陳文鋒,曾昭亮,楊玉貴
(四川成飛集成科技股份有限公司,四川成都 610091)
汽車包邊是將汽車上兩個或多個制件連接到一起的工藝,其中,包邊模由于生產(chǎn)過程中采用一次動作完成對制件的定位、壓料、預(yù)包邊和包邊,其上下模還可對制件進(jìn)行幾何形狀的校正,這種工藝設(shè)備的生產(chǎn)效率,制件品質(zhì),穩(wěn)定性,與其他包邊工藝設(shè)備相比具有明顯的優(yōu)勢,在國內(nèi)汽車廠家中運用的較廣泛。由于這種工藝方法引進(jìn)于日本,在每個車型中,所需的量又不是很大,所以國內(nèi)對這種模具的生產(chǎn)調(diào)試經(jīng)驗比較少。通過總結(jié)最近這幾年對相關(guān)項目的包邊模的調(diào)試經(jīng)驗總結(jié),以最具代表性的汽車發(fā)動機蓋為實例,介紹這個制件的常見質(zhì)量缺陷,具體分析產(chǎn)生的原因,及模具的調(diào)試解決方案,為將來的其它包邊模提供合理高效的調(diào)試方案。
汽車發(fā)動機蓋包邊模,是將發(fā)動機蓋內(nèi)板與外板連接到一起的工藝設(shè)備,它是通過機床提供動力,做上下往復(fù)運動,在向下運動過程中,通過定位銷,壓料板,預(yù)彎機構(gòu),主彎鑲塊實現(xiàn)對制件的定位,壓料,預(yù)彎,主彎動作。其中制件的表面質(zhì)量和外形尺寸偏差,大部分出在預(yù)彎和主彎階段。以下通過實例,具體介紹包邊模的常見缺陷的排除方法。
2020 年5 月,在調(diào)試長安福特某項目的發(fā)動機蓋時,發(fā)動機蓋包邊后,前擋風(fēng)玻璃處的兩處尖角出現(xiàn)凹陷(見圖1),與翼子板搭接處的兩處圓弧R出現(xiàn)了輪廓不順暢現(xiàn)象(見圖2)。間隙在2.3~3.0mm,間隙差達(dá)到了0.7mm。在試生產(chǎn)階段,輪廓不順暢位置和大小還不穩(wěn)定。出現(xiàn)大批量的返修,嚴(yán)重影響生產(chǎn)效率。
圖1 表面凹陷圖
圖2 輪廓尺寸圖
如圖1所示,通過對制件尖角處進(jìn)行分析,可以看出制件尖角處,有一段圓弧,在外板預(yù)彎和主彎過程中,由于圓弧處往內(nèi)包邊,該段圓弧包邊后會缺料,受缺料拉應(yīng)力的影響,隨著主彎力的消失而釋放,所以在調(diào)試時,應(yīng)該先從減小內(nèi)應(yīng)力上入手。
(1)從減小單件的內(nèi)應(yīng)力入手,用圓弧公式:
式中N——圓弧對應(yīng)的圓心角度
π——圓周率
R——圓弧半徑
可計算處該段圓弧缺料情況。該段圓弧R為300mm,圓弧對應(yīng)角度為30°,翻邊高度為10mm,通過公式可以算出:
包邊后的翻邊線長度為:
通過計算可以看出,兩段圓弧缺料為:
在公式中可以看出,翻邊高度越短,對圓弧的影響越小。在查閱了長安福特的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)后,將翻邊高度降到了5mm 通過公式可以算出,改進(jìn)后,圓弧L2=30×3.14×(300+5)÷180=159.62mm。
缺料長度L2-L1=2.62
通過對外板翻邊高度的降低,可以看出圓弧缺料優(yōu)化了很多。
(2)對包邊模的改進(jìn)。在包邊過程中,模具盡量做到對材料的全約束,任何一個地方的應(yīng)力釋放或者應(yīng)力突變,都會反映在制件的表面上。所以要全面檢查模具的每一個細(xì)節(jié)。
a.應(yīng)先檢查制件與下模型面的貼合程度,因為外板單件在成型過程中,材料受擠壓力,剪切力,彎曲力,材料表面硬化等影響,由于殘余應(yīng)力的釋放,會有彈性變形。所以要檢查制件與下模型面是否一致。如果外板與下模不一致的話,制件在壓料階段,將力作用在外板上,外板與下模型面不符,在壓料的時候就將制件表面壓變形。具體的檢查方法是先將單件外板涂上紅丹,放入下模,用手按壓制件,通過著色檢查是否型面一致。通過著色檢查后,發(fā)現(xiàn)外板制件與下模有0.2mm 的間隙。所以要將制件與下模進(jìn)行研磨協(xié)調(diào)。經(jīng)過協(xié)調(diào)好的下模,制件與下模形成至少20mm寬的一致形狀,這個寬度,正好是壓料板和主彎鑲塊對下模施加力的最小寬度。
