汽車外覆蓋件產(chǎn)生修邊碎屑的解決措施

隨著沖壓裝備自動化程度逐步提高，沖壓生產(chǎn)效率隨之提升，高沖次生產(chǎn)下汽車外覆蓋件切邊過程會產(chǎn)生大量的碎屑，碎屑粘連在模具切邊鑲塊或進入模具 型面，反復沖壓成形會對模具型面造成損傷，從而影響沖壓件外觀質(zhì)量。修邊碎屑問題是所有沖壓企業(yè)面臨的疑難問題，國外一些先進沖壓工廠的覆蓋件修邊碎屑一次通過率在90%左右，而國內(nèi)大部分企業(yè)一次通過率僅約 60%~70%。生產(chǎn)時零件碎屑壓傷超過 3 處，檢驗人員將設備緊急停止，停機進入生產(chǎn)線將模具擦拭干凈，停機導致生產(chǎn)不能連貫進行，影響生產(chǎn)效率，提高制造成本，降低了企業(yè)的競爭力，同時對設備也有一定損耗。30%以上的車身覆蓋件沖壓缺陷是由修邊模造成的，修邊碎屑則是缺陷中最常見的 問題。沖壓零件常常因為表面壓傷位置不固定，全檢后會有小批量零件進行線下返修。

為了減少修邊碎屑對零件表面的壓傷以及模具長期使用造成壓料面形成的凹坑，本文對某車型沖壓模具修邊鑲塊刃口及壓料板和凸模間隙調(diào)整、批量 生產(chǎn)過程中如何高效減少碎屑問題等進行總結(jié)分析。

1  汽車覆蓋件碎屑問題分析

實際生產(chǎn)過程中，碎屑對低屈服和低抗拉的外覆 蓋件零件造成壓傷，對模具型面造成凹坑，零件需要返修，模具型面需要修整。結(jié)合實際沖壓環(huán)境，得出 發(fā)生碎屑問題的幾種情況。

1.1 鑲塊切邊刃口間隙不良

間隙不良通常有以下幾種影響因素：

① 在模具 制造過程中刃口數(shù)控加工輪廓不良，實際加工間隙偏 置計算不當，加工精度和清角精度未達到設計要求， 這種情況下一般會形成絲狀碎屑；

② 刀口間隙平行度不良，如模具維修工研配刃口不良、刃口局部補焊 過渡區(qū)研配不良；

③ 加工上下模刃口因為刀具磨損 和鑲塊不同，機床和人員加工拼縫過程中易存在差 別，一般會造成粒狀和粉狀碎屑。

1.2 沖壓方向刃入量和垂直度不合理

汽車外覆蓋件板材厚度選用 t=1.2 mm 以下，刃入量為 6.0~8.0 mm。由于刀口和凸模刃口一般采用 HMD5 或 ICD5 等淬火后鑄鋼、空冷鋼。零件修邊輪 廓線較長且為曲線造型，曲型不同的部位因為垂直度 差會造成刀口磨損，刃入量不足，如果刀口垂直度不 良，隨著切邊刃入刃口會與凸模二次剪切，毛刺二 次剪切粘在上模刃口及凸模，一般造成粒狀或絲狀 碎屑。

1.3 廢料刀重復剪切形成

OP20 和 OP40 修邊時，當上模刃口修邊后的料片接觸下模落料刀區(qū)域準備剪切時，切下的料邊與下 模刃口接觸區(qū)域會產(chǎn)生反復剪切現(xiàn)象，如落料刀與凸 模刃口貼合存在間隙時，料片與刃口間隙超過 0.035 mm，大于 5%的剪切間隙，料片重復剪切容易 形成碎屑。粒狀的碎屑在廢料刀與凸模交接三角區(qū)域刃口磁化，碎屑吸附在刃口堆積，切邊間隙變小。天窗頂蓋實際生產(chǎn)碎屑現(xiàn)狀見圖 1。

2  沖壓模型建立

2.1 材料模型 材料選用首鋼 B180H1 烘烤硬化高強度冷連軋 鋼，料厚為 0.65 mm，屈服強度為 180~280 MPa，抗拉強度≥340 MPa，斷后伸長率≥35%，拉伸應變硬 化指數(shù)≥ 1.6，面品等級為 FD，零板料尺寸為 1930.0 mm×1360.0 mm。化學成分如表 1，產(chǎn)品形狀 如圖 2 所示。

