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广州本田汽车侧围模具的改进 |
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作者：广州本田汽车有限公司 何健斌 来源：AI汽车制造业 |
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通过对A车型外侧围部件的开裂与变形现象研究后，广州本田成功提出了对侧围模具改修的改善建议，不仅解决了问题，同时也为日后顺利投入生产打好了基础。
在A车型侧围后翼子板（图1）新模具投入生产初期，我们发现不同钢卷落料的钢板冲压加工生产出来的侧围零件状态不同，部分零件在后门立壁处（图2中A部位）出现一定程度的变薄，经过对材料质量的确认，发现材料性能和规格处于合格范围。因此，需要对新模具进行调整使其能够适应材料性能和规格的波动变化。
图1 A车型侧围后翼子板
起初，技术人员通过实施垫片、气垫压力和闭合高度等对策方案，在一定程度上缓解了不良现象的发生，但仍然无法使零件质量达到稳定的状态。经过认真地分析和总结，我们确定了模具改修方案：通过打磨后门拉延筋的内侧R角以减小进料阻力，增加材料流动量，从而改善零件厚度减薄状态。但这种做法会使压边圈局部镀铬层被破坏，须跟踪零件品质并适时再镀铬。另外，由于拉延筋被放松，拉延筋外的材料流进量增大，有可能导致拉延痕流到修边线以内，使整车后门框处的修边面（图2中B部位）的拉延痕范围扩大，而且部分拉延筋放松后拉延痕的校平力可能减小，拉延痕将会变深。此处修边面为外观等级C级面（图2中C部位），因此必须在改修后对品质进行跟踪检测。
图2 不良部位示意图
对于图2中A处变薄和C处变形的改善，如果调整幅度过大往往引起其他关联的不良，在模具调整过程中需要找到改善的平衡点。
修边工序模具对侧围零件变形和开裂的影响
以我厂修边和整形工序为例，按照现有的工序安排，通常侧围零件拉延后，就具备了主要的形状轮廓，而修边模具承担了修边和整形的作用。
在修边工序中，当上模下压时，侧围后翼子板区域的修边工序为（图3）：压料板压住零件；切料镶块裁剪废料；整形镶块整形R角，使R圆角变小。一般情况下，整形时需要的条件很高，不会发生拉延变形，而且国内在模具设计上往往采取加大拉延高度的方法，通过对整形时R圆角变小所需的材料进行补偿，加之适当地进行压缩变形可以稳定R角尺寸。从图4中可以看出，如果对R角变小进行材料补偿，则图中所示变形区域将存在力F2X，且该力很小。另外，在整形过程中，侧围的后窗部位也存在切边和整形，因此对该变形区域还存在力F1X。
图3 侧围修边工序后门处模具结构
图4 修边工序变形区域受力
根据上述分析，我们可以将图4中的A-A截面受力情况分析如图5所示。变形区域受力为：后窗部位切边/整形引起的对材料的牵扯力F1、后门部位整形引起的牵扯力F2、压料板压紧力N、压紧力引起的摩擦力f。
图5 变形区域受力截面分解
从图5中可以得出，如果要求外观面没有变形，则外观面区域的材料应处于受力平衡状态。理论上变形区域的为零（图6），这里根据数值定性分析，可以推导为：
F2+F1+f=0 ①
f≤μ N ②
由①、②两公式得出
F2+F1≤μ N
其中：μ为压料板压紧力为N时模具与材料之间的摩擦系数。
通过以上分析可以看出，通过对模具与材料之间的摩擦力的控制，能够使变形部位的材料处于受力为零的状态。
图6 微分单元各方向上受力
改修对策
1.整形力与切边力的调整
整形力与切边力的调整实际上就是对F1与F2作用力的调整。
（1）侧围后挡风玻璃处压料板调整。
试验方法：在压料板的挡风玻璃处，沿边缘贴铅带，验证压料板沿挡风玻璃边缘堆焊效果，发现其他关联部位变形加剧。
（2）后门处翻边间隙调整。
试验方法：打磨下模翻边位置，以增加上模整形镶块与下模之间的间隙，通过间隙改变调整R角整形力，最终发现变形没有明显变化。
通过以上2种实验，我们发现对F1与F2作用力的调整并不明显，理论上无法确定F1与F2作用力的大小和方向，对于变形区域的影响也很复杂，而且改修上存在影响整车外观精度的风险。
2.调整压紧力的大小
调整压紧力的大小，只能通过调整N值的方法来实现。
（1）装模闭合高度的调整。
将闭合高度升高或降低直接影响了上下模贴合程度。整形力和切边力都会减小。同时由于下死点升高，聚氨酯弹簧行程略微变小，压料板压紧力N也变小，而且会导致整形R角达不到要求，以及局部剪切不断，变形部位没有明显变化。
