門(mén)外板滑移線的評(píng)估及控制手段

周 晶

（廣汽乘用車(chē)有限公司，廣東廣州 511434）

1 引言

目前，中國(guó)汽車(chē)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展環(huán)境正在日益完善，汽車(chē)消費(fèi)群體對(duì)汽車(chē)的需求更加專(zhuān)業(yè)化，不僅要求汽車(chē)性能優(yōu)越、良好的市場(chǎng)口碑，還要求汽車(chē)具有優(yōu)良的外觀質(zhì)量，這就對(duì)汽車(chē)覆蓋件的沖壓質(zhì)量提出了更高的要求。在汽車(chē)覆蓋件A面質(zhì)量缺陷中，門(mén)外板特征棱線或者造型線處的滑移線直接影響整車(chē)的視覺(jué)效果，因此，在工藝設(shè)計(jì)階段研究門(mén)外板滑移線的評(píng)估及控制手段具有重要的實(shí)用價(jià)值。

2 滑移線的產(chǎn)生

滑移線是指在拉伸或者成形過(guò)程中板料流過(guò)凸模圓角、凹模圓角、凸模特征棱線等部位時(shí)，材料產(chǎn)生彎曲硬化甚至變薄，在制件表面產(chǎn)生痕跡。隨著拉伸或者成形的進(jìn)行，這些痕跡會(huì)因兩側(cè)進(jìn)料的不均衡而移動(dòng)，拉伸或者成形結(jié)束后，在制件圓角或棱線兩側(cè)生成帶狀線。因此從材料接觸模具圓角開(kāi)始，材料流動(dòng)越過(guò)圓角，有滑移的現(xiàn)象產(chǎn)生，所以叫做滑移線。它是純彎曲和材料變薄的一種成形缺陷，如圖1所示。

圖1 某門(mén)外板模具調(diào)試階段棱線滑移

3 沖壓成形分析軟件AutoForm對(duì)滑移線的評(píng)估

AutoForm 中對(duì)滑移線是否影響到外觀有3 種評(píng)判方式：

（1）滑移線（Skid Lines）判定。

滑移線的影響還需要通過(guò)人為評(píng)估。首先，滑移線的嚴(yán)重程度和板料接觸凸模圓角大小有關(guān)系。圓角越小，滑移線在現(xiàn)場(chǎng)表現(xiàn)就越明顯。一般要求棱線圓角大于R15mm，這樣產(chǎn)生的滑移線不足以產(chǎn)生表面缺陷。若小于這個(gè)數(shù)值，且滑移距離又超過(guò)R/2，則會(huì)在制件表面產(chǎn)生滑痕。此外，還要進(jìn)行滑移線接觸時(shí)機(jī)的判斷，在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，并不是板料開(kāi)始接觸圓角就開(kāi)始產(chǎn)生滑移，經(jīng)驗(yàn)值定義最小曲率變化Curvaturemin=0.01，在此基礎(chǔ)上，滑移超過(guò)R/2 圓角，則對(duì)外觀產(chǎn)生影響，如圖2所示。

圖2 某門(mén)外板棱線滑移示意圖

（2）反彎曲應(yīng)變（Unbending Strain）判定。

反彎曲應(yīng)變主要描述成形過(guò)程中曲率的減小。這表示如果曲率一致保持增大趨勢(shì)，反彎曲應(yīng)變值是0；一旦曲率降低，反彎曲應(yīng)變將描述對(duì)應(yīng)的差值。

對(duì)于外板件，一旦凸模棱線接觸了材料以后，該處的材料流動(dòng)就不能沿著特征線的垂直方向流動(dòng)過(guò)多，否則產(chǎn)生滑移，影響外觀質(zhì)量。如果材料流過(guò)特征線，料片將會(huì)產(chǎn)生反彎曲，并且反彎曲應(yīng)變值會(huì)被顯示出來(lái)?？梢杂梅磸澢鷳?yīng)變來(lái)判定滑移線。反彎曲應(yīng)變?cè)O(shè)置的經(jīng)驗(yàn)值為0.007。超過(guò)該值，則表明滑移對(duì)外表面產(chǎn)生了影響。如圖3所示，某門(mén)外板棱線處反彎曲應(yīng)變有大于0.007，用滑移線評(píng)判，此處滑移超過(guò)了R/2圓角，兩個(gè)判定結(jié)論一致，此處滑移對(duì)門(mén)外板外觀質(zhì)量有影響，如圖3所示。

圖3 某門(mén)外板主棱線反彎曲應(yīng)變示意圖

（3）最大接觸壓力（Maximum contact pressure）判定。

接觸應(yīng)力反映的是由模具作用產(chǎn)生的加載在料片上的法向力。通過(guò)檢查模具表面的應(yīng)力狀態(tài)可以評(píng)估成形過(guò)程中模具失效的風(fēng)險(xiǎn)。而且模具的作用力會(huì)影響零件的表面質(zhì)量，例如，料片上較大的應(yīng)力會(huì)導(dǎo)致門(mén)外板開(kāi)裂和表面印記，所以有效控制模具應(yīng)力是很重要的。

