侯旭初 吳鋒 王國 劉尉 李駿 黃喜龍

（肇慶小鵬新能源投資有限公司，肇慶 526000）

1 前言

在節(jié)能減排要求和環(huán)保意識日趨提高的環(huán)境下，新能源汽車行業(yè)踏入發(fā)展的快車道[1]。提高車身中輕量化材料所占比例有利于汽車輕量化目標(biāo)達成和提高續(xù)航里程。鋁作為最常用的輕量化材料，其密度約為鋼密度的1/3，以鋁板作為沖壓板料能夠在提供良好耐蝕性的同時實現(xiàn)汽車輕量化，提升汽車性能。但是鋁板，尤其是在以國產(chǎn)鋁板為原料制造汽車外覆蓋件時，普遍存在一次合格率（First Time Through，F(xiàn)TT）較低的問題[2]。

2 行業(yè)現(xiàn)狀

經(jīng)調(diào)研，國內(nèi)主流廠家如寶馬、福特、通用使用的鋁板均為進口鋁板，沖壓出的零件FTT 普遍在85%~91%。而國產(chǎn)鋁板在沖壓FTT 大約在70%~85%，項目初期甚至低于50%。以某公司返修率較高的某車型鋁發(fā)蓋外板為例，2022 年1~2 月FTT 為85%，經(jīng)過分析，導(dǎo)致發(fā)蓋外板返修的主要不良有麻點、刮痕、壓傷和壓過劃痕，其中壓過劃痕是鋁卷在軋制過程中板面與輥道上與其它異物接觸，導(dǎo)致鋁材表面被刮起劃痕或鋁屑，軋制后劃痕或鋁屑被壓合并形成一條顏色與其它基體有差異的條狀、平滑的缺陷。對鋁發(fā)蓋外板返修原因進行統(tǒng)計，如表1 所示。沖壓總數(shù)量為12 366 件，麻點和刮痕所占比例分別達到41.2%和37.2%。當(dāng)前鋁發(fā)蓋外板的綜合FTT 為85%，想要提升汽車鋁制外覆蓋件FTT 至行業(yè)領(lǐng)先水平勢必要優(yōu)先解決麻點和刮痕的問題。

表1 某車型鋁發(fā)蓋外板缺陷統(tǒng)計（1～2月）

3 麻點產(chǎn)生的原因及對策研究

沖壓工藝主要包括拉延、修邊、沖孔、翻邊和整形，而麻點主要產(chǎn)生于沖壓工藝中的拉延工序，一般是在上模下行的過程中，板料或者模具中攜帶的異物復(fù)刻在零件上而產(chǎn)生。根據(jù)攜帶的異物大小及對沖壓件產(chǎn)生的影響又可以細(xì)分為麻點、坑包和壓痕，通常麻點所占比例最大。對造成發(fā)蓋外板麻點的異物進行收集，主要包括如圖1 中的鋁板邊沿毛刺、黑色油泥、鋁皮和聚氨酯碎屑在拉延過程中壓成的透明膠狀物。

圖1 造成麻點的異物

材料、設(shè)備和模具是構(gòu)成沖壓加工的三要素，人、機、料、法、環(huán)是沖壓生產(chǎn)的5 個維度。因此針對異物造成的零件表面麻點，采用魚骨圖從人、機、料、法、環(huán)5 個維度和材料、模具、設(shè)備3 方面深入分析，討論導(dǎo)致麻點發(fā)生的根本原因，制定相應(yīng)對策以降低麻點出現(xiàn)的概率，根本原因分析及詳細(xì)對策如下。

3.1 材料：板料自身潔凈度不足

對于沖壓板料來講，從鋁錠到板料一般需要經(jīng)過鋁卷制備、開卷落料和物流配送3 個階段，首先是鋁錠在鋁廠熔煉、軋制并縱切成鋁卷，隨后鋁卷送往落料廠落料得到鋁板，最后通過物流配送至沖壓廠經(jīng)沖壓線體加工成形得到鋁發(fā)蓋外板。

3.1.1 鋁卷制備

鋁卷的制備流程如圖2 所示，將鋁錠加熱熔煉、鑄造、熱處理并進行機加工得到熱軋所需坯料，坯料經(jīng)預(yù)熱后進入熱軋機熱軋，熱軋后的坯料經(jīng)冷軋機冷軋后完成軋制，軋制后的鋁帶經(jīng)熱處理、表面處理和預(yù)時效處理提高材料性能，隨后鋁帶經(jīng)人工和表缺儀檢驗合格后分卷剪切為鋁卷，由行車調(diào)運到后庫進行包裝，得到性能符合要求的鋁卷。

