汽車翼子板大燈拐角處面品問題研究

耿明亮，劉 帥，陳春瑜，楊少臣，龔玉祿

（長城汽車股份有限公司 河北省汽車工程技術(shù)研究中心，河北 保定 071000）

0 引 言

汽車已成為出行必不可少的交通工具，同時(shí)汽車外覆蓋件表面質(zhì)量將影響整車的視覺效果，因此各汽車主機(jī)廠對(duì)外覆蓋件的表面質(zhì)量要求越來越高，表面不允許有波紋、擦傷、壓痕、凹坑等面品缺陷，棱線應(yīng)清晰、平直，曲線要圓滑并過渡均勻等。現(xiàn)對(duì)汽車翼子板大燈拐角處凹坑產(chǎn)生機(jī)理及解決方法進(jìn)行探討，為提升翼子板表面質(zhì)量提供參考。

1 翼子板成形工藝

翼子板成形過程一般經(jīng)過拉深、修邊、翻邊與側(cè)翻邊、側(cè)整形與側(cè)沖孔4道工序，如圖1所示，其中翼子板大燈輪廓翻邊特征處成形均涉及以上4道工序，而燈口拐角在拉深工序成形，在翻邊工序完成成形，說明燈口拐角處面品問題發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)可能性較大的工序?yàn)槔詈头叄鐖D2所示。

圖1 翼子板成形工序

圖2 翼子板燈口拐角處成形工序

經(jīng)過多車型驗(yàn)證，翼子板燈口拐角位置經(jīng)常發(fā)生面品凹坑問題，導(dǎo)致光影變形（見圖3），影響顧客的感知，為提升整車精致感，針對(duì)凹坑問題進(jìn)行研究。

圖3 面品凹坑及光影變形

2 燈口拐角面品分析及方案優(yōu)化

2.1 沖壓方向設(shè)定

（1）設(shè)定拉深工序沖壓方向時(shí)，需根據(jù)棱線兩側(cè)面與水平方向夾角決定，兩側(cè)夾角越接近，成形時(shí)兩側(cè)受力越均等，有利于避免滑移線的產(chǎn)生，如圖4所示，特殊部位沖壓方向可適當(dāng)調(diào)整，如汽車前擋處。

圖4 拉深工序沖壓方向設(shè)定

（2）設(shè)定翻邊工序沖壓方向時(shí)，需考慮翻邊和側(cè)翻邊的角度，一般相對(duì)于修邊工序旋轉(zhuǎn)10°，翻邊工序沖壓方向調(diào)整為車身方向，如圖5所示。

圖5 翻邊工序沖壓方向

2.2 燈口拐角處工藝補(bǔ)充造型

（1）拉深數(shù)模。燈口拐角處容易出現(xiàn)面品凹坑問題，所以在保證燈口拐角處棱線不出現(xiàn)滑移線的情況下，燈角處的余料與成形零件保持相平，隨形增加1 mm小臺(tái)階，如圖6所示。

圖6 拉深補(bǔ)充面

（2）翻邊數(shù)模。翻邊方向?yàn)榇怪狈叄苊鈳Ы嵌确厡?dǎo)致輪廓圓角及A面變形。圖7所示的變形原理說明：垂直翻邊時(shí)，上模圓角接觸翻邊面根部，翻邊面以凸模圓角為圓點(diǎn)進(jìn)行角度變化；非垂直翻邊時(shí)，上模圓角接觸翻邊面遠(yuǎn)端，且無固定旋轉(zhuǎn)點(diǎn)，翻邊面無規(guī)律變形導(dǎo)致圓角鼓起變形。

圖7 變形原理

大燈輪廓分工序翻邊，翻邊過渡區(qū)避開拐角部位；翻邊過渡區(qū)距離＞10倍翻邊高度，且距離拐角20 mm以上，避免第二次翻邊導(dǎo)致圓角變形，如圖8所示。

圖8 翻邊設(shè)計(jì)

2.3 工藝模擬分析

工藝設(shè)計(jì)階段借助AutoForm模擬軟件進(jìn)行面品分析，采用多種方法檢查面品問題并開展多方案驗(yàn)證，最終模擬分析無法消除面品凹坑。

（1）采用3種檢查方法可以確定面品區(qū)域凹坑嚴(yán)重程度，如表1所示。

表1 面品區(qū)域凹坑嚴(yán)重程度

（2）拉深工序面品原理分析。材料變形分析：燈口隨形小臺(tái)階，材料懸空；成形過程中A面材料翹曲變形，拉深到底后材料無法壓平，產(chǎn)生面品凹坑，如圖9所示。

