靳玉濤，李斌

（長(zhǎng)城汽車(chē)股份有限公司技術(shù)中心、河北省汽車(chē)工程技術(shù)研究中心，河北保定 071000）

0 引言

隨著汽車(chē)行業(yè)的快速發(fā)展以及新車(chē)型的不斷開(kāi)發(fā)升級(jí)，工程樣車(chē)試制試驗(yàn)階段愈顯重要。然而，在工程樣車(chē)試制過(guò)程中，由于整車(chē)鈑金件數(shù)據(jù)不凍結(jié)等因素導(dǎo)致整車(chē)全套模具開(kāi)發(fā)周期較長(zhǎng)，在試制階段大部分鈑金件沒(méi)有合格的全序件。因此，在試制階段，需對(duì)部分制件進(jìn)行人工敲制修改工作。

而隨著車(chē)型的升級(jí)，越來(lái)越多的制件材料采用高強(qiáng)板，高強(qiáng)板本身硬度大，敲制難度大，敲制時(shí)間長(zhǎng)，人員體力消耗大。而且部分鈑金件材料較厚，更增加了敲制的難度。

由于工藝需要，且為了提高工作效率、節(jié)省人員體力，在敲制過(guò)程中，對(duì)高強(qiáng)板進(jìn)行局部受火作業(yè)。高強(qiáng)板經(jīng)過(guò)火烤作業(yè)后，敲制成型難度降低，且用時(shí)短、人員體力消耗小。但是，高強(qiáng)板通過(guò)火烤作業(yè)加上鈑金錘對(duì)高強(qiáng)板的敲打后材料性能發(fā)生了變化，雖然一般情況下，這種作業(yè)不會(huì)影響整車(chē)焊接質(zhì)量及整車(chē)外觀(guān)效果。但是為了做好前期的驗(yàn)證和分析，確定高強(qiáng)板火烤作業(yè)后發(fā)生的性能變化及性能變化趨勢(shì)，為以后鈑金敲制提供數(shù)據(jù)指導(dǎo)，我們運(yùn)用DOE正交表分析板材在受火作業(yè)下材料性能的變化規(guī)律，并確定影響材料性能變化的主要因素。

文中主要是對(duì)工程樣車(chē)板材在手工敲制時(shí)，板材受“火焰矯正”發(fā)生性能變化的過(guò)程進(jìn)行了分析。針對(duì)四種不同牌號(hào)、不同料厚的某款汽車(chē)車(chē)身部分鈑金件的材料受火作業(yè)后性能的變化采用DOE正交表實(shí)驗(yàn)方法進(jìn)行分析，最終確定了這幾種材料在受火作業(yè)后性能變化具體情況，有效地掌握了其受火后性能的變化及變化趨勢(shì)，為后續(xù)工作提供了有效指導(dǎo)依據(jù)。

1 試驗(yàn)部分

表1四種牌號(hào)的試片均為某款汽車(chē)車(chē)型板材，以下列舉了一種牌號(hào)不同料厚的試片的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，及采用DOE正交實(shí)驗(yàn)表對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析的過(guò)程。

表1 某汽車(chē)板材四種牌號(hào)的試片

首先優(yōu)先選擇確定的因子有“板材料厚”、“火焰矯正時(shí)間”、“鈑金錘敲擊時(shí)間”、“淬火方式 （水冷、空冷）”四個(gè)主要影響因素，將其作為因子;采用三種不同的料厚定為3個(gè)水平。選擇正交設(shè)計(jì)表L9（43）來(lái)試驗(yàn)，各個(gè)水平的取值參照表2、3。

表2 各試片取值

表3 各試驗(yàn)取值

為了保證數(shù)據(jù)有效性及準(zhǔn)確性，將每次試驗(yàn)投入3個(gè)試片，每個(gè)試片上測(cè)取3個(gè)數(shù)據(jù)。以3個(gè)數(shù)據(jù)的平均值作為最終結(jié)果，且準(zhǔn)備每種牌號(hào)不同料厚的試片各1片，不作任何處理，作為原始標(biāo)定值。

