汽車覆蓋件的表面質(zhì)量是靜態(tài)精細(xì)感中的重要組成部分，其缺陷主要由生產(chǎn)過程造成的非固定點(diǎn)與沖模造成的固定點(diǎn)形成的，非固定點(diǎn)為生產(chǎn)過程中的磕碰、劃傷、人為損壞等原因造成的表面質(zhì)量缺陷，固定點(diǎn)為模具沖壓造成的表面質(zhì)量缺陷，而模具造成固定點(diǎn)表面質(zhì)量缺陷一直是各汽車廠面臨的難題。其中翼子板在汽車上的裝配位置，在成人的腰部上下，顧客對(duì)此區(qū)域并不需要仔細(xì)觀察便可察覺細(xì)微的表面質(zhì)量缺陷，此關(guān)鍵位置的缺陷問題必須消除。

翼子板表面質(zhì)量缺陷描述


圖1 翼子板缺陷位置

圖1所示表面質(zhì)量缺陷出現(xiàn)在翼子板上部與發(fā)動(dòng)機(jī)蓋搭接的邊緣平面處，用150mm長(zhǎng)油石條打磨后，翼子板表面表現(xiàn)為多處不規(guī)則凹坑，經(jīng)電泳、噴漆后在整車上觀看，會(huì)發(fā)現(xiàn)明顯的光影扭曲，屬于消費(fèi)者不可接受的表面外觀質(zhì)量問題。

缺陷問題原因分析

零件造型

由于此類型的翼子板造型平緩，深度約150mm，在拉深過程中缺陷位置的材料主要受到壓料面提供的拉應(yīng)力，所受的橫向拉應(yīng)力遠(yuǎn)小于深度方向的拉應(yīng)力，可以忽略不計(jì)，此位置極易出現(xiàn)起皺現(xiàn)象，如圖2所示。



圖2 零件造型分析

拉深工藝分析

根據(jù)零件造型設(shè)計(jì)拉深工藝，脫模角在滿足成形性能的前提下應(yīng)盡量小，以提高零件成形所需的拉應(yīng)力，拉深深度則以零件翻邊區(qū)域展開后盡量在凹?？谝詢?nèi)為原則，如圖3A-A剖面所示。這樣的拉深工藝設(shè)計(jì)雖節(jié)省板料，但拉深過程中壓料面的進(jìn)料不均衡，會(huì)造成傳力區(qū)的板料發(fā)生輕微褶皺，最終導(dǎo)致零件區(qū)域出現(xiàn)波浪。由于不能提供足夠的橫向拉應(yīng)力，零件后期成形達(dá)不到理想狀態(tài)，雖然成形到底時(shí)模具上、下型面閉合，上、下型面會(huì)壓緊板料，但板料自身的回彈會(huì)使缺陷再現(xiàn)仍不能消除。



圖3 拉深工藝

翻邊工藝分析

模具采用側(cè)翻邊結(jié)構(gòu)，為防止壓料芯壓傷零件，壓料芯采用整體式，側(cè)翻邊結(jié)構(gòu)安裝氮?dú)鈴椈奢o助壓料芯提供側(cè)向壓料力。但氮?dú)鈴椈芍荒芡ㄟ^壓料芯導(dǎo)板的裝配間隙，使壓料芯向受力方向微量移動(dòng)來提供壓料力，并不穩(wěn)定，翻邊時(shí)會(huì)導(dǎo)致零件表面出現(xiàn)凹坑，如圖4所示。



圖4 側(cè)翻邊結(jié)構(gòu)

表面質(zhì)量缺陷解決方案

拉深模修改

原拉深工藝的主要缺點(diǎn)是傳力區(qū)面積過大，壓料面的進(jìn)料不穩(wěn)定會(huì)影響零件最終的成形，所以需要減小傳力區(qū)的面積，更改方案為在傳力區(qū)增加臺(tái)階，如圖5所示，為使零件成形過程中臺(tái)階與板料均勻接觸，R1圓角面盡量與壓料面平行。



圖5 拉深模工藝補(bǔ)充部分增加臺(tái)階

拉深過程中板料的傳力區(qū)被凸模臺(tái)階分成上、下兩部分，沖壓過程中，由于壓料面進(jìn)料不均勻?qū)е碌膫髁^(qū)褶皺趨勢(shì)被下模臺(tái)階R2阻斷。上模繼續(xù)下行，上模臺(tái)階R1開始與板料接觸，又使之增加一條阻斷，傳力區(qū)面積繼續(xù)減小，把壓料面引起的波浪缺陷阻止在臺(tái)階以下。由于臺(tái)階截面長(zhǎng)度大于原工藝截面長(zhǎng)度，使這部分板料得到了更大的拉應(yīng)力，板料拉深得更加充分。

