機(jī)器人滾邊質(zhì)量缺陷的仿真分析與改善措施

根據(jù)某車型后背門總成零件在滾邊過程中出現(xiàn)的外觀質(zhì)量缺陷，應(yīng)用CAE仿真分析的方法對(duì)機(jī)器人滾邊工藝過程進(jìn)行模擬分析，提出了質(zhì)量改進(jìn)方案并驗(yàn)證有效，對(duì)后續(xù)車型機(jī)器人滾邊質(zhì)量的改進(jìn)過程提供了指導(dǎo)方法。
 

機(jī)器人滾邊工藝主要指汽車門、蓋等開閉件的內(nèi)外板合裝采用的一種連接工藝，即應(yīng)用工業(yè)機(jī)器人持滾邊工具端將外板零件分序向內(nèi)折彎包裹內(nèi)板零件，以獲得一定的連接強(qiáng)度并保證總成制件的尺寸及外觀質(zhì)量，如圖1所示。本文主要結(jié)合一汽轎車某車型后背門總成制件在滾邊過程中產(chǎn)生的表面波浪缺陷，簡述了機(jī)器人滾邊的工藝過程，并利用有限元分析軟件對(duì)在不同滾邊角度下制件壓合邊彎曲變形情況進(jìn)行分析，最終獲得最優(yōu)的滾邊壓合角度，改進(jìn)產(chǎn)品外觀質(zhì)量。

圖1 機(jī)器人滾邊工位

缺陷描述

機(jī)器人滾邊過程中會(huì)產(chǎn)生各種類型缺陷，對(duì)此應(yīng)分析缺陷的具體類型，并針對(duì)不同類型缺陷找出解決問題的辦法。本文所述某車型后背門壓合總成，滾邊壓合后上邊緣邊存在嚴(yán)重的波浪缺陷，白車身AUDIT評(píng)審為B類缺陷，整車油漆后缺陷同樣可見，嚴(yán)重影響整車外觀質(zhì)量，如圖2所示。

圖2 后背門總成上邊緣波浪缺陷及白車身評(píng)審結(jié)果

其評(píng)價(jià)方法為：⑴白車身評(píng)審者使用油石在制件表面沿固定方向反復(fù)輕摩擦，觀察表面即可看出缺陷；⑵觀察者在燈光隧道區(qū)，觀察車門在燈帶下的反光情況即可看出缺陷。

滾邊工藝過程

根據(jù)后背門外板沖壓工藝規(guī)劃，外板上邊緣翻邊角度為120°，壓合采用三序滾邊成形工藝，后背門上邊緣具體滾邊序數(shù)及滾邊角度如表1所示，分別完成120°～65°第一序滾邊、65°～30°第二序滾邊、30°～0°第三序滾邊，通過三序滾邊，最終完成邊部壓實(shí)。其中，第一序滾邊和第二序滾邊為預(yù)翻邊，第三序滾邊為終翻邊。

在實(shí)際滾邊過程中發(fā)現(xiàn)，預(yù)翻邊工序中外板翻邊波浪已經(jīng)產(chǎn)生，第一序及第二序滾邊后壓合邊波浪較大，如圖3所示。分析原因可能是預(yù)翻邊的角度過大（第一序滾邊角度大于50°），翻邊區(qū)域進(jìn)行大角度滾邊時(shí)，較大變形量產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力無法釋放，造成波浪起皺。此時(shí)，應(yīng)考慮減小滾邊角度，合理分配每一序滾邊的變形量，減小滾邊波浪的產(chǎn)生。