1.1 試驗(yàn)前處理

先將試片按照表4進(jìn)行受火試驗(yàn)處理，將試片板材進(jìn)行標(biāo)記 （標(biāo)記位置為試片壓緊部位），再將試片按照表4進(jìn)行線(xiàn)切割。對(duì)切割后的試片進(jìn)行拉伸試驗(yàn)，采集抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度、延伸率、應(yīng)變強(qiáng)化指數(shù) （n值），并對(duì)其進(jìn)行分析（表5）。

表4 各類(lèi)牌號(hào)標(biāo)距

1.2 試片試驗(yàn)結(jié)果數(shù)據(jù)分析

（1）利用表5的方法將每種牌號(hào)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，根據(jù)各列3個(gè)數(shù)據(jù)的極差，即最大數(shù)減去最小數(shù)。利用每項(xiàng)指標(biāo)的極差值將每項(xiàng)的主次因子列出，再根據(jù)DOE綜合平衡法，將每項(xiàng)的指標(biāo)綜合對(duì)比，得到最優(yōu)方案 （為了節(jié)省篇幅，其他參數(shù)的求和得到的數(shù)據(jù)沒(méi)有列出，僅僅列出了每種牌號(hào)各因素在每一水平下的平均值和各因素的極差值）。

表5 每種牌號(hào)的測(cè)量數(shù)據(jù)

根據(jù)表5將不同牌號(hào)不同料厚的試驗(yàn)數(shù)據(jù)分別計(jì)算出每項(xiàng)指標(biāo)各項(xiàng)數(shù)據(jù)值，表6數(shù)據(jù)為DC04（沖壓用冷連軋鋼）每項(xiàng)指標(biāo)數(shù)據(jù)及最終優(yōu)選方案。

表6 抗拉強(qiáng)度分析

根據(jù)數(shù)據(jù)分析，對(duì)于抗拉強(qiáng)度，因子B（“火焰矯正”時(shí)間）影響最大，因子A（板料厚度）次之，因子D（淬火方式）再次之，因子C（鈑金錘敲擊時(shí)間）影響最小，較優(yōu)方案為B1A2D1C3。

表7 規(guī)定非比例延伸

根據(jù)數(shù)據(jù)分析，對(duì)于規(guī)定非比例延伸強(qiáng)度分析表，因子B（“火焰矯正”時(shí)間）影響最大，因子C（鈑金錘敲擊時(shí)間）次之，因子A（板料厚度）再次之，因子D（淬火方式）影響最小，較優(yōu)方案為B1C3A2D1。

表8 延伸率分析

根據(jù)數(shù)據(jù)分析，對(duì)于延伸率分析表，因子B（“火焰矯正”時(shí)間）影響最大，因子C（鈑金錘敲擊時(shí)間）次之，因子D（淬火方式）再次之，因子A（板料厚度）影響最小，較優(yōu)方案為B1C3D1A2。

表9 應(yīng)變指數(shù) （n值）分析

根據(jù)數(shù)據(jù)分析，對(duì)于延伸率分析表，因子B（“火焰矯正”時(shí)間淬火方式）影響最大，因子A（板料厚度）次之，因子C（鈑金錘敲擊時(shí)間）次之，因子D（淬火方式）影響最小，較優(yōu)方案為B1A2C3D1。

表10 綜合平衡表

由綜合平衡表 （表10）可知:

因子選取方法:

A因子的選取:A因子對(duì)各個(gè)指標(biāo)都是主要因子，所以A因子經(jīng)過(guò)綜合平衡后定為A2;

B因子的選取:B因子對(duì)于抗拉強(qiáng)度、規(guī)定非比例延伸強(qiáng)度為較為重要因子，所以B因子經(jīng)過(guò)綜合平衡后定為B1;

