汽车发动机盖包边模的调试方法研究

陈文锋，曾昭亮，杨玉贵

（四川成飞集成科技股份有限公司，四川成都 610091）

1 引言

汽车包边是将汽车上两个或多个制件连接到一起的工艺，其中，包边模由于生产过程中采用一次动作完成对制件的定位、压料、预包边和包边，其上下模还可对制件进行几何形状的校正，这种工艺设备的生产效率，制件品质，稳定性，与其他包边工艺设备相比具有明显的优势，在国内汽车厂家中运用的较广泛。由于这种工艺方法引进于日本，在每个车型中，所需的量又不是很大，所以国内对这种模具的生产调试经验比较少。通过总结最近这几年对相关项目的包边模的调试经验总结，以最具代表性的汽车发动机盖为实例，介绍这个制件的常见质量缺陷，具体分析产生的原因，及模具的调试解决方案，为将来的其它包边模提供合理高效的调试方案。

2 包边模常见缺陷及排除方法

汽车发动机盖包边模，是将发动机盖内板与外板连接到一起的工艺设备，它是通过机床提供动力，做上下往复运动，在向下运动过程中，通过定位销，压料板，预弯机构，主弯镶块实现对制件的定位，压料，预弯，主弯动作。其中制件的表面质量和外形尺寸偏差，大部分出在预弯和主弯阶段。以下通过实例，具体介绍包边模的常见缺陷的排除方法。

2.1 面品缺陷及排除方法

2020 年5 月，在调试长安福特某项目的发动机盖时，发动机盖包边后，前挡风玻璃处的两处尖角出现凹陷（见图1），与翼子板搭接处的两处圆弧R出现了轮廓不顺畅现象（见图2）。间隙在2.3~3.0mm，间隙差达到了0.7mm。在试生产阶段，轮廓不顺畅位置和大小还不稳定。出现大批量的返修，严重影响生产效率。

图1 表面凹陷图

图2 轮廓尺寸图

如图1所示，通过对制件尖角处进行分析，可以看出制件尖角处，有一段圆弧，在外板预弯和主弯过程中，由于圆弧处往内包边，该段圆弧包边后会缺料，受缺料拉应力的影响，随着主弯力的消失而释放，所以在调试时，应该先从减小内应力上入手。

（1）从减小单件的内应力入手，用圆弧公式：

式中N——圆弧对应的圆心角度

π——圆周率

R——圆弧半径

可计算处该段圆弧缺料情况。该段圆弧R为300mm，圆弧对应角度为30°，翻边高度为10mm，通过公式可以算出：

包边后的翻边线长度为：

通过计算可以看出，两段圆弧缺料为：

在公式中可以看出，翻边高度越短，对圆弧的影响越小。在查阅了长安福特的技术标准后，将翻边高度降到了5mm 通过公式可以算出，改进后，圆弧L2=30×3.14×（300+5）÷180=159.62mm。

缺料长度L2-L1=2.62

通过对外板翻边高度的降低，可以看出圆弧缺料优化了很多。

（2）对包边模的改进。在包边过程中，模具尽量做到对材料的全约束，任何一个地方的应力释放或者应力突变，都会反映在制件的表面上。所以要全面检查模具的每一个细节。

a.应先检查制件与下模型面的贴合程度，因为外板单件在成型过程中，材料受挤压力，剪切力，弯曲力，材料表面硬化等影响，由于残余应力的释放，会有弹性变形。所以要检查制件与下模型面是否一致。如果外板与下模不一致的话，制件在压料阶段，将力作用在外板上，外板与下模型面不符，在压料的时候就将制件表面压变形。具体的检查方法是先将单件外板涂上红丹，放入下模，用手按压制件，通过着色检查是否型面一致。通过着色检查后，发现外板制件与下模有0.2mm 的间隙。所以要将制件与下模进行研磨协调。经过协调好的下模，制件与下模形成至少20mm宽的一致形状，这个宽度，正好是压料板和主弯镶块对下模施加力的最小宽度。

b.在包边模预弯过程中，要尽量控制预弯变形的区域，因为预弯变形区域越小，制件面品质量越高。在预弯过程中，预弯镶块是向制件翻边轮廓法向做运动，如图3所示。

力F1是往法向方向的，制件预弯后角度越小，制件的形变区域就越大，所以要尽量的增大预弯角度。通过改变预弯角度，反复试验，发现预弯角度只要小于或等于75°，都可以顺利的主弯，而且预弯角度对轮廓的缩进影响最小。所以，将制件预弯角做成75°，以减小预弯变形区域。由于向内变形区域越小越好，通过图3 可以看出，压料板离制件边缘是最近的，还可通过压料板对制件垂直方向增加压料力，让外板与下模紧密贴合，以达到减小预弯变形区域的目的。施压压力以不破坏制件表面面品为原则，通过减小单件的内应力和对预弯变形区域的控制，改进后的包边制件，包边面品得到了很大的提高，如图4所示。

图3 预弯镶块运动轨迹图

图4 表面质量图

2.2 制件圆弧轮廓不顺畅包边不良及解决方法

通过图5（试模产品）可以看出该段圆弧的间隙在2.3~3.0mm，圆弧的间隙差达到了0.7mm，误差非常的大。该段圆弧在法向上还呈反弧形。圆弧包边后材料会多出一部分，通过图6还可看出，在包边过程中，每段圆弧所受力方向还不同。

