汽车覆盖件A面造型对表面质量的影响分析研究_高文嫱.pdf

Products&Technology产品与技术2023年 第3期WMEM 汽车覆盖件A面造型对表面质量的影响分析研究长春汽车工业高等专科学校机械工程学院中国第一汽车集团有限公司高文嫱 潘远安 刘 健 王腾飞 贾晓峰【摘要】在红旗某车型的表面质量评审中，后门外板把手前侧被评价为B类缺陷，整车质量将受影响。通过分析缺陷的成因，先后排除了工艺因素和回弹的影响，最终发现缺陷区域附近A面造型较已往车型低约0.02mm，通过对A面造型的特征提出产品设计变更，提高缺陷区域0.02mm以上，并仿真模拟至缺陷消失。结果表明：修改A面特征的产品，缺陷消除，完成满足AUDIT评审评价需求。随着汽车行业的深入发展，行业和客户对整车质量的要求，也由传统的三大件，逐渐转移和上升到电子电器及更多的细节体验上来。汽车车身作为整车质量的重要部分，尤其是覆盖件的感知质量，对整车质量的保证和提升也起着重要的支撑作用1。而汽车冲压覆盖件的表面质量，决定着整车外观的精细化程度，影响着产品的竞争力。目前汽车行业竞争日趋激烈，对车身覆盖件的面品质量要求越来越高，周期也越来越短2，因此，对于模具行业来说，很难有大量的周期来进行反复试验，逐渐优化表面质量。龚玉禄等3基于AutoForm软件对顶盖加强板同步工程分析，预测开裂、起皱、回弹等成形性及工艺性问题，缩短了模具开发周期，降低生产成本。王丽珠4等利用AutoForm软件预测翼子板常出现的缺陷并进行优化，消除了棱线不顺、整形开裂及翻边过渡区波浪等问题。许晶等5则基于AutoForm软件对汽车后背门外板工艺分析，通过“套冲”新工艺优化，降低生产成本的同时提高材料利用率。但通过修改A面特征消除产品质量缺陷的方法很少有人研究。本文通过修改A面特征，制定合理的方案，快速解决问题，提高产品质量。一、后门外板结构和把手前部的评审缺陷本文分析研究的车门外板，具体是后门外板，其结构形式和车门把手样式如图1所示。但是在后门外板进行表面质量评审过程中，在油石检查条件下，目视可见存在评审缺陷，缺陷等级为区B类项，为整车不可接受缺陷，将影响整车的质量等级。（a）后门外板 （b）车门把手样式图1 后门外板结构和车门把手局部图Products&Technology产品与技术WMEM2023年 第3期 二、缺陷分析过程和结果提到门外板手扣波浪，业内人员往往想到的是拉延成形时走料不均，因成形原因呈现的质量缺陷。处理的方式常常是提高着色率，将模具的型面强压处理，或者通过型面的修改，把因成形出现的手扣波浪，扩大，减轻。然而，区别于大多数凹坑式的把手结构，此车型门外板把手采用隐藏式结构，相比传统结构，隐藏式门把手只有翻边成形，不涉及拉延成形，故不会出现传统的常见缺陷拉延手扣波浪。技术人员和专家开始排查缺陷成因：（1）缺陷可能由工艺或回弹带来6-7，分析拉延型面光顺，模面呈现凹型趋势，但油石连续；分析修边工序，利用AutoForm软件切掉数模中手扣所在的孔后，剩余的型面，型面光顺，但切掉的部分仍呈现凹型，而且因为更多的凹型被切掉，剩余部分出现坑的特征；分析翻边工序和修边工序状态一致；各序着色的检查结果，也证明压料随形，状态满足工艺要求。判断缺陷的结果如图3所示。AutoForm软件给出的分析结果，缺陷并非工艺原因而产生。图3 AutoForm缺陷分析示意图（2）模具同样也需要进行检查，包括模具的基准和着色状态。经过现场验证，符合模具的品控要求，故排除模具的影响。（3）排除了工艺和模具状态的影响后，推测缺陷可能由A面造型特点带来，而AutoForm缺陷预测的原理也支持这个结论，如图4所示，可知，如果输入的产品在回弹前，是可能被判断带有A面缺陷的情况下，软件会判断此结构为产品造型需要，不会将它判断为缺陷。（a）把手前部评审缺陷 （b）油石检查下的目视缺陷图2 后门外板存在的评审缺陷示意图图4 AutoForm缺陷分析原理示意图进一步查看后门外板的A面质量和造型特点，如图5所示，不管是定性的使用高斯曲率，还是定量地使用线状曲率判断，缺陷所在的区域，都存在曲率反转的情况。理论上，这种反转并不是A面设计缺陷，而是造型需求。此处的造型，如果没有手扣结构，A面出现凸凹变化，是正常的造型需求，也不会被评价为质量缺陷。但是，因为外观上手扣的结构被设计在造型的凹面处，所以在手扣孔和翻边结构被制作出来之后，原有的凹凸走势被切断，被误判为冲压件质量缺陷。然而，虽然缺陷处形面是造型需求，但在冲压零件进行表面质量评审时，仍然要进行评审评价。如图6所示，在零件3D曲面数据上，效仿油石评价方式的原理，可以测量出此处曲面的深度，其最深处数值为0.039mm，根据现场生产与实践经验，局部深度大于0.02mm以上的造型，不论是油石检测，还是在目视条件下，都会被视为缺陷。