b.在包邊模預(yù)彎過程中,要盡量控制預(yù)彎變形的區(qū)域,因為預(yù)彎變形區(qū)域越小,制件面品質(zhì)量越高。在預(yù)彎過程中,預(yù)彎鑲塊是向制件翻邊輪廓法向做運動,如圖3所示。
力F1是往法向方向的,制件預(yù)彎后角度越小,制件的形變區(qū)域就越大,所以要盡量的增大預(yù)彎角度。通過改變預(yù)彎角度,反復(fù)試驗,發(fā)現(xiàn)預(yù)彎角度只要小于或等于75°,都可以順利的主彎,而且預(yù)彎角度對輪廓的縮進(jìn)影響最小。所以,將制件預(yù)彎角做成75°,以減小預(yù)彎變形區(qū)域。由于向內(nèi)變形區(qū)域越小越好,通過圖3 可以看出,壓料板離制件邊緣是最近的,還可通過壓料板對制件垂直方向增加壓料力,讓外板與下模緊密貼合,以達(dá)到減小預(yù)彎變形區(qū)域的目的。施壓壓力以不破壞制件表面面品為原則,通過減小單件的內(nèi)應(yīng)力和對預(yù)彎變形區(qū)域的控制,改進(jìn)后的包邊制件,包邊面品得到了很大的提高,如圖4所示。
圖3 預(yù)彎鑲塊運動軌跡圖
圖4 表面質(zhì)量圖
通過圖5(試模產(chǎn)品)可以看出該段圓弧的間隙在2.3~3.0mm,圓弧的間隙差達(dá)到了0.7mm,誤差非常的大。該段圓弧在法向上還呈反弧形。圓弧包邊后材料會多出一部分,通過圖6還可看出,在包邊過程中,每段圓弧所受力方向還不同。
圖5 輪廓間隙圖
圖6 局部包邊起皺圖
制件的形狀,決定了在主彎過程中,由于包邊多余材料易產(chǎn)生起皺,想要均勻的在圓弧分散多余材料的應(yīng)力非常的困難,如圖7所示。
圖7 產(chǎn)品造型圖
首先是對模具結(jié)構(gòu)的分析,模具該處由于受空間的限制,只能安裝一組預(yù)彎機構(gòu),如圖8所示。整段圓弧在預(yù)彎過程中,只能向一個方向運動。由于制件圓弧處的特殊形狀,每段圓弧上的初始角度都不同,而模具采用這種結(jié)構(gòu)后,只能完成一種預(yù)彎角度,在工作過程中,造成角度大的位置先接觸,角度小的位置后接觸,圓弧中間的材料會向兩側(cè)擠壓,擠壓應(yīng)力出現(xiàn)不均勻,材料會提前在圓弧某段出現(xiàn)起皺,在接下來主彎過程中,直邊材料還會向薄弱點擠料,造成起皺點材料越來越多。包邊后的制件,會往外卷料,造成輪廓不順暢。
圖8 預(yù)彎斜鍥圖
問題找到后,首先還是先從制件的根本原因入手,解決制件多料問題。制件外板圓弧翻邊高度為8mm,圓弧半徑為R90mm,弧長對應(yīng)角度為45°,多余材料可以用圓弧公式L=Nπr/180計算。
包邊后弧長L2=45×3.14×(90-8)÷180=64.37mm
多余材料L1-L2=6.28mm
通過計算可以看出,該段圓弧包邊后,材料多出了6.28mm,經(jīng)過對長安福特的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)核定,確定包邊高度最低可以為5mm,由弧長公式可以算出:
改進(jìn)后,多余材料L1-L2=3.93mm
通過對單件的改進(jìn),可以大大減少多余的材料,對接下來包邊模調(diào)試非常的有利。
前面在模具分析中看出,模具在工作過程中,主要還是預(yù)彎出現(xiàn)了材料不均勻堆積現(xiàn)象,才造成了主彎后的制件輪廓不順暢。所以,在模具調(diào)試中要對預(yù)彎鑲塊進(jìn)行改進(jìn)。
在改進(jìn)中,發(fā)現(xiàn)制件輪廓不順的位置不穩(wěn)定,給模具的調(diào)試又增加了很大難度。通過對預(yù)彎鑲塊的分析,發(fā)現(xiàn)是模具在預(yù)彎時,預(yù)彎鑲塊與外板單件圓弧不一致,在預(yù)彎過程中不能對材料進(jìn)行全程的約束,照成預(yù)彎后起皺的點不穩(wěn)定,最后包完邊的制件圓弧質(zhì)量不穩(wěn)定。要做到預(yù)彎穩(wěn)定,必須對材料在預(yù)彎過程中進(jìn)行全程約束。
