后側(cè)門內(nèi)板鎖孔附近起皺縮頸開裂的解決方法

代建文，黃敏鶇，謝 雙，楊勝統(tǒng)

（上汽通用五菱汽車股份有限公司，廣西 柳州 545007）

0 引 言

汽車覆蓋件一般由形狀復(fù)雜的空間曲面構(gòu)成，具有尺寸大、厚度薄、成形難度大及質(zhì)量要求高的特點(diǎn)[1]。復(fù)雜的造型使板料在拉深成形過程中易因各區(qū)域受力不均勻、進(jìn)料速率不一致、潤(rùn)滑條件不良等因素產(chǎn)生褶皺、裂紋、凹陷、滑移線等缺陷，其中起皺與開裂是汽車覆蓋件沖壓生產(chǎn)過程中常見的失效形式[2]。

汽車后側(cè)門內(nèi)板是典型的沖壓件，具有深度深、截面變化大、寬度過窄等成形困難的因素，易出現(xiàn)縮頸、開裂、材料流動(dòng)不均勻等現(xiàn)象[3]，增加了成形過程控制難度、返修或報(bào)廢成本?，F(xiàn)以某車型后側(cè)門內(nèi)板零件為例，分析在調(diào)試生產(chǎn)過程中鎖孔附近起皺、縮頸開裂的原因及解決措施。

1 后側(cè)門內(nèi)板起皺與縮頸開裂實(shí)例

某車型后側(cè)門內(nèi)板如圖1所示，其鎖孔附近造型復(fù)雜、成形截面線長(zhǎng)、鎖孔位置圓角及圓角所在面拔模斜度小，鎖孔側(cè)面上方呈凸面，拉深成形過程中容易出現(xiàn)起皺或縮頸開裂問題。該零件在調(diào)試過程中，小批量生產(chǎn)150件左右會(huì)出現(xiàn)圖2和圖3所示的起皺或縮頸開裂問題，縮頸開裂位置在圖1白色線條長(zhǎng)度方向波動(dòng)，影響項(xiàng)目調(diào)試生產(chǎn)。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)跟蹤與排查，缺陷在拉深工序產(chǎn)生，消除拉深成形缺陷并提升拉深工序穩(wěn)定性是解決問題的關(guān)鍵。

圖1 后側(cè)門內(nèi)板起皺與縮頸開裂位置

圖2 起皺狀態(tài)

圖3 縮頸狀態(tài)

2 后側(cè)門內(nèi)板起皺和縮頸開裂的原因分析

2.1 模具壓邊圈研合分析

拉深模壓邊圈研合是模具鉗工在模具制造及調(diào)試階段的基礎(chǔ)工作，在分析解決拉深成形問題時(shí)，應(yīng)優(yōu)先評(píng)估改進(jìn)。研合評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)為筋條內(nèi)側(cè)管理面強(qiáng)壓泛白，著色率≥90%；筋條外側(cè)20 mm以內(nèi)虛著色，著色均勻；筋條外側(cè)20 mm以外不著色；凹角清根，壓邊圈凹角沒有明顯硬點(diǎn)痕跡。對(duì)后側(cè)門內(nèi)板壓邊圈著色評(píng)估，圖4所示為模具壓邊圈狀態(tài)，鎖孔附近區(qū)域著色滿足研合評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。

圖4 模具壓邊圈研合狀態(tài)

2.2 板料性能差異分析

板料是沖壓三要素之一，板料性能差異波動(dòng)也會(huì)影響成形過程，對(duì)比發(fā)現(xiàn)6批次生產(chǎn)板料鋼卷及加工時(shí)間、板料性能參數(shù)沒有明顯差異。生產(chǎn)過程出現(xiàn)缺陷時(shí)，對(duì)線首板料表面檢查發(fā)現(xiàn)，當(dāng)缺陷為縮頸開裂時(shí)，板料表面目視沒有油膜，用凸鏡測(cè)量油膜厚度為0.5～0.8 g/m2；當(dāng)缺陷為褶皺時(shí)，板料表面油膜接近正常，用凸鏡測(cè)量油膜厚度為1.0～1.2 g/m2。板料表面油膜厚度標(biāo)準(zhǔn)為1.0～2.0 g/m2，油膜厚度薄是縮頸開裂問題的影響因素之一，油膜正常易產(chǎn)生起皺問題。利用AutoForm軟件Surface Defect Height（表面缺陷高度）功能對(duì)油膜影響起皺進(jìn)行分析，結(jié)果如表1所示，發(fā)現(xiàn)油膜厚度增加存在起皺風(fēng)險(xiǎn)。

