揭秘长城汽车是如何控制翼子板表面质量缺陷

汽车覆盖件的表面质量是静态精细感中的重要组成部分，其缺陷主要由生产过程造成的非固定点与冲模造成的固定点形成的，非固定点为生产过程中的磕碰、划伤、人为损坏等原因造成的表面质量缺陷，固定点为模具冲压造成的表面质量缺陷，而模具造成固定点表面质量缺陷一直是各汽车厂面临的难题。其中翼子板在汽车上的装配位置，在成人的腰部上下，顾客对此区域并不需要仔细观察便可察觉细微的表面质量缺陷，此关键位置的缺陷问题必须消除。

翼子板表面质量缺陷描述


图1 翼子板缺陷位置

图1所示表面质量缺陷出现在翼子板上部与发动机盖搭接的边缘平面处，用150mm长油石条打磨后，翼子板表面表现为多处不规则凹坑，经电泳、喷漆后在整车上观看，会发现明显的光影扭曲，属于消费者不可接受的表面外观质量问题。

缺陷问题原因分析

零件造型

由于此类型的翼子板造型平缓，深度约150mm，在拉深过程中缺陷位置的材料主要受到压料面提供的拉应力，所受的横向拉应力远小于深度方向的拉应力，可以忽略不计，此位置极易出现起皱现象，如图2所示。



图2 零件造型分析

拉深工艺分析

根据零件造型设计拉深工艺，脱模角在满足成形性能的前提下应尽量小，以提高零件成形所需的拉应力，拉深深度则以零件翻边区域展开后尽量在凹模口以内为原则，如图3A-A剖面所示。这样的拉深工艺设计虽节省板料，但拉深过程中压料面的进料不均衡，会造成传力区的板料发生轻微褶皱，最终导致零件区域出现波浪。由于不能提供足够的横向拉应力，零件后期成形达不到理想状态，虽然成形到底时模具上、下型面闭合，上、下型面会压紧板料，但板料自身的回弹会使缺陷再现仍不能消除。



图3 拉深工艺

翻边工艺分析

模具采用侧翻边结构，为防止压料芯压伤零件，压料芯采用整体式，侧翻边结构安装氮气弹簧辅助压料芯提供侧向压料力。但氮气弹簧只能通过压料芯导板的装配间隙，使压料芯向受力方向微量移动来提供压料力，并不稳定，翻边时会导致零件表面出现凹坑，如图4所示。



图4 侧翻边结构

表面质量缺陷解决方案

拉深模修改

原拉深工艺的主要缺点是传力区面积过大，压料面的进料不稳定会影响零件最终的成形，所以需要减小传力区的面积，更改方案为在传力区增加台阶，如图5所示，为使零件成形过程中台阶与板料均匀接触，R1圆角面尽量与压料面平行。



图5 拉深模工艺补充部分增加台阶

拉深过程中板料的传力区被凸模台阶分成上、下两部分，冲压过程中，由于压料面进料不均匀导致的传力区褶皱趋势被下模台阶R2阻断。上模继续下行，上模台阶R1开始与板料接触，又使之增加一条阻断，传力区面积继续减小，把压料面引起的波浪缺陷阻止在台阶以下。由于台阶截面长度大于原工艺截面长度，使这部分板料得到了更大的拉应力，板料拉深得更加充分。

经以上冲压过程分析得知，增加台阶后，传力区的板料成形性能由R1、R2、台阶的高度、宽度4个因素决定（台阶的宽度与高度受原工艺脱模角度限制）。通过CAE软件对台阶R1、R2、高度、宽度4个因素进行各种水平分析，得到各因素、水平对材料应变的影响，如图6所示。高度、宽度对应变的影响最大，R1与R2对应变影响较小，且高度过高时应变反而出现下降（过高时，R1不起作用，导致应变出现下降）。



图6 台阶各个参数对板料应变的影响

经过CAE分析后，各因素采取合理的水平值对拉深模进行加台阶修改，如图7所示。由于工况条件与分析环境的差异，在实际修改时，圆角半径值均比分析值小1mm制造，给调试模具留一部分空间进行微调，更改后的模具调试首件最好开裂或隐裂，以达到最优的拉应力，首件未开裂或隐裂可能会出现拉深不充分的状态且无法直观判断。此方法修改不用更改模具的分模线，材料利用率未发生变化，凸模补焊区域为工艺补充区，未破坏模具零件的型面区域，不会对零件造成补焊压伤，凹模直接加工即可。



图7 更改后拉深模凸模

翻边模修改

为防止由于冲压角度造成的压料力不足，压料芯在侧压料部分采用偏差加工以提供强压，减小压料芯与凸模之间的间隙，以更好地配合侧翻边结构的压料辅助装置。为防止模具零件加工误差、钳工研合所造成的翻边边缘着色率不均匀问题，翻边边缘处偏差0.5mm加工，采用向零过渡的方式制作，零件棱线作为强压过渡的零点以减小研合困难程度，如图8所示。修改后模具成形的零件如图9所示，油石打磨与光影验证均无问题。



图8 压料芯偏差加工



图9 模具修改后成形的零件

成形的零件遇到表面质量缺陷时：

①要对现场拉深件状态与CAE分析结果进行对比，通过对零件拉深筋的调试使生产现场与CAE模拟最大程度地接近；

②确认各工序模具型面研合率状态，查看缺陷区域着色是否均匀；

③各工序确认工序件状态及模具型面是否有凹坑缺陷，尤其是模具零件淬火区域；

④翻边整形模查看翻边凸模的进入顺序，是否会造成材料的单向扭曲；

⑤确认翻边间隙是否均匀。

通过充分排查后才能准确地判断缺陷的起因。

制定修改方案时，首先采用调整拉深筋等均衡材料应变的方案，但如果零件造型等不可改变因素受限，应采用更改成形工艺补充形式等方法阻止缺陷的扩散。

由于模具零件的加工误差，冲床上、下滑块平行误差等实际不良工况条件的存在，成形的零件并不能一次达到理想的状态，需经过现场对模具进行匹配调试。

在模具调试过程中使压料面的进料状态尽量接近分析结果，再根据成形零件的表面质量缺陷制定模具零件偏差加工方案。