2.2 產(chǎn)品成形工藝設計

天窗頂蓋產(chǎn)品設計分為 3 部分：左右焊接側(cè)圍安 裝行李架；尾部與后蓋搭接流水槽及后背門鉸鏈安裝 孔；中間翻邊后安裝全景天窗。側(cè)圍兩側(cè)設計 8 個行李架安裝孔，后部焊接排水槽部位整形角度局部為負 角度，中間大全景天窗向下翻邊，設計 14 塊鑲塊并進行包邊。模具五序化生產(chǎn)，此件產(chǎn)品設計如圖 2。

根據(jù)產(chǎn)品造型設計，對沖壓修邊工藝及模具設計 進行優(yōu)化。設計的全景天窗頂蓋外板工藝布置如圖 3 所示。工藝設計為拉延-側(cè)整形-沖孔-修邊；尾部流水 槽側(cè)整方向局部存在負角，工藝規(guī)劃為側(cè)整形-修邊- 沖孔-向上翻邊；全景天窗中間廢料面積過大，廢料 從模具中部落下不易排出，中間切邊設計為 2 次修 邊，中部全景天窗四處均設計為下翻邊結(jié)構(gòu)，工藝設 計為下翻邊、側(cè)翻邊，即天窗處工藝設計為修邊-修 邊翻邊-側(cè)翻邊[5—6]。綜上，此全景天窗頂蓋外板工藝 設計為 OP10 拉延（ DR） -OP20 修邊沖孔整形 （TR+PI+RST）-OP30 側(cè)整形（C-RST）-OP40 修邊 側(cè)修邊沖孔側(cè)沖孔（TR+C-TR+PI+C-PI）-OP50 側(cè)翻 邊整形沖孔（D-FL+PI），具體如圖 3 所示。

產(chǎn)品特點：

① 尾部設計為遛背結(jié)構(gòu)，整形量較 大，工藝設計 OP20 和 OP30 兩次整形；

② OP10 拉 延減薄影響產(chǎn)品剛性設計部分方形凹槽；

③ OP20 修 邊模具設計加工要點不僅要考慮周圈廢料及天窗四 角廢料下滑是否順暢，還要考慮切邊刀結(jié)構(gòu)設計是否 合理，OP20 修邊刀是否與下模符型，符型不好會產(chǎn) 生碎屑，進而影響產(chǎn)品面品，廢料滑落卡滯會影響生 產(chǎn)節(jié)拍；

④ 外側(cè)兩處切邊廢料較大，工藝設計 6 塊 二次剪切結(jié)構(gòu)，OP40 修邊剪切中間工藝補充部分。從工藝設計得出，沖孔和切邊為沖壓分離工序，切邊 兩序分離材料，OP20 和 OP40 切邊碎屑控制最為關鍵。

3   沖壓模型建立

3.1 減少碎屑產(chǎn)生的方法

由于汽車天窗與側(cè)圍激光焊側(cè)修邊線較長及修 邊弧度較為復雜的特點，切邊完全杜絕碎屑掉落問題 較為困難，根據(jù)模具實際使用經(jīng)驗和修邊原理，該難 題可以盡量控制在生產(chǎn)可接受的范圍，工藝模具設計 及現(xiàn)場模具檢修、保養(yǎng)解決碎屑主要圍繞的方式有 3 種：控制碎屑產(chǎn)生；保證碎屑不進入模具型面；碎屑 發(fā)生但是不造成零件表面壓碎屑。

3.2 實際應用情況

在模具設計前期試制和項目階段小批量生產(chǎn)以及量產(chǎn)上市大批量生產(chǎn)過程中，面品壓傷造成的停機率高達 41.9%。產(chǎn)生廢料的分離工序 會產(chǎn)生碎屑進而造成壓傷，分離工序 OP20 切邊刀 9 塊，分離工序 OP40 切邊刀 26 塊，分離工序 OP40 上 下模廢料刀 28 塊，OP50 切邊刀 2 塊。檢驗工序件時 發(fā)現(xiàn)，OP30 工序件頻繁產(chǎn)生碎屑，原因為 OP20 生 產(chǎn)過程中廢料不下落，刀口補焊加高導致切除廢料 時，局部切邊時序變化；OP20 的 4 塊拉延筋部位的 刀塊沒有做隨型，且前期為了控制材料流入量，對 OP10 下模拉延槽 R 角進行補焊，但仍發(fā)現(xiàn) OP20 刃 口不覆型，為了解決上述問題，在過渡切邊時序過程 中，降低了上模刀塊補焊區(qū)域的高度，并對拉延區(qū)域 進行過渡加高隨型處理，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，碎屑造成的面品 壓傷和處理碎屑造成的停機率下降。

