料刀與凸模修邊刀空開，在下模廢料刀的端頭空開1~2 mm，刃入量由5 mm調整到3 mm，間隙放大0.02~0.03 mm，并找正垂直度，800目油石拋光刀口，減小粗糙度。

天窗頂蓋尾部和中間天窗部位切邊刀及廢料刀研合率要求較高。由于OP30側整形材料流動，下模設計拉延槽，下模和壓料板及切邊鑲塊凸凹造型復雜，刀塊研合采用一般的研鐵研合不到，設計了圖4兩種研鐵，對表面粗糙度進行技術規范，其中包括粗糙度和硬度要求，避免直角尺狀重量不夠、鑲塊刃口形狀復雜而規則形狀研不到的情況。

天窗頂蓋生產過程中碎屑頻繁，涉及到的切邊刀及廢料刀較多，生產過程中排查產生原因和進行準確涂油、擦模、線上修復也較困難。寧波杭州灣工廠經過4個多月將不良率由41.9%降至2.7%（數據來源于生產暗燈系統）。

表2 常見碎屑解決方案

Tab.2 Solutions for common iron filings

表3 沖壓不同料厚凸凹模刃口間隙值

Tab.3 Cutting edge clearance for stamping punch-die with different material thicknesses

圖4 天窗頂蓋研配用研鐵

圖5 天窗頂蓋切邊刀優化碎屑

4 結論

碎屑產生原因為上下模切邊間隙不均勻，天窗頂蓋在生產過程中碎屑頻繁產生，機械手抓取OP20工序件帶入OP30工序型面，生產線OP30頻繁擦模，OP40工序件產生碎屑帶入OP50型面，按照表1進行全序切邊碎屑整改，不良率降低至2.7%。

1）中間天窗部位碎屑產生原因為上下模切邊時拉延槽位置不符型，導致板料分離間隙和刃入量差異。機械加工過程精度差，鉗工重新補焊進行研配，OP40廢料刀刃入量不足，補焊后廢料刀加高2 mm。

2）兩側與側圍激光焊接部位碎屑產生原因為側壁平行度差，局部擦黑嚴重，切邊鑲塊裝配過程產生臺階差，板料二次剪切產生碎屑。重新焊接側壁，研合刀口間隙和刃入量，刃入量保證6 mm。

3）OP40下模料片下落開始時，高于刀具位置板料先被刺穿，使板料破口處邊緣翹起，高于上模切邊鑲塊刃口刃入邊線，當上模切邊鑲塊隨壓機工作高度接觸下模切邊刀刃口時，板料刺穿，斷面被二次剪切，下模廢料刀的端頭空開1~2 mm。

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Solution for Trimming Iron Filings of B180H1 Sunroof

WANG Zhi-jun, ZHANG Chuan-hai, SHI Jing-hua, SONG Qi

(Ningbo Jirun Auto Parts Co., Ltd., Ningbo 315336, China)

The work aims to produce sunroof by the five-step forming process, design the middle and tail R angle and curve shape of the trimming process in OP20 and OP40 processes, research on the trimming edge of sunroof, and improve the trimming iron filings of sunroof. B180H1 was used to design a sunroof stamping and trimming process and mould. The forming process of sunroof was designed.In the production process, cutting edge clearance, verticality, rune type, cutting edge, etc. were adjusted to improve trimming iron filings. In design OP20 and OP40 process technology, the blade rune was trimmed, and non-integral structure inserts were adopted on straight flange of laser welding on both sides. The cutting amount and cutting edge clearance were 6 mm and 0.035 mm respectively. The secondary waste knife structure effectively improved the trimming iron filings. It is reasonable to arrange the trimming process of sunroof in OP20 and OP40. Trimming iron filings are related to the upper and lower mould trimming edge clearance, cutting amount and scrap knife. Adjusting the mould can improve iron filings crushing effectively, and improve product quality and actual productivity.

B180H1; sunroof; mould; trimming iron filings; productivity

10.3969/j.issn.1674-6457.2021.02.021

TG316

A

1674-6457(2021)02-0125-05

2020-04-07

王志軍（1990—），男，碩士，工程師，主要研究方向為鍛壓設備理論與控制。