（2）聚氨酯工作行程的调整。
通过在上模压料板与上模座之间的聚氨酯弹簧增加5mm垫片的方法，可增加聚氨酯弹簧的行程，从而增加压紧力N。试验结果：变形有略微改善。
（3）改进聚氨酯弹簧。
聚氨酯弹性元件存在着一定的缺点，需要预紧压缩，才能达到设计所需求的弹压力。这种情况往往会影响到冲压件的质量，使模具结构设计变得比较复杂。同时占有的模具空间太大，增加了模具制造的成本。此外，聚氨酯弹簧压力不恒定的性能，也可能导致零件出现诸多问题。为此，我厂开始在冲压模具中使用氮气弹簧。
氮气弹簧的特点是在较小的空间中，可以产生较大的初始弹压力，不需要预紧，压料板一开始与氮气弹簧柱塞接触就具有弹压力。一个氮气弹簧可以代替多个普通弹簧，对于工作行程相同的模具，采用氮气弹簧的模具高度要比采用普通弹簧的模具高度小很多；弹压力在整个行程中，可以基本保持恒定；根据不同的冲压工序要求，其弹压力的大小，受力点的位置可以准确调节，在模具设计和调试中，可以很方便实现弹压力和平衡；提高冲压件质量，保证冲压件质量稳定等。图7所示为聚氨酯弹簧与氮气弹簧实际工作的性能比较。
图7 聚氨酯与氮气弹簧压力受压缩行程影响的变化比较
3.压紧力的分配调整
零件拉延时，我们希望得到尽可能充分而均匀的塑性变形，以避免局部偏流造成变形或流动阻力过大，从而引起变薄超差；整形时，整形工序材料流动量相对于拉延时小得多，而且材料流动阻力也要小，塑性变形引起的材料变薄较小。与拉延时材料一边进料流动一边拉深变薄相比，修边工序的材料偏向于局部区域内整体流动（图8），所以侧围零件的开裂或变薄超差的改善主要对应拉延模的调整，而零件外观变形的改善则需兼顾拉延与后工序综合考虑。
图8 侧围修边件调试过程中测得材料流动
修边工序对后翼子板处外观质量有着主要影响，通过压料板压紧力的分配，对修边和整形时材料所受的应力进行控制，从而控制材料局部区域的整体流动，能够保证产品的外观质量。
（1）在压料板总体压力一定的前提下，通过压料板局部烧焊，使零件局部受力增大，但同时其他没有烧焊的部位被避空，导致压紧力减小。但这样有可能造成压紧的部位变形减少，没压紧的部位变形增大，在更为严重的状态下，也可能出现被压紧的区域锌粉镀层脱落或出现压痕，导致新的不良外观。
（2）通过打磨和研配压料板，可以扩大零件受力的表面积，但同时压紧力因分散而减小，或者压料板被其他凸起的区域顶住，被打磨的区域被避空，反而出现变形加剧的现象。
（3）通过烧焊后逐渐研配的方法，使压紧力得到最佳的分配，使变形程度尽可能小。这需钳工正确的烧焊，并细心和恰到好处的研配，是一项需要钳工技能很高的工作。当然，随着三轴铣削机床和各种先进设备的投入使用，此项修模技术对于钳工的依赖将会逐渐减少，直至完全消除。
新模具投入生产后的管理
1.模修人员钳工技能的改进
模修人员钳工整体的技能水平直接影响着模具改修的进度。以侧围修边模具压料板烧焊为例，如果需要的改修周期时间过长，则从模具运到模修区开模、调出压料板、压料板烧焊、压料板地面打磨以及压料板上机研配，到研配品质确定后试生产，需要几天时间。主要原因是：压料板地面打磨和压料板上机研配这两部分工作时间过长，这些工作需要由经验丰富的钳工担当。如果经验丰富的钳工人手不够或只能上早班或者年纪偏大、体力不够，将导致模具维修方案的实施形成瓶颈，后序工作不能展开。
2.设备精度管理
机床的总间隙是直接反应机床主传动的精度和安全使用性能的综合指标，包括滑块调整丝杆螺母副、连杆半圆瓦轴承副、偏心连杆传动副、低速级与高速级的传动副之间的磨损总和。
3.新材料导入
引进具有高润滑性能的钢板，增加材料的加工性能。高润滑材料在深拉延时，能够减小材料流动的阻力，增加材料整体流动性，从而减少开裂。
结语
随着我国汽车工业的快速发展，各汽车企业不断推出新车型，而与之对应的是大量先进、新型的模具产品被投入到日常生产中，如何使新型模具更快地投入生产，广州本田结合自身实际，对新模具进行了调整使其能够适应材料性能和规格的波动变化，最终为企业新车型的投产做出了贡献。(end)
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(9/23/2008) |
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