翼子板負角度翻邊缺陷的分析及優化

潘遠安，李鵬宇，張新紅，王 強

（1.長春汽車工業高等?？茖W校 機械工程學院，吉林 長春 130013；2.中國第一汽車股份有限公司 工程與生產物流部，吉林 長春 130011）

0 引 言

汽車翼子板是車身前部重要的外覆蓋件，因其結構復雜、曲面較多，成形的制件尺寸問題和表面質量缺陷層出不窮，一直是整車制造廠面臨的難題。翼子板作為汽車一區零件，是消費者目視可見區域，此區域并不需要仔細觀察便可察覺表面質量缺陷，所以翼子板的表面品質是整車外覆蓋件中最重要的面品之一。趙燁等[1]針對翼子板滑移線進行研究并成功消除滑移線問題，董佳[2]和曹彪[4]等也針對翼子板表面質量提升進行了系統的研究，提高了翼子板表面質量，但尚未對翼子板翻邊后棱邊圓角外凸及其表面凹坑的缺陷問題進行分析和研究，以下將分析該缺陷產生的原因并提出相應的解決方案。

1 現狀描述

1.1 材料介紹

鋼板材料為H140DZ，厚度為0.7 mm，力學性能參數如表1所示。模具零件的材料牌號如表2所示。

表1 H140DZ材料力學性能參數

表2 模具零件材料牌號

1.2 問題說明

翼子板在汽車車身中的位置如圖1所示，隔音板通過卡扣安裝在翼子板上，翼子板必須設有卡扣安裝孔。生產過程中，發現輪口處隔音板卡扣安裝面翻邊后棱邊圓角外凸，目視缺陷明顯，其對應的表面區域產生凹坑，油石打磨后缺陷可見，噴漆后經過光影反射出現的波紋呈擴散現象，如圖2所示。此處表面凹坑漆后可見，評審為B類缺陷，是消費者不可接受的缺陷。

圖1 缺陷位置及安裝關系

圖2 漆前漆后缺陷狀態

1.3 工藝與工序介紹

在汽車行業降本增效的趨勢下，以生產成本為主、多重因素綜合考慮，通常采用減少模具數量的策略降低制造成本，即工序少沖壓成形。此翼子板采用4工序沖壓成形，即工序①：拉深；工序②：修邊；工序③：翻邊；工序④：輪口負角度翻邊和沖孔。由于工序數量受限，輪口隔音板卡扣安裝面負角度為2次翻邊成形，第1次翻邊是工序③，角度為90°，第2次翻邊為工序④，角度為-35°。具體翻邊過程如圖3所示。

圖3 翼子板輪口隔音板卡扣安裝面沖壓工藝

2 原因分析

檢測每個工序成形的制件是否出現問題，以確定缺陷發生的工序。經過檢查，工序③完成翻邊后輪口區域棱邊圓角光順，表面無缺陷。判斷缺陷在工序④產生，測量工序④制件的翻邊高度，孔處翻邊高度為30 mm，如圖4中B處位置，相鄰區域A處翻邊高度10 mm，與制件數據相符。側翻邊時，由于翻邊高度的差異導致翻邊力發生變化，沖裁翻邊力的計算公式為：

圖4 制件安裝孔與非安裝孔翻邊高度對比

式中：F——材料在沖壓行程中的沖裁翻邊力，N；b——翻邊寬度，mm；t——制件厚度，mm；r——制件內彎曲半徑，mm；σb——材料的抗拉強度，MPa；K——安全系數，一般取值為1.3。

隔音板卡扣安裝面負角翻邊時，除翻邊高度B處是A處的3倍外，其他條件未發生改變，可知翻邊力F在B處應是A處3倍。另外，與摩擦力f的共同作用下，使待成形制件在側翻邊的同時沿著翻邊方向“走料”，圓角在力的作用斜向下移動，與原來圓角位置發生偏移，產生棱邊圓角外凸。而圓角位置發生偏移，也會帶動制件A面的板料向翻邊棱線處移動，使成形制件表面板料厚度非均勻缺失，板料呈拉伸狀。當翻邊結束后，油石打磨制件發現表面凹坑缺陷可見。成形制件的受力分析如圖5所示。

圖5 制件受力分析

3 解決方案

3.1 制定對策

為防止翻邊板料移動，控制翻邊鑲件的同時接觸缺陷區域板料及其周圍板料，實際上，此區域觸料時間一致，無先后接觸問題。其次增大壓料力控制板料移動，但此模具由壓料板上部氮氣缸提供壓料力，空間布置無法安裝壓力更大的氮氣缸，經討論，對圓角部位壓料板進行“包角”處理，如圖6所示。當制件在隔音板卡扣安裝面進行負角度翻邊時，壓料板的“包角”區域會給圓角一個反作用力F″，板料移動的拉料力F′與壓料板的反作用力F″方向相反且力的大小相同，成為作用力和反作用力的關系，如圖7所示，使板料無法向棱邊流動，翻邊后將不會產生棱邊圓角外凸和制件表面凹坑的現象。

圖6 帶包角翻邊

圖7 帶包角翻邊制件受力分析

借助AutoForm軟件對工序④負角“包角”翻邊進行分析，發現可有效減少此處棱邊圓角外凸及表面缺陷的趨勢，并通過AutoForm中的surface lows模擬油石打磨，前后對比如圖8所示。

圖8 壓料板帶包角與不帶包角模擬分析對比

3.2 對策實施

對輪口隔音板卡扣安裝面的壓料板燒焊制作包角，包角高度為6 mm，包角大小和此處翻邊圓角相同，均為R3 mm，使用耐磨型焊條TM2000B進行燒焊，氣動工具研磨，砂紙拋光，表面粗糙度Ra=3.2 μm，直至壓料板包角與制件凸圓角形狀大小一致、過渡光順。修整完成后，壓力機壓制確認且要求制件表面無壓傷。

3.3 效果驗證

經過多次對壓料板研磨、拋光，并成形5件，經專業質量檢測人員確認，制件在輪口隔音板卡扣安裝面翻邊處圓角外凸問題及對應的輪口表面凹坑問題消失，噴漆前后此處均無缺陷。尺寸檢測方面，搭接件匹配度符合裝車要求，達到產品技術要求，如圖9所示。

圖9 整改后漆前漆后狀態對比

將整改內容反饋給模具設計人員，在設計類似翼子板翻邊高度有變化的負角翻邊模時，適當在輪口區域增加包角，可有效改善棱邊圓角外凸及其表面質量問題。壓料板R角必須與制件輪口棱邊R一致，使成形制件受到模具壓料板R角的壓力。

4 結束語

缺陷是翼子板工序少成形的難點問題，在翼子板沖模生產調試階段需要投入大量的人力及時間長才能解決這類問題，通過壓料板增加包角并適當增大壓力，可以解決棱邊圓角外凸及其表面缺陷，并推廣應用到其他車型翼子板模具設計與制造，提高了整車表面質量，為同行業調試人員提供參考。