經(jīng)以上沖壓過程分析得知，增加臺(tái)階后，傳力區(qū)的板料成形性能由R1、R2、臺(tái)階的高度、寬度4個(gè)因素決定（臺(tái)階的寬度與高度受原工藝脫模角度限制）。通過CAE軟件對(duì)臺(tái)階R1、R2、高度、寬度4個(gè)因素進(jìn)行各種水平分析，得到各因素、水平對(duì)材料應(yīng)變的影響，如圖6所示。高度、寬度對(duì)應(yīng)變的影響最大，R1與R2對(duì)應(yīng)變影響較小，且高度過高時(shí)應(yīng)變反而出現(xiàn)下降（過高時(shí)，R1不起作用，導(dǎo)致應(yīng)變出現(xiàn)下降）。



圖6 臺(tái)階各個(gè)參數(shù)對(duì)板料應(yīng)變的影響

經(jīng)過CAE分析后，各因素采取合理的水平值對(duì)拉深模進(jìn)行加臺(tái)階修改，如圖7所示。由于工況條件與分析環(huán)境的差異，在實(shí)際修改時(shí)，圓角半徑值均比分析值小1mm制造，給調(diào)試模具留一部分空間進(jìn)行微調(diào)，更改后的模具調(diào)試首件最好開裂或隱裂，以達(dá)到最優(yōu)的拉應(yīng)力，首件未開裂或隱裂可能會(huì)出現(xiàn)拉深不充分的狀態(tài)且無法直觀判斷。此方法修改不用更改模具的分模線，材料利用率未發(fā)生變化，凸模補(bǔ)焊區(qū)域?yàn)楣に囇a(bǔ)充區(qū)，未破壞模具零件的型面區(qū)域，不會(huì)對(duì)零件造成補(bǔ)焊壓傷，凹模直接加工即可。



圖7 更改后拉深模凸模

翻邊模修改

為防止由于沖壓角度造成的壓料力不足，壓料芯在側(cè)壓料部分采用偏差加工以提供強(qiáng)壓，減小壓料芯與凸模之間的間隙，以更好地配合側(cè)翻邊結(jié)構(gòu)的壓料輔助裝置。為防止模具零件加工誤差、鉗工研合所造成的翻邊邊緣著色率不均勻問題，翻邊邊緣處偏差0.5mm加工，采用向零過渡的方式制作，零件棱線作為強(qiáng)壓過渡的零點(diǎn)以減小研合困難程度，如圖8所示。修改后模具成形的零件如圖9所示，油石打磨與光影驗(yàn)證均無問題。



圖8 壓料芯偏差加工



圖9 模具修改后成形的零件

成形的零件遇到表面質(zhì)量缺陷時(shí)：

①要對(duì)現(xiàn)場(chǎng)拉深件狀態(tài)與CAE分析結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，通過對(duì)零件拉深筋的調(diào)試使生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)與CAE模擬最大程度地接近；

②確認(rèn)各工序模具型面研合率狀態(tài)，查看缺陷區(qū)域著色是否均勻；

③各工序確認(rèn)工序件狀態(tài)及模具型面是否有凹坑缺陷，尤其是模具零件淬火區(qū)域；

④翻邊整形模查看翻邊凸模的進(jìn)入順序，是否會(huì)造成材料的單向扭曲；

⑤確認(rèn)翻邊間隙是否均勻。

通過充分排查后才能準(zhǔn)確地判斷缺陷的起因。

制定修改方案時(shí)，首先采用調(diào)整拉深筋等均衡材料應(yīng)變的方案，但如果零件造型等不可改變因素受限，應(yīng)采用更改成形工藝補(bǔ)充形式等方法阻止缺陷的擴(kuò)散。

由于模具零件的加工誤差，沖床上、下滑塊平行誤差等實(shí)際不良工況條件的存在，成形的零件并不能一次達(dá)到理想的狀態(tài)，需經(jīng)過現(xiàn)場(chǎng)對(duì)模具進(jìn)行匹配調(diào)試。

在模具調(diào)試過程中使壓料面的進(jìn)料狀態(tài)盡量接近分析結(jié)果，再根據(jù)成形零件的表面質(zhì)量缺陷制定模具零件偏差加工方案。