基于TRIZ理論分析高強(qiáng)板沖壓翻邊開裂問題

文/王力，邰偉彬，李剛，馬巖·一汽奔騰事業(yè)本部發(fā)展部

車身輕量化要求車身沖壓件大量采用高強(qiáng)度板料，提升高強(qiáng)度板零件制造技術(shù)具有良好的發(fā)展前景，目前高強(qiáng)板沖壓過程中遇到的主要問題是高強(qiáng)板邊緣伸長類翻邊開裂。TRIZ是基于知識的、面向人的解決問題的系統(tǒng)化方法，本項目以某車型左/右前縱梁為例，創(chuàng)新性的引用TRIZ理論中因果分析、矛盾分析等方法，嘗試解決沖壓高強(qiáng)板翻邊開裂問題，同時為沖壓其他領(lǐng)域問題解決提供借鑒方法。TRIZ理論的核心內(nèi)容之一就是技術(shù)系統(tǒng)進(jìn)化法則（規(guī)律），它可以根據(jù)技術(shù)系統(tǒng)的進(jìn)化規(guī)律預(yù)測未來技術(shù)（產(chǎn)品）發(fā)展趨勢，幫助企業(yè)開發(fā)出富有競爭力的新產(chǎn)品。本文通過介紹某車型左右前縱梁內(nèi)板產(chǎn)品的特性，闡述了其生產(chǎn)過程中遇到的翻邊開裂問題，并應(yīng)用TRIZ理論，總結(jié)了此類結(jié)構(gòu)沖壓件翻邊開裂問題的分析方法。

左右前縱梁產(chǎn)品特性及生產(chǎn)問題

產(chǎn)品工藝

某轎車左右前縱梁的零件形狀比較復(fù)雜，如圖1所示。產(chǎn)品尺寸達(dá)到170mm×840mm，由2塊不等厚的590MPa級的雙相高強(qiáng)板激光拼焊而成。590MPa級的雙相高強(qiáng)板在冷沖壓生產(chǎn)中用于復(fù)雜拉延零件生產(chǎn)存在很多難點。不同材質(zhì)、不同料厚的材料進(jìn)行整體拼焊，會引起相鄰材質(zhì)強(qiáng)度、厚度的差異，造成成形過程中進(jìn)料不均勻，再加上高強(qiáng)度板本身高含碳量對焊縫質(zhì)量的影響，致使成形難度極大；高強(qiáng)板本身邊緣效應(yīng)明顯，特別是拉伸后，受減薄、硬化影響，邊緣效應(yīng)更差，翻邊極易開裂。該產(chǎn)品工序方案包括：拉延→修邊、沖孔、分離→整形翻邊→上翻邊、側(cè)沖，如圖2所示。

圖1 左前縱梁產(chǎn)品圖

生產(chǎn)問題

此制件在模擬分析時，制件整體處于安全狀態(tài)，如圖3所示，局部最大變薄率為18.1%，滿足材料性能要求。實際生產(chǎn)準(zhǔn)備過程中，制件在圖4所示位置出現(xiàn)翻邊開裂現(xiàn)象，后期通過反復(fù)調(diào)試、試驗，通過更換修邊鑲塊，保證修邊刃口鋒利度，模具連續(xù)生產(chǎn)了2個月，共計1萬件無問題。后續(xù)正常生產(chǎn)時，發(fā)現(xiàn)修邊刃口無法維持高的鋒利度，生產(chǎn)穩(wěn)定性差，針對此現(xiàn)象，也進(jìn)行了多次整改工作，效果均不明顯。

圖2 工藝方案

圖3 CAE分析效果圖

圖4 制件開裂圖

圖5 系統(tǒng)IFR資源分析圖

圖6 資源分析

問題分析

IFR創(chuàng)新的最終目的是要保證前縱梁內(nèi)板翻邊不會開裂，無邊緣效應(yīng)。需要解決的問題是前縱梁內(nèi)板翻邊過程中，高強(qiáng)板邊緣成形性差；生產(chǎn)過程中如果超過一定極限，前縱梁內(nèi)板會出現(xiàn)開裂。解決方法是利用各種有效資源：人員能力、產(chǎn)品形狀、材料性能、工藝設(shè)計、工裝質(zhì)量，構(gòu)建系統(tǒng)IFR資源分析圖（圖5），創(chuàng)造生產(chǎn)條件使得前縱梁內(nèi)板在翻邊過程中，不存在高強(qiáng)板邊緣效應(yīng)。

資源分析

根據(jù)九屏幕法，我們對前縱梁沖壓過程及周圍的資源進(jìn)行了詳細(xì)的分析，得到如圖6所示的九屏幕資源列表。利用資源分析得出的思路：前縱梁翻邊工藝，可以考慮采用粉末成形、熱成形等新型工藝代替。