圖9 拉深成形過程

經(jīng)多方面材料成形裕度、應(yīng)力、應(yīng)變等模擬參數(shù)檢查，使用2組數(shù)據(jù)檢查材料的成形裕度,理論分析發(fā)現(xiàn)相鄰部位的成形裕度發(fā)生突變會(huì)導(dǎo)致面品凹坑問題的產(chǎn)生，但經(jīng)研究分析發(fā)現(xiàn)，相鄰部位差距較小，且規(guī)律一致，如表2所示，由此不能得出產(chǎn)生面品問題的結(jié)論。

表2 成形裕度分析

對(duì)燈口周邊材料網(wǎng)格變形進(jìn)行分析，應(yīng)變值變化均勻，但應(yīng)力值發(fā)生突變，且區(qū)域與油石等檢查結(jié)果一致，如圖10所示。

圖10 網(wǎng)格變形分析

經(jīng)過上述方法檢查，最終判定拉深件會(huì)出現(xiàn)面品凹坑。

（3）翻邊工序面品的原理分析如圖11所示。金屬材料在翻邊成形時(shí)，外表面受拉應(yīng)力，靠近圓角部位的晶格在拉應(yīng)力下壓縮變形，越靠近圓角，壓縮越大，凹陷越明顯，如圖11（c）所示，另外立面回彈導(dǎo)致圓角翹曲，累加材料塌陷，產(chǎn)生凹坑或翹曲缺陷，如圖11（d）所示。

圖11 翻邊工序面品原理分析

翻邊工序論證了面品問題產(chǎn)生的原因是隨形臺(tái)階面成形導(dǎo)致材料的不均勻變形，最終導(dǎo)致A面產(chǎn)生質(zhì)量缺陷，解決方法是消除臺(tái)階，但會(huì)導(dǎo)致燈口處翻邊后回彈加大、棱線不順，如圖12所示。

圖12 隨形臺(tái)階面對(duì)成形結(jié)果的影響

經(jīng)綜合評(píng)審后，模具加工按照原方案進(jìn)行，即保留部分圓角與隨形小臺(tái)階方案，待實(shí)物驗(yàn)證后采用圖13所示的對(duì)策調(diào)試。

圖13 現(xiàn)場(chǎng)對(duì)策

2.4 實(shí)物驗(yàn)證及改進(jìn)

模具調(diào)試成形零件后，一般采用2種方法檢查，如圖14所示。方法1油石檢查：使用規(guī)格為150 mm×13 mm、600#油石順著成形零件曲率檢查，問題部位會(huì)出現(xiàn)凹坑或翹曲。方法2光影檢查：油石檢查出凹坑時(shí)，如果特別輕微，沖壓件刷油后在燈柵下檢查光影，此時(shí)無較大問題，沖壓件進(jìn)行電泳、噴漆后在燈柵下檢查，如果滿足要求，則單件油石凹坑不再整改。

圖14 實(shí)物面品檢查方法

經(jīng)過理論模擬分析與實(shí)物對(duì)比，面品缺陷位置基本一致，實(shí)物問題較模擬分析面積更大、更嚴(yán)重，如圖15所示。

圖15 實(shí)物驗(yàn)證結(jié)果

上述案例中，面品質(zhì)量問題主要出現(xiàn)在拉深工序，為了進(jìn)一步確認(rèn)凹坑是否因隨形小臺(tái)階導(dǎo)致，模具調(diào)試時(shí)分次成形，直至出現(xiàn)面品凹坑臨界點(diǎn)；經(jīng)反復(fù)確認(rèn)，最終確定面品凹坑由隨形小臺(tái)階導(dǎo)致，與前期原理分析一致，如圖16所示。

圖16 凹坑產(chǎn)生過程確認(rèn)

確定凹坑問題產(chǎn)生機(jī)理，按照既定的對(duì)策方案實(shí)施，面品質(zhì)量問題改善明顯，模具零件型面強(qiáng)壓研合后出現(xiàn)的光影可接受，如圖17所示。

圖17 前后結(jié)果對(duì)比

3 結(jié)束語

以翼子板燈口拐角面品問題為例，闡述了面品問題發(fā)生機(jī)理、發(fā)生工序及3種檢查方法，目的是在設(shè)計(jì)階段識(shí)別面品問題，減少制造過程中的反復(fù)整改；經(jīng)過設(shè)計(jì)驗(yàn)證和實(shí)物對(duì)比分析，找出問題發(fā)生的原因，提出有效的解決方案，最大限度地減小面品問題，消除光影變形。