如图7所示，针对把手前部曲面的光照分析，也支持这个结论。图7 后门外板手扣前部的曲面光照分析示意图（a）线状曲率示意 （b）线状曲率反转示意 （c）高斯曲率示意图5 门把手前端曲率检查示意图（a）测量缺陷严重程度原理示意 （b）测量缺陷的严重程度示意图6 测量缺陷严重程度原理和结果示意图（下转第64页）Products&Technology产品与技术WMEM2023年 第3期在主轴轴承安装内圈时，一般都由轴肩在一面固定轴承的位置，而另一面则用螺母、止动垫圈或弹簧档圈等固定，所以在预紧力方面一定要控制，使用力矩扳手进行预紧。轴承的安装最好用冷装法，即将主轴放冰箱冷冻后装上轴承，避免了敲击引起的轴承精度丧失。同时注意装配时主轴冷凝水的处理，避免主轴、轴承生锈。装配后，主轴的径跳0.002mm以内，轴向窜动：0.000mm，间隙0.001mm，完全满足生产工艺要求，且试转后温升不超过38 oC。5轴承承载力和转速的校核轴承的承载力往往体现在轴承寿命方面，在此结构基础上验证轴承寿命。Lh=106/60*n*(f1*C/P)Lh=基本额定寿命（h）n=主轴工作转速（1637r/min）f1=温度系数，工作温度小于120，取1C=基本额定动载荷，查表为62.1X2=124.2KNP=当量动载荷，考虑砂轮主轴与主轴轴承的力矩关系（65/2+30+15+72）*Fn=P*72可得P=2292N=寿命指数，球轴承取3综合上数据计算轴承Lh=27131小时3年，满足使用要求。在油脂润滑方式下，查得极限转速3800r/min,满足最大工作转速要求。四、改造效果该设备经过改造后，使用和维护成本大幅降低，维修要求也降低不少，本单位维修钳工就能完成更换轴承，维修效率高。由于该项改造滚动轴承的支撑力强，整个磨头主轴刚性增强，可以进行大吃刀磨削，且没有出现磨削表面振纹现象，经过检测磨削滚道表面光洁度不低于Ra0.4。五、小结这几年随着滚动功能部件行业的发展，现在角接触球轴承的制造精度也越来越高，无论它的工作精度和自身的刚性都能满足精密和超精密加工了，以前的滑动轴承存在使用环境要求高、维修困难、维修成本高、精度丧失难恢复等缺点，应渐渐让滚动轴承替代。以后我们计划把单位里面的老旧的静压主轴逐步改造为滚动轴承形式，不断提升企业自身设备改造能力。三、措施和结论综上可知，冲压零件的表面质量问题，除了传统认知下的因工艺和模具原因引起，造型的设计，即A面的特征也是会被评审评价为表面质量缺陷的，这就要求我们在分析冲压覆盖件缺陷成因时，一定要多种因素综合考虑，找到具有说服力的证据，对应着发现造成缺陷的真因，才能最终解决问题。针对产生问题的原因，制定的对应措施如下：（1）申请产品设变，改善A面造型特征，降低造型深度在0.02mm以内，或让A面特征优化到不会被评价为缺陷为准。（2）模具各工序型面随着产品造型的更改而修改，达到与产品造型保持一致。最终，此处缺陷得到减轻，从B缺陷下降到C缺陷，整车质量评价不扣分。四、结束语造型特征和A面结构形式会对零件的表面质量产生较大的影响，影响程度不亚于工艺及模具调试带来的缺陷。故在冲压覆盖件生产准备的过程中，前期CAS数据及造型A面的评审，对后期的零件表面质量要求的达成有着重要的联系。虽然本文案例通过设变解决了缺陷问题，提升了整车质量。但如果在造型设计时期，CAS数据锁定前进行评价和预测，能够提早发现问题，申请设计变更，消除造型对评审评价的影响，节省后期的周期和人力等成本，这对于越来越追求高质量短周期的冲压行业，是有重要意义的。参考文献：1贾晓峰,董家玲,贾文彬.后车门总成尺寸问题影响因素研究J.模具工业,2021,05:72-74 22021年2月汽车工业经济运行情况J.世界制造技术与装备市场,2021(02):90.3龚玉禄,胥媛媛.基于AutoForm的顶盖加强板同步工程剖析J.锻造与冲压,2022(08):46-50.4王丽珠,容胜忠,苏飞宇,阳学,杨欢.基于AutoForm预测及改善汽车外覆盖件翻边整形的表面缺陷J.模具工业,2021,47(11):52-54+59.DOI:10.16787/ki.1001-2168.dmi.2021.11.011.5许晶,刘宁,周亮.基于Autoform软件对汽车后背门外板工艺分析及优化J.锻压技术,2021,46(11):137-142.DOI:10.13330/j.issn.1000-3940.2021.11.019.6张峰,韦庆峰,韦韡.成形汽车顶盖表面质量缺陷原因分析J.模具工业,2019,45(5):12-15.7孙东继,贺亮,赵金龙.汽车覆盖件表面凹陷的CAE识别方法J.模具工业,2014,05:22-25上接第60页