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汽車覆蓋件生產管理與質量控制研究
汽車覆蓋件作為功能性零件,對整車的安全、隔振降噪性能以及整車造型風格與靜態感知質量等具有重要影響。近年來,隨著汽車行業的迅猛發展與國民消費水平的提升,汽車消費群體不斷年輕化,消費者在購車時除了關注汽車的操控性、動力性和燃油性等基本性能外,越來越關注汽車的造型與靜態感知質量。靜態感知質量主要體現在汽車覆蓋件的表面質量,很大程度決定了產品的市場競爭力與消費者的購買意向。因此如何穩定并提升汽車覆蓋件的表面質量,已成為各大模具廠與主機廠研究的重要課題。現從監測并穩定汽車覆蓋件表面質量的角度出發,結合某主機廠汽車覆蓋件的生產管理流程,介紹了汽車覆蓋件的質量標準、常見缺陷類型與檢測方法。同時以某車型翼子板為例,解析了單件表面缺陷與整車缺陷的對應關系,并在此基礎上通過優化模具結構以達到消除表面缺陷的目的,以期為主機廠沖壓件的生產管理與質量控制提供工程借鑒與依據。
1汽車覆蓋件表面質量標準
01.常見缺陷類型
(a)開裂
(b)起皺
(c)滑移線
(d)生銹
(e)壓痕
(f)凹凸點
圖1 常見缺陷類型
汽車覆蓋件需經過拉深、修邊、整修及沖孔等工藝沖壓成形,在其生產過程中,模具零件承受較大載荷,當壓邊間隙不均勻或板料定位不準確時,常導致模具零件出現疲勞磨損、塌陷、變形等失效,降低了模具成形零件精度及汽車覆蓋件成形質量,汽車覆蓋件產生的褶皺、開裂、壓痕與滑移線等表面缺陷如圖1所示。
02.表面質量分區
汽車覆蓋件分布在整車的不同位置,是整車的主要構成要素。根據整車的裝配構成,同時結合用戶的評審需求,通常根據外觀表面、打開車門后可見表面及不可見表面將整車覆蓋件分為A、B、C、D4個區域,如圖2所示。
圖2 表面分區標準
A區:前后保險杠以上所有可見的汽車外觀件(發動機蓋、頂蓋、行李箱蓋、保險杠高度以上的車門與側圍等部位)。B區:前后保險杠以下的外觀件和一些不易見的外板件部位(側圍部分、膠條以下的車門、側圍框及輪罩等部位)。C區:瞬間可見的內板件(頂蓋的流水槽、尾門,行李箱蓋打開后可見的邊緣部分;加油孔蓋打開以后可見的邊緣部位;前后門保險帶以下的門鎖部位與門框等部位)。D區:瞬間難以看到的內板件(發動機蓋、行李箱蓋打開后可見的部位、前后門與門框的交接處等部位)。
03.表面質量標準
汽車覆蓋件的表面質量具有較高的要求,從用戶的角度與關注度出發,不同表面分區的質量要求各不相同,其中外觀表面如側圍、翼子板和引擎蓋外板等要求較高,不允許存在波紋、起皺、開裂、滑移線和壓痕等缺陷,而且特征棱線要求清晰、平直,曲線應順滑、過渡均勻。各表面分區質量要求如表1所示。2生產管理與質量控制
圖3 汽車覆蓋件生產工藝流程
汽車覆蓋件的生產管理流程主要包括板料接收、落料、沖壓、裝框、檢測與零件出入庫等環節,如圖3所示。為確保覆蓋件的質量,降低不良率,需在工藝流程的輸出端對覆蓋件進行有效監測與控制,現從質量抽檢與GSQE檢測2個方面闡述質量控制流程與方法。
01.質量抽檢模具開發前期,借助Autoform仿真平臺可以模擬分析板料成形過程中易出現縮頸開裂或滑移等缺陷的部位,即高風險區域。在高速自動化沖壓生產模式下,汽車覆蓋件的生產節拍較快,如前后門外板SPM(每分鐘沖次)為10~12次/min,頂蓋SPM為9~10次/min。在此生產模式下,生產線末端員工無法在有限的時間對每個零件所有部位進行全局檢查,只能通過抽檢的方式按照表面質量標準對零件高風險區域進行檢查。
(a)某車型門內板結構
(b)高風險區域
圖4 某車型門內板高風險區域檢查
某車型門內板結構如圖4(a)所示,零件特性、材料力學性能參數及沖壓工藝使a、b區域拉深減薄率分別達28.6%與29.1%,如圖4(b)所示,均高于25%的減薄率設計標準。在批量生產過程中容易因材料性能和壓邊間隙等波動而產生開裂風險,因此將a、b區域定義為該零件的高風險區域。生產線末端質量抽檢時重點關注高風險區域,當出現缺陷時停機排查或按照問題升級流程進行處理,通過該方式可以有效監控生產零件的質量狀態。