圖2 鋁卷制備流程

從鋁卷制備階段入手，分析發(fā)現(xiàn)，鋁卷制備階段可能產(chǎn)生的缺陷包括鋁屑、異物黏附、邊沿毛刺、壓過劃痕、白點、輥印、黃色油泥，這些缺陷中，鋁屑、異物黏附和毛刺3 種缺陷最容易導(dǎo)致麻點的產(chǎn)生。由于鋁廠在鋁板卷曲階段配備有視覺識別系統(tǒng)，并且在每批次生產(chǎn)中人工輔助排查鋁卷表面狀態(tài)，確認(rèn)在母卷表面無鋁屑和異物黏附，因此可以確定導(dǎo)致發(fā)蓋外板麻點頻發(fā)問題與鋁屑及異物黏附關(guān)系不大。隨后，在鋁廠庫房發(fā)現(xiàn)，鋁廠生產(chǎn)的鋁卷很多都存在邊沿毛刺的情況，邊沿毛刺一般產(chǎn)生于調(diào)整卷寬的鋁卷分切階段，經(jīng)過縱切刀具切除卷料邊部多余部分，得到符合客戶尺寸要求的鋁帶。鋁卷縱切工序如圖3 所示，上下刀軸間的距離越近，上下刀具垂直方向的距離越小，即刀具間的垂直間隙越小。水平間隙則主要通過調(diào)節(jié)上部刀軸上鋼環(huán)的厚度改變，鋼環(huán)寬度越大，上部刀軸兩側(cè)的刀具越靠近外部，上下刀具間的水平間隙越大。鋁卷邊沿毛刺一般與冷軋后縱切刀具間隙有關(guān)，縱切刀具間隙的匹配度對于縱切工序至關(guān)重要。

圖3 鋁卷縱切工序

當(dāng)水平間隙和垂直間隙不合適時，容易導(dǎo)致鋁卷切邊后邊沿存在毛刺，如圖4 所示。通過反查鋁卷縱切工藝參數(shù)，生產(chǎn)6 系鋁卷所用縱切刀具的水平間隙和垂直間隙均偏大，配刀間隙偏大導(dǎo)致鋁卷邊部存在毛刺。對鋁卷冷軋后縱切刀具間隙進行調(diào)試配比，得到了厚度為1 mm 的6 系鋁卷縱切刀具不同間隙配比下鋁卷邊沿毛刺情況，如表2所示。通過調(diào)整縱切刀具間隙，鋁板邊沿毛刺問題得到解決。

圖4 鋁卷切邊刀間隙

表2 不同縱切刀具間隙配比下鋁板邊沿毛刺形貌

3.1.2 開卷落料

對鋁卷落料階段進行監(jiān)察，發(fā)現(xiàn)落料廠的落料線清潔度不達標(biāo)，判定在落料過程中可能會導(dǎo)致鋁板表面間黏附異物。針對板料生產(chǎn)過程中潔凈度不足的問題，與落料廠協(xié)作，通過建立和完善全面的生產(chǎn)線體日常清潔保養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)，包括清潔內(nèi)容、作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和清潔頻率，涵蓋備料區(qū)域、循環(huán)喂料區(qū)域、壓機區(qū)域和堆垛、皮帶區(qū)域，覆蓋整條產(chǎn)線。針對堆垛皮帶區(qū)域，除日常清潔外，定期對皮帶進行拆除，對真空閥區(qū)域和皮帶進行深度清潔，此外要求在開始生產(chǎn)時切除鋁卷最外2～6 圈，避免異物進入線體，以保證鋁板生產(chǎn)質(zhì)量。整改措施落實后，鋁發(fā)蓋外板FTT 有了明顯提升。

3.1.3 物流配送

除鋁卷制備和開卷落料外，物流配送同樣影響鋁板的表面質(zhì)量。物流配送環(huán)節(jié)，主要應(yīng)注意板料外包裝是否破損、定位桿是否固定到位和板料托盤上防滑墊使用是否規(guī)范三方面。外包裝完整能夠保證板料在運輸過程中不被污染，定位桿固定到位且防滑墊使用規(guī)范能夠防止板料壓傷及材料移位。針對鋁板本身，尤其是外板件常用的6系鋁板，需注意配送板料的生產(chǎn)日期，避免過期材料入庫。

