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(dòng)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(guò)程會(huì)產(chǎn)生大量的碎屑，碎屑粘連在模具切邊鑲塊或進(jìn)入模具 型面，反復(fù)沖壓成形會(huì)對(duì)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(wèn)題是所有沖壓企業(yè)面臨的疑難問(wèn)題，國(guó)外一些先進(jìn)沖壓工廠的覆蓋件修邊碎屑一次通過(guò)率在90%左右，而國(guó)內(nèi)大部分企業(yè)一次通過(guò)率僅約 60%~70%。生產(chǎn)時(shí)零件碎屑?jí)簜^(guò) 3 處，檢驗(yàn)人員將設(shè)備緊急停止，停機(jī)進(jìn)入生產(chǎn)線將模具擦拭干凈，停機(jī)導(dǎo)致生產(chǎn)不能連貫進(jìn)行，影響生產(chǎn)效率，提高制造成本，降低了企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力，同時(shí)對(duì)設(shè)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(wèn)題。沖壓零件常常因?yàn)楸砻鎵簜恢貌还潭?，全檢后會(huì)有小批量零件進(jìn)行線下返修。

為了減少修邊碎屑對(duì)零件表面的壓傷以及模具長(zhǎng)期使用造成壓料面形成的凹坑，本文對(duì)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(guò)程中如何高效減少碎屑問(wèn)題等進(jìn)行總結(jié)分析。

1  汽車覆蓋件碎屑問(wèn)題分析

實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，碎屑對(duì)低屈服和低抗拉的外覆 蓋件零件造成壓傷，對(duì)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(shí)際沖壓環(huán)境，得出 發(fā)生碎屑問(wèn)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(guò)程中刃口數(shù)控加工輪廓不良，實(shí)際加工間隙偏 置計(jì)算不當(dāng)，加工精度和清角精度未達(dá)到設(shè)計(jì)要求， 這種情況下一般會(huì)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(bǔ)焊 過(guò)渡區(qū)研配不良；

③ 加工上下模刃口因?yàn)榈毒吣p 和鑲塊不同，機(jī)床和人員加工拼縫過(guò)程中易存在差 別，一般會(huì)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(zhǎng)且為曲線造型，曲型不同的部位因?yàn)榇怪倍?差會(huì)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(huì)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(fù)剪切形成

OP20 和 OP40 修邊時(shí)，當(dāng)上模刃口修邊后的料片接觸下模落料刀區(qū)域準(zhǔn)備剪切時(shí)，切下的料邊與下 模刃口接觸區(qū)域會(huì)產(chǎn)生反復(fù)剪切現(xiàn)象，如落料刀與凸 模刃口貼合存在間隙時(shí)，料片與刃口間隙超過(guò) 0.035 mm，大于 5%的剪切間隙，料片重復(fù)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(shí)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(qiáng)度冷連軋 鋼，料厚為 0.65 mm，屈服強(qiáng)度為 180~280 MPa，抗拉強(qiáng)度≥340 MPa，斷后伸長(zhǎng)率≥35%，拉伸應(yīng)變硬 化指數(shù)≥ 1.6，面品等級(jí)為 FD，零板料尺寸為 1930.0 mm×1360.0 mm。化學(xué)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(shè)計(jì)

天窗頂蓋產(chǎn)品設(shè)計(jì)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(shè)計(jì) 8 個(gè)行李架安裝孔，后部焊接排水槽部位整形角度局部為負(fù) 角度，中間大全景天窗向下翻邊，設(shè)計(jì) 14 塊鑲塊并進(jìn)行包邊。模具五序化生產(chǎn)，此件產(chǎn)品設(shè)計(jì)如圖 2。

根據(jù)產(chǎn)品造型設(shè)計(jì)，對(duì)沖壓修邊工藝及模具設(shè)計(jì) 進(jìn)行優(yōu)化。設(shè)計(jì)的全景天窗頂蓋外板工藝布置如圖 3 所示。工藝設(shè)計(jì)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(fù)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(guò)大，廢料 從模具中部落下不易排出，中間切邊設(shè)計(jì)為 2 次修 邊，中部全景天窗四處均設(shè)計(jì)為下翻邊結(jié)構(gòu)，工藝設(shè) 計(jì)為下翻邊、側(cè)翻邊，即天窗處工藝設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)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(diǎn)：

