■ 黃平華

1. 概述

后蓋總成在整車裝配中是屬于比較重要的零件，在后圍匹配中處于核心位置，和兩側(cè)側(cè)框及后保險(xiǎn)杠、玻璃等都存在匹配關(guān)系。在車型開發(fā)過程中，后蓋總成作為一個(gè)獨(dú)立個(gè)體，不可避免地會(huì)有一些匹配問題會(huì)被重點(diǎn)抱怨。按照一般邏輯，后蓋總成的尺寸問題不外乎有兩個(gè)原因造成：第一是單件尺寸超差，第二是生產(chǎn)過程中帶來的尺寸偏差。從而解決問題的方式也就是優(yōu)化單件尺寸或優(yōu)化總成的工裝及生產(chǎn)過程。然而優(yōu)化已經(jīng)客觀存在的缺陷會(huì)造成大量的單件模具調(diào)試工作，以及工裝夾具的調(diào)試優(yōu)化工作，在增加項(xiàng)目成本的同時(shí)優(yōu)化效率也不高。

本文針對(duì)某在產(chǎn)車型后蓋總成存在的角部尺寸塌陷和激光焊區(qū)域尺寸偏差問題，創(chuàng)造性地從零件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)角度出發(fā)，討論哪種結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)可以避免或改善上述的一些尺寸問題，從而在今后的新產(chǎn)品設(shè)計(jì)開發(fā)階段就可以把這些有利的信息應(yīng)用進(jìn)去，提高產(chǎn)品設(shè)計(jì)的成熟度。

2. 角部塌陷問題分析及優(yōu)化方案

三廂后蓋在折邊時(shí)經(jīng)常會(huì)遇到一個(gè)問題，就是后蓋后部的兩個(gè)尖角在折邊后出現(xiàn)角部塌陷，影響尺寸匹配的同時(shí)也會(huì)出現(xiàn)表面缺陷，如圖1所示。

在檢查折邊工藝和折邊設(shè)備后，發(fā)現(xiàn)后蓋后部尖角的設(shè)計(jì)狀態(tài)就是不折邊，僅僅是通過角推把后蓋外板的翻邊角度向內(nèi)推，如圖2所示。

在試驗(yàn)過程中發(fā)現(xiàn)，由于后蓋外板零件在角部位置成形硬化，剛度特別大，需要較大的角推力才能把翻邊面推到理想位置。而后蓋內(nèi)板距離角部太遠(yuǎn)，有約7mm距離，導(dǎo)致在角推過程中外板零件的尖角部位處于自由狀態(tài)，缺少內(nèi)板零件的支撐和壓料板的壓合作用，如圖3所示，從而出現(xiàn)角部塌陷。

圖1 后蓋角部塌陷

圖2 后蓋角部折邊工藝

基于這種狀態(tài)，我們可以考慮在沖壓車間修邊條件允許的情況下，把內(nèi)板零件角部的圓角縮小到R3mm，此時(shí)內(nèi)板角部與外板圓角根部的距離就縮小到3.2mm，如圖4所示。

根據(jù)建議優(yōu)化沖壓模具得到新的內(nèi)板零件后，把角推工位壓料板通過焊接獲得更多的壓料面積，同時(shí)把壓料板和零件進(jìn)行研配，最終獲得折邊后的后蓋總成情況如圖5所示，可以看到角部塌陷改善了很多。

需要注意的是，把內(nèi)板圓角延長后可能會(huì)產(chǎn)生新的問題，內(nèi)板角部鈑金偏軟，如某車型后蓋內(nèi)板在生產(chǎn)過程中發(fā)現(xiàn)了如圖6所示的零件變形，經(jīng)過過程跟蹤發(fā)現(xiàn)是在沖壓機(jī)械手把零件放置在輸送帶上時(shí)造成的變形。

檢查該車型后蓋內(nèi)板零件，發(fā)現(xiàn)在角部的咬邊法蘭面比較寬，尖角距離內(nèi)板造型加強(qiáng)筋較遠(yuǎn)從而導(dǎo)致尖角偏軟（見圖7）。

圖3 后蓋角部位置內(nèi)板與外板的設(shè)計(jì)狀態(tài)

圖4 后蓋內(nèi)板優(yōu)化設(shè)計(jì)方案

圖5 內(nèi)板角部延長后后蓋塌陷優(yōu)化狀態(tài)

對(duì)比以往車型后蓋內(nèi)板造型及實(shí)際生產(chǎn)狀況，得出經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)：為保證后蓋內(nèi)板尖角的剛性和穩(wěn)定性，尖角和內(nèi)板造型加強(qiáng)筋距離需小于30mm。

綜上所述，為保證后蓋總成在后蓋尖角處的尺寸質(zhì)量以及穩(wěn)定性，對(duì)于后蓋內(nèi)板尖角處的零件設(shè)計(jì)需要同時(shí)滿足兩個(gè)條件：①在滿足沖壓模具零件生產(chǎn)以及折邊模內(nèi)外板合攏的情況下，后蓋內(nèi)板角部與外板圓角根部的距離越小越好。②后蓋內(nèi)板尖角和加強(qiáng)筋的距離需小于30mm。因此，對(duì)于后蓋內(nèi)板角部的設(shè)計(jì)可采用圖8所示造型。