因果分析

圖7 因果分析圖

通過對技術(shù)系統(tǒng)的因果分析，導(dǎo)致前縱梁翻邊開裂問題的原因如圖7所示。通過因果分析，引起前縱梁翻邊開裂的主要原因是：前縱梁產(chǎn)品工藝性設(shè)計差、前期未識別此處翻邊開裂風(fēng)險；模具工裝維護(hù)成本、難度高，對鉗工能力要求極高，維修質(zhì)量差；板料邊緣性能低于其本身性能指標(biāo)；工藝設(shè)計存在翻邊與成本之間的矛盾。

圖8 組件裁剪分析圖

組件分析

通過對系統(tǒng)中某些有危害的因素進(jìn)行裁剪，得到裁剪后的模型圖，如圖8所示。通過裁剪分析，得到解決縱梁內(nèi)板翻邊開裂思路：通過產(chǎn)品優(yōu)化或工藝優(yōu)化，降低或取消高強(qiáng)板圓弧處翻邊，局部通過拉伸、修剪直接達(dá)成產(chǎn)品要求。

矛盾分析

分析方案1

根據(jù)因果分析，高強(qiáng)板翻邊邊緣開裂的原因是產(chǎn)品工藝性差。通過改變產(chǎn)品翻邊長度會改善高強(qiáng)板翻邊開裂現(xiàn)象，但可能會造成整個產(chǎn)品的強(qiáng)度、裝配性變差，這一對技術(shù)矛盾為：改善的參數(shù)——靜止物體的長度與惡化的參數(shù)——強(qiáng)度。同時，得出產(chǎn)品翻邊高度直接影響翻邊開裂幾率的物理矛盾，此矛盾可以依據(jù)物理矛盾中空間分離來解決。

分析方案2

根據(jù)因果分析，高強(qiáng)板翻邊邊緣開裂的原因是修邊質(zhì)量不足。通過改變修邊質(zhì)量會改善高強(qiáng)板翻邊開裂現(xiàn)象，但可能會造成整個工裝的可維護(hù)性差。這一對技術(shù)矛盾為改善的參數(shù)——制造精度與惡化的參數(shù)——可維修性。同時，得出修邊刃口鋒利度直接影響翻邊開裂幾率的物理矛盾，此矛盾可以依據(jù)物理矛盾中時間分離來分離修翻時間。

分析方案3

根據(jù)因果分析，高強(qiáng)板翻邊邊緣開裂的原因是邊緣板料性能不足。通過提升板料性能會改善高強(qiáng)板翻邊開裂現(xiàn)象，但會加大板料制造難度，這一對技術(shù)矛盾為：改善的參數(shù)——物質(zhì)的量與惡化的參數(shù)——可制造性。同時，得出材料性能直接影響翻邊開裂幾率的物理矛盾，此矛盾可以依據(jù)物理矛盾中系統(tǒng)級別分離來解決。

分析方案4

根據(jù)因果分析，高強(qiáng)板翻邊邊緣開裂的原因是翻邊時造成成形裕度不足。取消翻邊可以消除翻邊開裂現(xiàn)象，但是會增加工裝數(shù)量、降低材料利用率。這一對技術(shù)矛盾為改善的參數(shù)——可制造性與惡化的參數(shù)——靜止物體的重量。同時，得出翻邊高低（圖9）直接影響翻邊開裂幾率的物理矛盾，此矛盾可以依據(jù)物理矛盾中空間分離來解決。

圖9 分析方案4

物場分析

根據(jù)功能分析，S2=板材、S1=拉延件、F=機(jī)械場，用符號系統(tǒng)表示該功能模型，如圖10所示。根據(jù)物場分析，得出分析方案5，減小板料尺寸，增大翻邊前的安全裕度，方案結(jié)果圖如圖11所示。

表1 縱梁開裂問題解決方案列表

表2 縱梁開裂問題解決方案評價列表

圖10 物場模型分析圖

方案選擇

對以上提出的方案進(jìn)行總結(jié)，縱梁開裂問題解決方案列表見表1。通過方案理論對比和實際生產(chǎn)驗證，縱梁開裂問題解決方案評價列表見表2。根據(jù)上面的分析，首選方案1、3、4、5，這幾個方案在經(jīng)濟(jì)性、可行性等方面最優(yōu)。

圖11 方案5

結(jié)束語

隨著經(jīng)濟(jì)全球化發(fā)展趨勢的加劇，競爭越來越激烈，知己知彼，才能百戰(zhàn)不殆。為了更加合理地利用和配置各種資源，企業(yè)不僅需要了解當(dāng)前產(chǎn)品的技術(shù)狀況，更要把握其未來的發(fā)展趨勢，因此準(zhǔn)確可靠的進(jìn)行產(chǎn)品技術(shù)進(jìn)化分析具有越來越重要的意義。本文通過應(yīng)用TRIZ理論的資源、組件、因果、矛盾等分析方法，結(jié)合實際生產(chǎn)，詳細(xì)介紹了沖壓領(lǐng)域縱梁翻邊開裂問題，為沖壓領(lǐng)域問題分析、解決提供了參考依據(jù)。