為了更準(zhǔn)確的判斷問題,需要做以下的準(zhǔn)備工作:
第一步:為方便直觀看制件包邊后輪廓走料情況,減少對質(zhì)量缺陷的誤判,需要將制件圓弧輪廓處用刻線刀進(jìn)行刻線,如圖9所示。
圖9 產(chǎn)品圓角圖
第二步:為方便觀察預(yù)彎過程中的走料情況,需要將制件圓弧處涂上紅丹著色。
第三步:為找到預(yù)彎鑲塊圓弧與下模制件圓弧的準(zhǔn)確位置,可將準(zhǔn)備好的制件放入下模,用記號筆畫出制件圓弧與模具對應(yīng)的圓弧線。做好以上工作后,將外板件取出,將預(yù)彎機構(gòu)彈簧卸下,模擬預(yù)彎鑲塊工作到下行程點狀態(tài),對預(yù)彎鑲塊圓弧與制件圓弧進(jìn)行匹配研磨,做到預(yù)彎鑲塊圓弧與制件圓弧一致,預(yù)彎鑲塊工作到底狀態(tài)在制件圓弧的根部,這樣研配好的預(yù)彎鑲塊,在預(yù)彎過程中才能對材料進(jìn)行全程約束。
經(jīng)過以上的改進(jìn)以后,放入準(zhǔn)備好的外板和內(nèi)板,進(jìn)行預(yù)彎。通過預(yù)彎后的制件,發(fā)現(xiàn)由于受預(yù)彎機構(gòu)只能往一個方向運動的限制,圓弧中間的材料還是向兩側(cè)擠壓堆積,出現(xiàn)起皺,如圖10所示。
圖10 圓角預(yù)彎后圖
最后,將制件進(jìn)行分段的主彎,在分段主彎的最后階段,由于制件圓弧處的特殊形狀,包邊過程中,不是標(biāo)準(zhǔn)的扇形包邊,而是一個反成形包邊,主彎過程中,每段材料受力不均勻,直邊材料翻邊高度比圓弧處的高,提前與主彎鑲塊接觸受力,將材料往圓弧上推擠,當(dāng)出現(xiàn)起皺后,所有的多余材料都往薄弱點堆積,包完邊的制件,材料多的位置,輪廓往外卷,材料少的位置往里卷,造成總成輪廓間隙大小不均,圓弧不順暢。在現(xiàn)場通過試驗發(fā)現(xiàn),只要用手工敲擊預(yù)彎,預(yù)彎后的制件呈波浪形(見圖11),主彎后的圓弧輪廓就很圓順。因此,在此基礎(chǔ)上提出了材料引導(dǎo)的概念,就是在圓弧預(yù)彎過程中,將多余的材料分多點,引導(dǎo)到需要的地方,讓主彎后的制件材料均勻的擴散在圓弧上,達(dá)到圓弧輪廓圓順的目的。
圖11 圓角手工預(yù)彎圖
具體的調(diào)試方法:先在制件輪廓上用刻刀劃線,將制件放入模具內(nèi),再將預(yù)彎鑲塊圓弧處,按3 處等分,分別焊3個寬5mm,高3mm的凸點,焊好后打磨圓順,一切準(zhǔn)備工作做好后,做一個全動作件,通過看所刻的線在輪廓邊緣位置的變化,就可看出材料的卷邊走料情況。在這種狀態(tài)下,預(yù)彎后的制件會出現(xiàn)3處凹陷點,在主彎過程中多余的材料會向預(yù)先做好的凹陷點流動,凹陷點的材料會往外卷料。這時,再對這3個點內(nèi)的圓弧進(jìn)行優(yōu)化,在每一段內(nèi)增加一個點,對多余材料進(jìn)行再引導(dǎo),讓材料均勻分散在整段圓弧上,達(dá)到圓弧輪廓圓順的目的。通過改進(jìn)后,包邊的制件間隙控制在了2.7~3.0mm(見圖12),圓弧輪廓順暢(見圖13),效果非常好。
圖12 整改后輪廓間隙圖
圖13 整改后表面質(zhì)量圖
經(jīng)過以上改進(jìn)后的模具,連續(xù)生產(chǎn)了6萬多件,模具非常穩(wěn)定,產(chǎn)品質(zhì)量得到了客戶的一致好評。以上的調(diào)試方法,還可以應(yīng)用到其他的包邊模調(diào)試中,如汽車前、后門、行李箱、背門等,經(jīng)過多年的驗證,具有很好的效果。
汽車包邊模調(diào)試是一種很復(fù)雜的工作,需要綜合運用相關(guān)單件的沖壓工藝知識,單件的質(zhì)量控制,焊裝焊接工藝,車身質(zhì)量管控等相關(guān)知識,只有努力學(xué)習(xí)探索,不斷的總結(jié)經(jīng)驗,才能更好的制造調(diào)試出高品質(zhì)的模具和產(chǎn)品。