板料的上下層接觸應(yīng)力是成對(duì)出現(xiàn)，板料上層的接觸力對(duì)應(yīng)于上方模具，板料下層的接觸力對(duì)應(yīng)于下方模具。下層接觸力標(biāo)記為“+”，上層接觸力標(biāo)記為“-”，中間層的接觸為兩者的結(jié)合。最大接觸力為該處在整個(gè)模擬過(guò)程中出現(xiàn)過(guò)的最大接觸壓力。一般最大接觸壓力不大于材料本身的屈服強(qiáng)度的10%，認(rèn)為此處滑移結(jié)外觀品質(zhì)不產(chǎn)生影響。由圖4 可以看出，門(mén)外板主棱線滑移最大已經(jīng)超過(guò)了5mm，最大接觸壓力為62.58MPa，此零件材料為HC220BD+ZF，屈服強(qiáng)度最小為235.8MPa，因此最大接觸壓力有超過(guò)屈服強(qiáng)度的10%，此處滑移對(duì)外觀品質(zhì)產(chǎn)生影響。

圖4 某門(mén)外板主棱線滑移和最大接觸壓力示意圖

相反如果最大接觸壓力小于屈服強(qiáng)度的10%，即使棱線滑移超過(guò)了R/2 圓角，實(shí)際制件滑移不會(huì)對(duì)外觀品質(zhì)產(chǎn)生影響，如圖5所示。

圖5 某門(mén)外板副棱線滑移和最大接觸壓力示意圖及實(shí)際滑移示意圖

通過(guò)以上3 種因素分析結(jié)果顯示，該門(mén)外板主棱線滑移一定會(huì)發(fā)生，需要提前制定預(yù)防措施。

4 門(mén)外板棱線滑移預(yù)防措施

門(mén)外板棱線滑移預(yù)防措施，常用的對(duì)策一般有以下3種：

（1）沖壓方向。制定合理的沖壓方向有利于控制棱線滑移（見(jiàn)圖6）。當(dāng)沖壓方向?qū)⒅骼饩€所處位置造型角度均分時(shí)（α≈β），對(duì)主棱線的滑移控制能達(dá)到最優(yōu)。

圖6 某門(mén)外板沖壓方向示意圖

（2）設(shè)置強(qiáng)壓。門(mén)把手區(qū)域、主副棱線區(qū)域、門(mén)外板邊緣區(qū)域在上模設(shè)置強(qiáng)壓，強(qiáng)壓量≥0.1mm，最多不超0.5mm，如圖7所示。

圖7 某門(mén)外板強(qiáng)壓著色示意圖

（3）控制材料流入。脹形類(lèi)零件為了讓材料充分成形，大都采用鎖死筋，不讓材料流入，如圖8 所示。通過(guò)控制材料流入可以減少主棱線滑移量，如圖9 所示。當(dāng)材料流入10mm 后，主棱線未滑出R角。

圖8 某門(mén)外板分析坯料流入量接近0示意圖

圖9 某門(mén)外板分析坯料流入主棱線滑移圖

通過(guò)以上3 種方案提前對(duì)策，現(xiàn)場(chǎng)確認(rèn)出件狀態(tài)。主棱線滑移未滑出R角，從而證實(shí)預(yù)防措施行之有效，如圖10所示。

圖10 某門(mén)外板提前對(duì)策后現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際主棱線滑移示意圖

5 結(jié)束語(yǔ)

針對(duì)門(mén)外板沖壓件的棱線滑移判斷及預(yù)防措施可以通過(guò)以下方案得以實(shí)現(xiàn)：

（1）借助計(jì)算機(jī)輔助工程對(duì)門(mén)外板成形仿真及使用滑移線（Skid Lines）、反彎曲應(yīng)變（Unbending Strain）、最大接觸壓力（Maximum contact pressure）三種要素對(duì)棱線滑移進(jìn)行判定。當(dāng)滑移超過(guò)R/2圓角，反彎曲應(yīng)變大于0.007，并且最大接觸壓力有超過(guò)屈服強(qiáng)度的10%，此處滑移對(duì)外觀品質(zhì)產(chǎn)生影響，即實(shí)際滑移一定會(huì)發(fā)生，需要提前制定預(yù)防棱線滑移對(duì)策。相反，即使滑移超過(guò)R/2圓角，反彎曲應(yīng)變大于0.007mm，但是最大接觸壓力未超過(guò)屈服強(qiáng)度的10%，此處滑移也不會(huì)對(duì)外觀品質(zhì)產(chǎn)生影響，可作為觀察項(xiàng)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際進(jìn)行監(jiān)控。

（2）沖壓工藝設(shè)計(jì)階段通過(guò)對(duì)制件沖壓方向進(jìn)行優(yōu)化分析，本章舉例制件在成形工序?qū)χ萍赡墚a(chǎn)生的主棱線滑移進(jìn)行預(yù)測(cè)，在拉伸工序制定最優(yōu)的沖壓角度，利于對(duì)主棱線滑移進(jìn)行管控。

（3）模具制造階段設(shè)定強(qiáng)壓著色標(biāo)準(zhǔn)及控制坯料流入可以有效預(yù)防棱線滑移。