02.GSQE檢測全球表面質量評估(globalsurfacequlityevaluation,GSQE)旨在為沖壓成形的鈑金表面建立統一的評審方法與標準以評價其質量。在試生產和批量生產過程中界定裸露鈑金的表面評估標準化流程,通過標準化的檢查方法與量化的缺陷評審方式確定零件的質量等級,作為可接受或一種優先等級進行表面質量改進的手段。每生產批次檢查一件,通過借助平行光墻對沖壓件的表面缺陷進行檢測,當平行光墻發生扭曲或突變時,表明零件表面存在凹坑或滑移線等缺陷,并按照GSQE的缺陷扣分標準評分,GSQE扣分標準如表2所示。某車型側圍GSQE光墻檢測過程如圖5(a)、圖5(b)所示,評審判定A柱頂部A3凸點缺陷如圖5(c)所示。
圖5 GSQE檢測過程
注:ΔA3為A區存在3級壓痕;OB2為B區存在2級凹面;=A3為A區存在滑移缺陷;⊙B3為B區存在3級凸面。受沖壓生產線末端空間及生產節拍的影響,在現有條件下質量抽檢環節無法對覆蓋件進行全局檢查,不能確認零件表面的整體狀態,當模具或板料等因素造成零件缺陷而未能及時辨識時,會使缺陷存在逃逸風險。因此,在質量抽檢的基礎上,每批次生產過程中隨機抽取1個零件進行GSQE檢測,對生產中產生的表面缺陷和變異進行評估和報警,通過提高質量控制的方式最大程度監測汽車覆蓋件的質量狀態。3工程案例應用GSQE作為汽車覆蓋件表面質量的量化評審工具,可以運用于模具設計制造、調試與主機廠量產的全過程跟蹤,現以某車型翼子板為例,闡述如何應用GSQE工具監測并控制各階段沖壓件的質量狀態。
01.模具開發前期
(a)某車型翼子板結構
(b)表面質量虛擬評估結果
圖6 某車型翼子板結構與GSQE虛擬評估結果
項目開發前期,在零件數據鎖定后,專業技術人員借助有限元軟件Autoform對零件的沖壓成形進行全工序模擬仿真分析,規劃并優化沖壓工藝的同時提前辨識因零件特性產生的工藝缺陷,即依托CAE分析軟件的數值仿真功能并按照GSQE的檢測要求開展表面質量虛擬評估分析。某車型翼子板結構與前期表面質量虛擬評估結果如圖6所示。
02.模具制造階段質量控制
為了使模具達到穩定狀態并滿足項目開發初期定義的質量策劃,同時減少模具回廠后的加工與調試工作量,主機廠會開展模具回廠前的驗收工作,并依照GSQE評審標準對沖壓件成形質量進行監控與確認,以快速達到制造階段與模具驗收合格后發回主機廠的表面質量要求。對于不滿足目標分值的零件,主機廠與模具供應商共同梳理并制定GSQE分值降低計劃,整合并調動相關優質資源進行表面質量整改。
03.模具調試階段質量控制
圖7 某車型翼子板GSQE目標值與實際值對比
模具廠內母線調試是模具開發的重要環節,用于提升沖壓件的尺寸合格率與表面質量,使其快速達到可生產的質量狀態。在母線調試過程中,沖壓車間根據當前零件狀態并結合前期的質量策劃制定汽車覆蓋件各階段的GSQE分值目標。以GSQE分值為導向,對比各階段實際值與目標值的差異,制定表面質量的整改計劃并跟蹤整改進展,形成閉環問題管理模式,達到階段GSQE目標分值后才進入下階段的調試工作。跟蹤過程對比如圖7所示。
04.正式生產階段質量控制
沖壓件開始批量生產后,GSQE對沖壓零件成形質量的管理和提升具有重要意義。GSQE可以監測沖壓單件與整車的表面質量狀態,辨識過程變異點。按照沖壓件質量管理控制要求,每批次生產時隨機抽取1件零件進行GSQE評審,跟蹤某車型翼子板一段時間內的GSQE發現,其前端上部出現A2凹印缺陷,采用光墻對整車進行靜態感知評審發現,同樣存在A2凹印且缺陷表現模式一致,單件的凹印缺陷與整車的缺陷表現模式如圖8所示。
(a)單件GSQE評審A2凹印
(b)整車凹印缺陷
圖8 單件與整車缺陷表現模式
在辨識沖壓件表面缺陷后,對拉深、修邊、翻邊及整形等工序進行排查,確認缺陷產生的機理,最終鎖定為翻邊工序因壓料板磨損造成研合不足,導致外觀面材料流動失穩而產生凹印。在此基礎上,對壓料面進行補焊研配,控制翻邊過程外觀面的材料流動,整改后光墻檢測結果顯示凹印缺陷消除。缺陷起因排查、模具修復及整改前后對比如圖9所示。
圖9 凹印缺陷整改過程
工程實踐結果顯示,采用GSQE標準對汽車覆蓋件表面質量進行評審,可有效辨識其表面缺陷,快速發現問題并抑制問題的惡化,對模具改進、生產過程質量控制及提升整車靜態感知質量具有重要指導意義。
▍原文作者: 韋榮發,覃亮,唐廣杰,孫凌霄,黃崢松
▍作者單位:上汽通用五菱汽車股份有限公司
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