圖3 外板各工序翻邊波浪缺陷

滾邊仿真模型建立及角度優(yōu)化

滾邊CAE仿真模型建立

圖4 滾邊壓合仿真理論模型建立

Auto Form軟件廣泛應(yīng)用于金屬板材成形的工藝仿真優(yōu)化，Auto Form R6版本新加入了Hem Planner模塊，為滾邊成形仿真提供了一個(gè)很方便的工具。根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)情況，使用Auto Form模擬軟件建立壓合仿真模型，如圖4所示。將后背門外板沖壓成形后產(chǎn)品數(shù)據(jù)導(dǎo)入軟件，材料設(shè)置為H180，材料厚度t=0.7mm，胎模型面在軟件中根據(jù)產(chǎn)品型面生成，胎模型面支撐寬度100mm，后背門內(nèi)板沖壓成形后產(chǎn)品數(shù)據(jù)導(dǎo)入軟件，材料設(shè)置為St16，材料厚度t=0.65mm，壓料板壓料型面從模具結(jié)構(gòu)圖中提取型面導(dǎo)入，總壓料力大小設(shè)置為2500N。內(nèi)板定位銷根據(jù)定位孔位置及直徑在軟件中生成，滾輪組根據(jù)實(shí)際滾輪尺寸在軟件中直接生成，采用三序滾邊成形工藝。本模型僅考慮滾邊壓合中翻邊成形的應(yīng)力應(yīng)變，不考慮沖壓成形后殘余應(yīng)力、應(yīng)變及零件回彈等。

滾邊CAE模擬分析及角度優(yōu)化

滾邊壓合仿真理論模型建立完成后，利用Auto Form軟件進(jìn)行滾邊壓合模擬分析，將三序壓合角度設(shè)置為表1所示的實(shí)際生產(chǎn)滾邊角度，分析結(jié)果如圖5所示。結(jié)果顯示第一序及第二序滾邊后翻邊波浪較大，與實(shí)際滾邊后翻邊狀態(tài)基本一致。第三序滾邊后壓合邊內(nèi)沿起皺較大，存在較大的殘余應(yīng)力，最終將導(dǎo)致零件外表面形成波浪，影響后背門總成及整車外觀質(zhì)量。

表1 后背門上邊緣各工序滾邊角度

圖5 原始滾邊角度仿真分析結(jié)果

根據(jù)原始滾邊角度滾邊仿真分析結(jié)果，對(duì)后背門上邊緣滾邊角度進(jìn)行優(yōu)化，重新分配三序滾邊角度，具體角度分配如表2所示。利用Auto Form軟件建立滾邊壓合仿真模型，分別對(duì)10組滾邊角度分配進(jìn)行模擬分析。

表2 后背門上邊緣滾邊角度優(yōu)化

模擬分析結(jié)果表明，當(dāng)后背門上邊緣滾邊角度選取三序滾邊角度分別為120°～85°、85°～40°、40°～0°組合時(shí)，每一序滾邊壓合后的翻邊波浪較小，翻邊質(zhì)量明顯優(yōu)于其他角度滾邊狀態(tài)，最終滾邊后壓合邊起皺及殘余應(yīng)力都較原滾邊壓合角度明顯減輕，如圖6所示。

圖6 優(yōu)化滾邊角度后滾邊仿真分析結(jié)果

滾邊角度優(yōu)化結(jié)果驗(yàn)證

根據(jù)優(yōu)化滾邊角度模擬分析結(jié)果，通過調(diào)整機(jī)器人工具端角度，采用最優(yōu)的120°～85°、85°～40°、40°～0°滾邊壓合角度進(jìn)行滾邊壓合，生產(chǎn)結(jié)果表明：第一序、第二序滾邊后翻邊表面波浪明顯減輕，終壓合后制件總成表面波浪缺陷也得到大幅度優(yōu)化，實(shí)際生產(chǎn)結(jié)果如圖7、圖8所示。

圖7 優(yōu)化滾邊角度后實(shí)際生產(chǎn)調(diào)試結(jié)果

圖8 優(yōu)化滾邊角度后壓合總成狀態(tài)

最終后背門上邊緣表面波浪缺陷優(yōu)化至白車身AUDIT評(píng)審C類項(xiàng)，漆后整車表面質(zhì)量不扣分，滿足整車評(píng)審質(zhì)量要求，整改效果明顯。

結(jié)束語

本文采用CAE仿真分析與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際生產(chǎn)相結(jié)合的方法，通過對(duì)機(jī)器人滾邊壓合典型質(zhì)量缺陷的案例研究表明，滾邊壓合角度對(duì)制件表面質(zhì)量的影響很大，合理分配每一序滾邊的角度，可以明顯優(yōu)化表面波浪缺陷，提升制件及整車外觀質(zhì)量，為今后生產(chǎn)中此一類問題的解決提供了參考方法。

——摘自《鍛造與沖壓》2019年第4期