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

② OP10 拉 延減薄影響產(chǎn)品剛性設(shè)計(jì)部分方形凹槽；

③ OP20 修 邊模具設(shè)計(jì)加工要點(diǎn)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(shè)計(jì)是否 合理，OP20 修邊刀是否與下模符型，符型不好會(huì)產(chǎn) 生碎屑，進(jìn)而影響產(chǎn)品面品，廢料滑落卡滯會(huì)影響生 產(chǎn)節(jié)拍；

④ 外側(cè)兩處切邊廢料較大，工藝設(shè)計(jì) 6 塊 二次剪切結(jié)構(gòu)，OP40 修邊剪切中間工藝補(bǔ)充部分。從工藝設(shè)計(jì)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(guān)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?jìng)?cè)修邊線較長(zhǎng)及修 邊弧度較為復(fù)雜的特點(diǎn)，切邊完全杜絕碎屑掉落問(wèn)題 較為困難，根據(jù)模具實(shí)際使用經(jīng)驗(yàn)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(shè)計(jì) 及現(xiàn)場(chǎng)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(jìn)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(shí)際應(yīng)用情況

在模具設(shè)計(jì)前期試制和項(xiàng)目階段小批量生產(chǎn)以及量產(chǎn)上市大批量生產(chǎn)過(guò)程中，面品壓傷造成的停機(jī)率高達(dá) 41.9%。產(chǎn)生廢料的分離工序 會(huì)產(chǎn)生碎屑進(jìn)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(yàn)工序件時(shí) 發(fā)現(xiàn)，OP30 工序件頻繁產(chǎn)生碎屑，原因?yàn)?OP20 生 產(chǎn)過(guò)程中廢料不下落，刀口補(bǔ)焊加高導(dǎo)致切除廢料 時(shí)，局部切邊時(shí)序變化；OP20 的 4 塊拉延筋部位的 刀塊沒(méi)有做隨型，且前期為了控制材料流入量，對(duì) OP10 下模拉延槽 R 角進(jìn)行補(bǔ)焊，但仍發(fā)現(xiàn) OP20 刃 口不覆型，為了解決上述問(wèn)題，在過(guò)渡切邊時(shí)序過(guò)程 中，降低了上模刀塊補(bǔ)焊區(qū)域的高度，并對(duì)拉延區(qū)域 進(jìn)行過(guò)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(jī)率下降。

OP20 研配覆型后碎屑減少，大批量生產(chǎn)過(guò)程中 產(chǎn)品碎屑?jí)簜€未控制在 5%指標(biāo)內(nèi)。檢查 OP20 和 OP40 刃口，局部擦黑，藍(lán)油著色后發(fā)現(xiàn)垂直度不良， 其根本原因?yàn)?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(duì)刀口補(bǔ)焊重新進(jìn)行研 配。對(duì) OP40 刀塊部位確認(rèn)及刃入量及垂直度進(jìn)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(bǔ)焊刀口側(cè) 壁處寬為 6 mm，厚度為 0.3 mm，在研配壓機(jī)上對(duì)接 上下刀口，800 目砂紙拋光刀口，減小粗糙度。同時(shí) 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(dòng)，下模 設(shè)計(jì)拉延槽，下模和壓料板及切邊鑲塊凸凹造型復(fù) 雜，刀塊研合采用一般的研鐵研合不到，設(shè)計(jì)了圖 4 兩種研鐵，對(duì)表面粗糙度進(jìn)行技術(shù)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(fù)雜而規(guī)則形狀研不到的情況。天窗頂蓋生產(chǎn)過(guò)程中碎屑頻繁，涉及到的切邊刀及廢料刀較多，生產(chǎn)過(guò)程中排查產(chǎn)生原因和進(jìn)行準(zhǔn)確涂油、擦模、線上修復(fù)也較困難。經(jīng) 過(guò) 4 個(gè)多月將不良率由 41.9%降至 2.7%。

4  結(jié)論

碎屑產(chǎn)生原因?yàn)樯舷履Ｇ羞呴g隙不均勻，天窗頂蓋在生產(chǎn)過(guò)程中碎屑頻繁產(chǎn)生，機(jī)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(jìn) 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?yàn)樯舷履Ｇ羞厱r(shí)拉延槽位置不符型，導(dǎo)致板料分離間隙和刃入量差異。機(jī)械加工過(guò)程精度差，鉗工重新補(bǔ)焊進(jìn)行研配， OP40 廢料刀刃入量不足，補(bǔ)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?yàn)閭?cè) 壁平行度差，局部擦黑嚴(yán)重，切邊鑲塊裝配過(guò)程產(chǎn)生 臺(tái)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(shí)，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(dāng)上模切邊鑲塊隨壓機(jī)工作高度 接觸下模切邊刀刃口時(shí)，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