表1 后側(cè)門內(nèi)板油膜影響起皺分析

2.3 CAE成形極限及過程分析

利用AutoForm軟件對(duì)后側(cè)門內(nèi)板成形極限進(jìn)行分析，結(jié)果如圖5所示，設(shè)置板料油膜厚度為1.5 g/m2，氣墊壓力為標(biāo)準(zhǔn)值1 500 kN，零件側(cè)壁最大減薄率為20.4%，處于臨界狀態(tài)（后側(cè)門內(nèi)板最大減薄率臨界區(qū)間為20%～25%）。在Surface Defect Height功能對(duì)起皺進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，設(shè)置板料油膜厚度為2 g/m2，氣墊壓力為1 500 kN，進(jìn)一步分析零件成形過程，如圖6所示，拉深到底前3 mm法蘭邊存在起皺缺陷。

圖5 側(cè)壁減薄率

圖6 拉深到底前3 mm法蘭邊狀態(tài)

因此，后側(cè)門內(nèi)板鎖孔附近起皺開裂的主要原因?yàn)槟＞吖に囆圆?、零件板料流?dòng)性差、起皺對(duì)板料油膜和模具零件表面粗糙度敏感；縮頸開裂已處于臨界值，且與起皺處于同一區(qū)域，增加了成形難度。

3 后側(cè)門內(nèi)板起皺和縮頸開裂的解決方法

后側(cè)門內(nèi)板鎖孔附近存在起皺和縮頸開裂2種不同時(shí)出現(xiàn)的失效形式，經(jīng)過分析可知，解決此問題需要整體改善模具工藝性，在起皺區(qū)域局部增加板料成形或減少板料流動(dòng)，在縮頸開裂區(qū)域局部減少板料成形或增加板料流動(dòng)，具體解決方法對(duì)2種失效形式的影響分析如圖7所示。

圖7 四象限分析方法

通過四象限分析法可以體現(xiàn)不同方法對(duì)2種失效形式的影響，確定方法實(shí)施的優(yōu)先順序：①R角或拔模角度放大，廢料區(qū)刺破刀調(diào)整；②加高法蘭邊工藝補(bǔ)充，提高模具零件表面粗糙度；③板料油膜厚度控制，氣墊壓力調(diào)整。

3.1 R角或拔模角度放大及廢料區(qū)增加刺破刀

根據(jù)后側(cè)門內(nèi)板鎖孔附近搭接關(guān)系的分析，可以適當(dāng)增加鎖孔上方拔模角度，如圖8中圓圈區(qū)域局部拔模角度加大2.5°，AutoForm分析最大減薄率為20.2%，與現(xiàn)有產(chǎn)品分析值20.4%沒有明顯差異，該方案不可行。

圖8 加大拔模角度分析

適當(dāng)放大產(chǎn)品R角，如圖9中圓圈區(qū)域圓角放大至R12 mm，并向兩邊過渡；同時(shí)現(xiàn)場(chǎng)與門鎖加強(qiáng)板研配，縮頸開裂附近凸面R角由R6 mm放大至R7.5 mm，AutoForm分析最大減薄率為21.2%，與現(xiàn)有產(chǎn)品分析值20.4%沒有明顯差異，該方案不可行。

圖9 R角放大分析

后側(cè)門內(nèi)板廢料區(qū)存在2個(gè)廢料孔，可以在模具拉深到底前10 mm刺破廢料孔之間的區(qū)域，以增加拉深到底前縮頸開裂位置板料的流動(dòng)補(bǔ)充，Auto?Form分析如圖10所示，最大減薄率為18%?，F(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)實(shí)施，用雙尖頭數(shù)顯千分尺測(cè)量拉深成形工序件板料厚度，減薄率在17%～20%，有較大改善，該方案可行。

圖10 增加刺破刀的減薄率

3.2 加高法蘭邊工藝補(bǔ)充及提升模具零件表面粗糙度

為解決起皺問題，增加法蘭邊工藝補(bǔ)充高度，使起皺區(qū)域板料充分成形，如圖11所示，在“更改零點(diǎn)”區(qū)間內(nèi)增加工藝補(bǔ)充，更改后的數(shù)字模型劃分4個(gè)截面，如圖11（a）所示，其中截面②如圖11（b）所示，高度增加4.524 7 mm。