3.2 模具：模具清潔保養(yǎng)不到位

在生產(chǎn)模具方面，可能造成麻點問題的原因主要為模具潔凈度不足。具體表現(xiàn)在模具未按照保養(yǎng)規(guī)范進行保養(yǎng)、修模后潔凈度管理不足、模具存放環(huán)境較差或模具點檢不到位4 個方面。

對于模具保養(yǎng)及潔凈度管理不足的問題，通過進一步完善模具一二級保養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)及生產(chǎn)現(xiàn)場5S的嚴(yán)格執(zhí)行來控制模具清潔度，還應(yīng)對模具上模框架進行黃油涂抹，并且在生產(chǎn)完成后用薄膜進行覆蓋，避免模具中存在異物導(dǎo)致在生產(chǎn)過程中零件表面麻點的產(chǎn)生[3]。針對點檢不到位的問題，一方面加強點檢過程的監(jiān)督，另一方面定期進行埋雷測試提高模修人員工作認(rèn)真程度，判斷點檢是否到位。

模具狀態(tài)也是影響沖壓件FTT 的一項重要因素，如拉延模具鍍層脫落。鍍鉻層局部脫落會導(dǎo)致模具表面摩擦力增大，鋁粉的數(shù)量增多，使鋁粉出現(xiàn)在模具型面的概率提升，容易導(dǎo)致零件麻點的出現(xiàn)。對于修邊工序，模具刃口鈍化、模具間隙不均勻或上/下模長期振動沖擊使得修邊過程產(chǎn)生鋁屑或毛刺[4]，不僅容易造成零件表面出現(xiàn)麻點或壓痕影響產(chǎn)品的外觀，而且對產(chǎn)品的性能同樣存在一定的影響。預(yù)防毛刺的產(chǎn)生首先要保證上/下模具刃口的加工精度及裝配質(zhì)量，其次還要保證上/下模具刃口垂直度和合適的間隙，以及保證模具刃口類金剛石薄膜（Diamond Like Carbon，DLC）鍍層狀態(tài)良好、無崩刃及磕傷，從而盡可能地避免毛刺的產(chǎn)生，降低麻點產(chǎn)生頻次。

3.3 設(shè)備：設(shè)備清潔管理不規(guī)范

沖壓線體一般是封閉式機構(gòu)，線體內(nèi)設(shè)備設(shè)施潔凈度不足，尤其是清洗機清洗油中混入物含量超標(biāo)、皮帶滾輪和端拾器未定期清潔或材料分離器表面較臟時，板料在經(jīng)過材料分離器分離、清洗機清洗、皮帶機傳送、機器人抓拾并放到拉延模的過程中，表面會沾染異物或黑色油污，拉延后零件表面會出現(xiàn)麻點。因此要加強沖壓線體內(nèi)的清潔管理，除日常頻次的5S 管理外，合理考慮開展定期的線首單元等重點設(shè)施和設(shè)備的專項清潔[5]，對于清洗機中清洗油的品質(zhì)把控，要定期檢測清洗油中混入物含量，定期更換清洗油以降低由于設(shè)備原因而導(dǎo)致的零件表面麻點。

通過制定針對性的對策對麻點問題進行管控，鋁發(fā)蓋外板的FTT 從82%提升至89.5%，盡管FTT 有了明顯提升，但仍未達到行業(yè)領(lǐng)先水平。為了使發(fā)蓋外板FTT 穩(wěn)定在92%以上，對影響發(fā)蓋外板FTT 的刮痕問題進行研究。

4 刮痕的產(chǎn)生及對策研究

針對鋁制發(fā)蓋外板刮痕缺陷較多的問題，首先對落料過程進行檢查，落料線體的維護是影響鋁板品質(zhì)的決定性因素[6]。落料廠生產(chǎn)線如圖5 所示，從圖中可以看出鋁卷從開卷機開卷到板料在堆垛機堆垛需要經(jīng)過清洗機、矯直機、皮帶、工作臺等一系列步驟，清洗機、矯直機和喂料輥處參數(shù)設(shè)置不匹配或黏附異物均容易導(dǎo)致板料表面出現(xiàn)刮痕，落料線體的清潔度與落料車間的環(huán)境直接影響板料的表面狀態(tài)，因此每天進行5S 清潔作業(yè)并定期進行線體清潔全面質(zhì)量管理（Total Quality Management，TQM）作業(yè)是保證鋁板品質(zhì)的前提。通過對落料廠進行工藝紀(jì)律檢查，未發(fā)現(xiàn)明顯異常，可以排除是在落料過程中板料刮傷導(dǎo)致板料表面存在明顯白點的可能。