图5 轮廓间隙图

图6 局部包边起皱图

制件的形状，决定了在主弯过程中，由于包边多余材料易产生起皱，想要均匀的在圆弧分散多余材料的应力非常的困难，如图7所示。

图7 产品造型图

首先是对模具结构的分析，模具该处由于受空间的限制，只能安装一组预弯机构，如图8所示。整段圆弧在预弯过程中，只能向一个方向运动。由于制件圆弧处的特殊形状，每段圆弧上的初始角度都不同，而模具采用这种结构后，只能完成一种预弯角度，在工作过程中，造成角度大的位置先接触，角度小的位置后接触，圆弧中间的材料会向两侧挤压，挤压应力出现不均匀，材料会提前在圆弧某段出现起皱，在接下来主弯过程中，直边材料还会向薄弱点挤料，造成起皱点材料越来越多。包边后的制件，会往外卷料，造成轮廓不顺畅。

图8 预弯斜锲图

问题找到后，首先还是先从制件的根本原因入手，解决制件多料问题。制件外板圆弧翻边高度为8mm，圆弧半径为R90mm，弧长对应角度为45°，多余材料可以用圆弧公式L=Nπr/180计算。

包边后弧长L2=45×3.14×（90-8）÷180=64.37mm

多余材料L1-L2=6.28mm

通过计算可以看出，该段圆弧包边后，材料多出了6.28mm，经过对长安福特的技术标准核定，确定包边高度最低可以为5mm，由弧长公式可以算出:

改进后，多余材料L1-L2=3.93mm

通过对单件的改进，可以大大减少多余的材料，对接下来包边模调试非常的有利。

前面在模具分析中看出，模具在工作过程中，主要还是预弯出现了材料不均匀堆积现象，才造成了主弯后的制件轮廓不顺畅。所以，在模具调试中要对预弯镶块进行改进。

在改进中，发现制件轮廓不顺的位置不稳定，给模具的调试又增加了很大难度。通过对预弯镶块的分析，发现是模具在预弯时，预弯镶块与外板单件圆弧不一致，在预弯过程中不能对材料进行全程的约束，照成预弯后起皱的点不稳定，最后包完边的制件圆弧质量不稳定。要做到预弯稳定，必须对材料在预弯过程中进行全程约束。

为了更准确的判断问题，需要做以下的准备工作：

第一步：为方便直观看制件包边后轮廓走料情况，减少对质量缺陷的误判，需要将制件圆弧轮廓处用刻线刀进行刻线，如图9所示。

图9 产品圆角图

第二步：为方便观察预弯过程中的走料情况，需要将制件圆弧处涂上红丹着色。

第三步：为找到预弯镶块圆弧与下模制件圆弧的准确位置，可将准备好的制件放入下模，用记号笔画出制件圆弧与模具对应的圆弧线。做好以上工作后，将外板件取出，将预弯机构弹簧卸下，模拟预弯镶块工作到下行程点状态，对预弯镶块圆弧与制件圆弧进行匹配研磨，做到预弯镶块圆弧与制件圆弧一致，预弯镶块工作到底状态在制件圆弧的根部，这样研配好的预弯镶块，在预弯过程中才能对材料进行全程约束。

经过以上的改进以后，放入准备好的外板和内板，进行预弯。通过预弯后的制件，发现由于受预弯机构只能往一个方向运动的限制，圆弧中间的材料还是向两侧挤压堆积，出现起皱，如图10所示。

图10 圆角预弯后图

最后，将制件进行分段的主弯，在分段主弯的最后阶段，由于制件圆弧处的特殊形状，包边过程中，不是标准的扇形包边，而是一个反成形包边，主弯过程中，每段材料受力不均匀，直边材料翻边高度比圆弧处的高，提前与主弯镶块接触受力，将材料往圆弧上推挤，当出现起皱后，所有的多余材料都往薄弱点堆积，包完边的制件，材料多的位置，轮廓往外卷，材料少的位置往里卷，造成总成轮廓间隙大小不均，圆弧不顺畅。在现场通过试验发现，只要用手工敲击预弯，预弯后的制件呈波浪形（见图11），主弯后的圆弧轮廓就很圆顺。因此，在此基础上提出了材料引导的概念，就是在圆弧预弯过程中，将多余的材料分多点，引导到需要的地方，让主弯后的制件材料均匀的扩散在圆弧上，达到圆弧轮廓圆顺的目的。

图11 圆角手工预弯图

具体的调试方法：先在制件轮廓上用刻刀划线，将制件放入模具内，再将预弯镶块圆弧处，按3 处等分，分别焊3个宽5mm，高3mm的凸点，焊好后打磨圆顺，一切准备工作做好后，做一个全动作件，通过看所刻的线在轮廓边缘位置的变化，就可看出材料的卷边走料情况。在这种状态下，预弯后的制件会出现3处凹陷点，在主弯过程中多余的材料会向预先做好的凹陷点流动，凹陷点的材料会往外卷料。这时，再对这3个点内的圆弧进行优化，在每一段内增加一个点，对多余材料进行再引导，让材料均匀分散在整段圆弧上，达到圆弧轮廓圆顺的目的。通过改进后，包边的制件间隙控制在了2.7~3.0mm（见图12），圆弧轮廓顺畅（见图13），效果非常好。

图12 整改后轮廓间隙图

图13 整改后表面质量图

经过以上改进后的模具，连续生产了6万多件，模具非常稳定，产品质量得到了客户的一致好评。以上的调试方法，还可以应用到其他的包边模调试中，如汽车前、后门、行李箱、背门等，经过多年的验证，具有很好的效果。

3 结束语

汽车包边模调试是一种很复杂的工作，需要综合运用相关单件的冲压工艺知识，单件的质量控制，焊装焊接工艺，车身质量管控等相关知识，只有努力学习探索，不断的总结经验，才能更好的制造调试出高品质的模具和产品。