3. 激光焊接面質(zhì)量問題分析及優(yōu)化方案

圖6 后蓋內(nèi)板角部生產(chǎn)過程中變形

圖7 后蓋內(nèi)板角部造型

圖8 后蓋內(nèi)板角部造型優(yōu)化建議

目前，上汽大眾三廂車后蓋的設(shè)計(jì)方案基本上都是上下板通過激光焊接，然后再和后蓋內(nèi)板進(jìn)行咬邊。激光焊接面的質(zhì)量好壞會(huì)直接影響后蓋總成在Z向和X向的功能尺寸，反映到裝車就有可能會(huì)影響到后蓋總成下部與后保險(xiǎn)杠之間的縫隙匹配及后蓋兩側(cè)與后保險(xiǎn)杠之間平整度匹配。當(dāng)然，這兩個(gè)匹配問題由很多因素造成，如后蓋下部本身的尺寸超差，后蓋內(nèi)板在X向的尺寸回彈及折邊損耗的控制等。在此僅針對(duì)后蓋外板上部激光焊接面質(zhì)量控制方面進(jìn)行相對(duì)深入分析。

一般后蓋外板上板激光焊接面的結(jié)構(gòu)如圖9所示，法蘭邊緣除了有兩個(gè)缺口，是平坦的。

為保證激光焊接面的平整度質(zhì)量，沖壓模具在設(shè)計(jì)斜楔翻邊模時(shí)會(huì)采用增加下托料的翻邊方式來控制翻邊法蘭起皺和保證尺寸的穩(wěn)定性，但這種設(shè)計(jì)同時(shí)會(huì)造成法蘭面向外翻轉(zhuǎn)，如圖10所示黑色虛線的實(shí)際零件和紫色理論零件位置的偏差。

圖9 某A車型后蓋外板上部激光焊接面區(qū)域結(jié)構(gòu)

圖10 增加下托料翻邊示意

同時(shí)在翻邊完畢后由于法蘭邊緣存在應(yīng)力釋放會(huì)導(dǎo)致激光焊接面的尺寸波動(dòng)很大，如圖11所示，某A車型后蓋外板單件的測量報(bào)告顯示，激光焊接面左右尺寸落差達(dá)8mm。這種尺寸落差在激光焊接的時(shí)候盡管可以通過總成夾具進(jìn)行強(qiáng)制壓合然后完成激光焊接，對(duì)激光焊接的質(zhì)量影響不是很大，出現(xiàn)焊接中斷、脫焊的概率不是很高。但后蓋外板上下部焊接完成后，不可避免會(huì)存在一些應(yīng)力。而這種殘余應(yīng)力在涂裝車間進(jìn)行電泳及烘干工序時(shí)會(huì)得到釋放從而導(dǎo)致后蓋變形。這種不可控的影響對(duì)后蓋裝車影響比較惡劣，我們還是要從根本上想辦法去解決。

既然是由于斜楔翻邊后的殘余應(yīng)力釋放導(dǎo)致的焊接面尺寸偏差，那我們可以從殘余應(yīng)力的方面著手來加以控制。因此，在某個(gè)新車型B的開發(fā)過程中，就在該激光焊接區(qū)域的造型設(shè)計(jì)方面提出新的方案：在法蘭邊緣部位增加一條加強(qiáng)筋，如圖12所示。

這條加強(qiáng)筋的成形是在完成整個(gè)激光焊接面的翻邊后完成的，和翻邊面上的其他特征一起成形。在造型方面就可以很好地控制翻邊后產(chǎn)生的應(yīng)力釋放，同時(shí)讓沖壓模具有一個(gè)整形工序，可以來調(diào)整該法蘭邊緣部位的尺寸。如圖13所示，B車型后蓋外板上部的測量報(bào)告中顯示，這種增加加強(qiáng)筋的后蓋外板激光焊接面左右的尺寸落差僅有2mm，且左右基本上對(duì)稱。

B車型后蓋外板造型設(shè)計(jì)獲得了一定成績，比起A車型尺寸落差8mm有了很大改善。根據(jù)自身的經(jīng)驗(yàn)積累和判斷，如果在激光焊接面區(qū)域除了增加加強(qiáng)筋，再增加一兩個(gè)工藝缺口，應(yīng)該可以使得該區(qū)域在翻邊過程中應(yīng)力釋放更加徹底，激光焊接面的相關(guān)尺寸得到更好的控制，如圖14所示。這類的后蓋外板設(shè)計(jì)已經(jīng)應(yīng)用在新的項(xiàng)目中，然而目前零件還沒有量產(chǎn)，具體的對(duì)于零件優(yōu)化的效果還有待進(jìn)一步驗(yàn)證。

圖11 某A車型后蓋外板上部激光焊接面區(qū)域尺寸偏差

圖13 B車型后蓋外板上部激光焊接面區(qū)域尺寸偏差

圖14 后蓋外板上部激光焊接面區(qū)域結(jié)構(gòu)優(yōu)化建議

4. 結(jié)語

在項(xiàng)目開發(fā)前期，可制造性分析對(duì)于零件的設(shè)計(jì)非常重要，直接關(guān)系到單件及總成裝車的質(zhì)量。針對(duì)三廂后蓋總成常見的角部尺寸塌陷和激光焊質(zhì)量兩個(gè)問題進(jìn)行了深入分析討論，同時(shí)結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)現(xiàn)場經(jīng)驗(yàn)，獲得了一些可以明顯改善單件和總成質(zhì)量的設(shè)計(jì)理念：①在滿足沖壓模具零件生產(chǎn)以及折邊模內(nèi)外板合攏的情況下，后蓋內(nèi)板角部與外板圓角根部的距離越小越好。②后蓋內(nèi)板尖角和加強(qiáng)筋的距離需小于30mm。③后蓋外板上部激光焊接面區(qū)域的法蘭邊緣需要有加強(qiáng)筋，同時(shí)開工藝缺口。