圖5 落料廠生產(chǎn)線

鑒于板料刮痕的產(chǎn)生與落料過程無關(guān)，推測板料刮痕可能產(chǎn)生于鋁卷軋制過程，通過對鋁卷的軋制過程進行分析，發(fā)現(xiàn)作業(yè)人員技能不達標(biāo)或未按照標(biāo)準(zhǔn)作業(yè)指導(dǎo)書進行作業(yè)均會導(dǎo)致鋁卷表面存在刮痕。此外冷軋設(shè)備的輥道需要定期維護，尤其是鋁卷縱切對于輥道的工作狀態(tài)非常敏感，輥道保養(yǎng)不足極易導(dǎo)致卷料表面出現(xiàn)刮痕。因此，需要對鋁卷軋制過程進行分析，探查導(dǎo)致鋁板表面刮痕的原因。

對鋁板表面刮痕進行取樣，掃描電子顯微鏡（Scanning Electronic Microscopy，SEM）形貌與能量色散譜儀（Energy Dispersive Spectroscopy，EDS）分析結(jié)果如圖6 所示，圖6b 中可以看出刮痕處無明顯異物，圖6c、圖6d、圖6e EDS 分析結(jié)果表明，選區(qū)內(nèi)Al、Mg 元素均勻分布，刮痕應(yīng)為鋁基體剝落導(dǎo)致。

圖6 刮痕樣品

分析發(fā)現(xiàn)冷軋軋制過程中張力不匹配以及張力波動較大可能會導(dǎo)致粘傷造成鋁皮剝落現(xiàn)象，冷軋輥道的張緊程度由鋁卷進入縱切輥道時的入口張力和出口張力決定，當(dāng)冷軋時的張緊程度過大時，容易導(dǎo)致鋁卷與輥軸之間產(chǎn)生錯動粘傷，導(dǎo)致刮痕不良。

通過對鋁卷廠家進行人機法環(huán)相關(guān)的系統(tǒng)排查，發(fā)現(xiàn)導(dǎo)致鋁卷冷軋的軋制過程中張力控制不穩(wěn)定，如圖7所示，鋁板軋制過程中入口張力和出口張力的波動均較大，張力不穩(wěn)定容易導(dǎo)致鋁卷表面產(chǎn)生粘傷。對張力模型的梯度進行優(yōu)化，設(shè)置入口張力為（15±2）MPa，出口張力為（10±2）MPa，通過調(diào)整張力控制模型，使軋制過程中的張力控制波動減小。

圖7 鋁卷軋制過程中的張力變化

對冷軋軋制過程中張力優(yōu)化前后的鋁卷形貌進行觀察，如圖8 所示，優(yōu)化前鋁卷表面存在大量刮痕，通過對刮痕問題進行整改，優(yōu)化張力模型和張力參數(shù)設(shè)置后，鋁卷表面刮痕問題解決，鋁卷表面無明顯缺陷。

圖8 鋁卷表面形貌

對鋁發(fā)蓋外板麻點和刮痕問題專項整改后，持續(xù)跟蹤2 個月零件生產(chǎn)情況，最終鋁發(fā)蓋外板的FTT 穩(wěn)定在92%以上。

5 結(jié)束語

通過鋁卷制備、開卷落料、沖壓生產(chǎn)3 個環(huán)節(jié)以及人機料法環(huán)5 個維度持續(xù)提升鋁制覆蓋件FTT，得出了以下結(jié)論。

a. 影響鋁制外覆蓋件FTT 的主要問題是麻點和刮痕。其中產(chǎn)生麻點的主要原因是異物帶入，主要包括鋁皮、油泥、聚氨酯碎屑和毛刺，解決措施是提升線體、設(shè)備和模具清潔度，提高模具狀態(tài)并優(yōu)化鋁板縱切刀具間隙；產(chǎn)生刮痕的主要原因是，鋁板軋制過程中的張力不穩(wěn)定，解決措施是優(yōu)化張力模型的梯度，減小軋制過程中的張力波動。

b. 鋁制覆蓋件FTT 的提升是一個持續(xù)優(yōu)化的項目，需要對相應(yīng)措施進行鞏固并持續(xù)進行工藝紀(jì)律監(jiān)察才能夠保證FTT 穩(wěn)定在較高水平。

c. 麻點及刮痕問題并非單一原因?qū)е?，而是材料、模具和設(shè)備共同影響，保證材料品質(zhì)、模具及設(shè)備良好的潔凈度是影響車身覆蓋件的積極因素。