OP20 研配覆型后碎屑減少，大批量生產(chǎn)過程中 產(chǎn)品碎屑壓傷還未控制在 5%指標內(nèi)。檢查 OP20 和 OP40 刃口，局部擦黑，藍油著色后發(fā)現(xiàn)垂直度不良， 其根本原因為 OP20 間隙不良、OP40 修邊不覆型、 刀口局部存在鈍口，大批量生產(chǎn)刀口鈍口壓料板間隙和切邊間隙發(fā)生變化，需要對刀口補焊重新進行研 配。對 OP40 刀塊部位確認及刃入量及垂直度進行檢 查，發(fā)現(xiàn)刃入量為 6 mm，光亮帶寬度不均勻，OP40 上模刃口垂直度低，刀口側(cè)壁也不平行，補焊刀口側(cè) 壁處寬為 6 mm，厚度為 0.3 mm，在研配壓機上對接 上下刀口，800 目砂紙拋光刀口，減小粗糙度。同時 將 OP40 廢料刀與凸模修邊刀空開，在下模廢料刀的 端頭空開 1~2 mm，刃入量由 5 mm 調(diào)整到 3 mm，間 隙放大 0.02~0.03 mm，并找正垂直度，800 目油石拋 光刀口，減小粗糙度。

天窗頂蓋尾部和中間天窗部位切邊刀及廢料刀 研合率要求較高。由于 OP30 側(cè)整形材料流動，下模 設計拉延槽，下模和壓料板及切邊鑲塊凸凹造型復 雜，刀塊研合采用一般的研鐵研合不到，設計了圖 4 兩種研鐵，對表面粗糙度進行技術規(guī)范，其中包括粗 糙度和硬度要求，避免直角尺狀重量不夠、鑲塊刃口 形狀復雜而規(guī)則形狀研不到的情況。天窗頂蓋生產(chǎn)過程中碎屑頻繁，涉及到的切邊刀及廢料刀較多，生產(chǎn)過程中排查產(chǎn)生原因和進行準確涂油、擦模、線上修復也較困難。經(jīng) 過 4 個多月將不良率由 41.9%降至 2.7%。

4  結(jié)論

碎屑產(chǎn)生原因為上下模切邊間隙不均勻，天窗頂蓋在生產(chǎn)過程中碎屑頻繁產(chǎn)生，機械手抓取 OP20 工 序件帶入 OP30 工序型面，生產(chǎn)線 OP30 頻繁擦模， OP40 工序件產(chǎn)生碎屑帶入 OP50 型面，按照表 1 進 行全序切邊碎屑整改，不良率降低至 2.7%。

1）中間天窗部位碎屑產(chǎn)生原因為上下模切邊時拉延槽位置不符型，導致板料分離間隙和刃入量差異。機械加工過程精度差，鉗工重新補焊進行研配， OP40 廢料刀刃入量不足，補焊后廢料刀加高 2 mm。

2）兩側(cè)與側(cè)圍激光焊接部位碎屑產(chǎn)生原因為側(cè) 壁平行度差，局部擦黑嚴重，切邊鑲塊裝配過程產(chǎn)生 臺階差，板料二次剪切產(chǎn)生碎屑。重新焊接側(cè)壁，研 合刀口間隙和刃入量，刃入量保證 6 mm。

3）OP40 下模料片下落開始時，高于刀具位置板 料先被刺穿，使板料破口處邊緣翹起，高于上模切邊 鑲塊刃口刃入邊線，當上模切邊鑲塊隨壓機工作高度 接觸下模切邊刀刃口時，板料刺穿，斷面被二次剪切， 下模廢料刀的端頭空開 1~2 mm。

作者：王志軍，張傳海，施靜華，宋琦