圖11 加高法蘭邊工藝補(bǔ)充方案

如表2所示，在AutoForm中設(shè)置氣墊壓力為標(biāo)準(zhǔn)值1 500 kN，板料油膜厚度為1.5 g/m2，分析板料流入量和最大減薄率發(fā)現(xiàn)壓邊圈鎖住外部板料，最大減薄率少量增加1.2%，不利于消除縮頸開裂。設(shè)置氣墊壓力為標(biāo)準(zhǔn)值1 500 kN，板料油膜厚度為2 g/m2，分析起皺變化，發(fā)現(xiàn)改進(jìn)后法蘭處Surface Defect Height最大為0.013 mm，不存在起皺問題。因此，加高法蘭邊工藝補(bǔ)充可以解決起皺問題，對(duì)縮頸開裂問題影響不大，該方案可行。

表2 加高法蘭邊工藝補(bǔ)充分析

提升模具零件表面粗糙度有助于板料流動(dòng)，改善縮頸開裂問題，在起皺問題解決的情況下，該方案可行。

3.3 氣墊壓力和板料油膜厚度調(diào)整

從圖7可以看出氣墊壓力和板料油膜厚度調(diào)整對(duì)起皺和縮頸開裂的作用是相反的，通常作為過程措施，臨時(shí)滿足生產(chǎn)需求。通過加高法蘭邊工藝補(bǔ)充的措施可以解決起皺問題，另外，可通過降低氣墊壓力和增加板料油膜厚度的方式側(cè)重改善縮頸開裂問題。在法蘭邊工藝補(bǔ)充加高的基礎(chǔ)上進(jìn)一步利用AutoForm軟件進(jìn)行分析，氣墊壓力由1 500 kN調(diào)整至1 200 kN，模擬結(jié)果如表3所示，板料流入量明顯增多，最大減薄率降至19.2%，無起皺問題?，F(xiàn)場(chǎng)氣墊壓力調(diào)整至1 200 kN，選取無起皺問題零件進(jìn)行尺寸測(cè)量，無明顯差異。因此，在法蘭邊工藝補(bǔ)充加高的前提下，降低氣墊壓力方案可行。

表3 降低氣墊壓力分析

現(xiàn)有油膜厚度狀態(tài)為0.5～1.5 g/m2，板料油膜厚度進(jìn)一步降低，現(xiàn)有設(shè)備和過程控制難以滿足生產(chǎn)要求且會(huì)增加減薄風(fēng)險(xiǎn)；板料油膜厚度增加，需要開啟清洗機(jī)，會(huì)增加油耗成本。因此，油膜厚度調(diào)整方案不可行。

按照后側(cè)門內(nèi)板鎖孔附近起皺、縮頸開裂解決方法的綜合分析和試驗(yàn)結(jié)果，同步實(shí)施廢料區(qū)增加刺破刀、加高法蘭邊工藝補(bǔ)充和降低氣墊壓力3項(xiàng)措施，成形的零件最大減薄率降低至17%左右，連續(xù)生產(chǎn)300件無起皺、縮頸開裂問題。每批次成形前對(duì)拉深模進(jìn)行砂光保養(yǎng)，在500～3 000沖次，陸續(xù)開展拉深模凹模、凸模和壓邊圈鍍鉻，進(jìn)一步改善模具零件表面粗糙度和硬度，增加生產(chǎn)穩(wěn)定性。

4 結(jié)束語(yǔ)

通過后側(cè)門內(nèi)板鎖孔附近起皺、縮頸開裂解決過程的分析，首先在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行研配試驗(yàn)，當(dāng)模具調(diào)試階段基礎(chǔ)工作、壓邊圈研合滿足工藝和模具技術(shù)要求時(shí)，通過AutoForm分析板料油膜厚度、最大減薄率、成形過程和Surface Defect Height等起皺和縮頸開裂關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)，發(fā)現(xiàn)模具工藝性差是缺陷產(chǎn)生的根本原因。為解決同一區(qū)域的2種關(guān)聯(lián)缺陷，采用四象限分析法，識(shí)別末端因素的分析試驗(yàn)順序并分次實(shí)施，最終實(shí)現(xiàn)了穩(wěn)定生產(chǎn)。后側(cè)門內(nèi)板等拉深深度深、造型復(fù)雜的零件，在尖點(diǎn)拐角或拔模角度小的側(cè)壁，容易產(chǎn)生縮頸開裂和起皺問題，CAE成形極限及減薄分析的標(biāo)準(zhǔn)將越來越嚴(yán)格，在前期工藝分析階段應(yīng)盡可能分析調(diào)試并采取適當(dāng)?shù)拇胧┫毕荩敝聊M成形過程的材料流動(dòng)時(shí)，材料減薄率小于17%。模具零件表面粗糙度影響模具批量生產(chǎn)，針對(duì)門內(nèi)板零件，按連續(xù)正常生產(chǎn)300件評(píng)價(jià)其工藝穩(wěn)定性，達(dá)到后可安排模具零件鍍鉻等表面處理[4]。