C因子的選取:C因子對(duì)于延伸率為重要因子，對(duì)于其要素指標(biāo)是次要因子，所以C因子經(jīng)過(guò)綜合平衡后定為C3;

D因子的選取:D因子對(duì)于任何指標(biāo)都均為次要因子，所以D因子經(jīng)過(guò)綜合平衡后定為D1。

最終較優(yōu)方案為:A2B1C3D1。最終板材厚度為1.0 mm，火焰矯正20 s，鈑金錘敲擊20 s，空冷方式為最優(yōu)方案。

從表11中推斷出，動(dòng)火作業(yè)后0.7 mm、1.0 mm的板材抗拉強(qiáng)度比未動(dòng)火抗拉強(qiáng)度變小，受火時(shí)間越長(zhǎng)抗拉強(qiáng)度越小，而1.4 mm的板材抗拉強(qiáng)度無(wú)論受火時(shí)間長(zhǎng)短其抗拉強(qiáng)度不發(fā)生變化;材料的規(guī)定非比例延伸強(qiáng)度、斷后伸長(zhǎng)率和應(yīng)變指數(shù)均受火時(shí)間越短其變化量越小，而其1.4 mm料厚應(yīng)變指數(shù)未發(fā)生變化。

表11 DC04板材動(dòng)火作業(yè)與未動(dòng)火數(shù)據(jù)對(duì)比

（2）根據(jù)表5將不同牌號(hào)不同料厚的試驗(yàn)數(shù)據(jù)分別計(jì)算出每項(xiàng)指標(biāo)各項(xiàng)數(shù)據(jù)值，表12為B250P1（加磷高強(qiáng)度鋼）每項(xiàng)指標(biāo)數(shù)據(jù)。

表12 抗拉強(qiáng)度分析

根據(jù)數(shù)據(jù)分析，對(duì)于抗拉強(qiáng)度，因子A（板料厚度）影響最大，因子D（淬火方式）次之，因子B（“火焰矯正”時(shí)間）再次之，因子C（鈑金錘敲擊時(shí)間）影響最小，較優(yōu)方案為A1B3C3D3。

表13 規(guī)定非比例延伸強(qiáng)度分析

據(jù)數(shù)據(jù)分析，對(duì)于規(guī)定非比例延伸強(qiáng)度分析表13，因子A（板料厚度）影響最大，因子C（鈑金錘敲擊時(shí)間）次之，因子D（淬火方式）再次之，因子B（“火焰矯正”時(shí)間）影響最小，較優(yōu)方案為A1B0C3D3。

表14 延伸率分析

根據(jù)數(shù)據(jù)分析，對(duì)于延伸率分析表，因子A（板料厚度）影響最大，因子C（鈑金錘敲擊時(shí)間）次之，因子D（淬火方式）再次之，因子B（“火焰矯正”時(shí)間）影響最小，較優(yōu)方案為A1B0C1D1。

綜合平衡表如表15所示。

表15 綜合平衡表

因子選取方法:

A因子的選取:A因子對(duì)各個(gè)指標(biāo)都是主要因子，A因子水平都為1水平。所以A因子經(jīng)過(guò)綜合平衡后定為A1。

B因子的選取:B因子對(duì)各個(gè)指標(biāo)都是次要因子，所以B因子經(jīng)過(guò)綜合平衡后定為B0。

C因子的選取:C因子對(duì)規(guī)定非比例延伸強(qiáng)度、延伸率為主要因子，對(duì)于抗拉強(qiáng)度為次要因子，所以B因子經(jīng)過(guò)綜合平衡后定為C3。

D因子的選取:D因子對(duì)抗拉強(qiáng)度為主要因子，對(duì)于規(guī)定非比例延伸強(qiáng)度、延伸率為次要因子，所以D因子經(jīng)過(guò)綜合平衡后定為D3。

最優(yōu)方案:A1B0C3D3。最終板材厚度為1.0 mm，火焰矯正時(shí)間任取，鈑金錘敲擊20 s，采用水冷方式為最優(yōu)方案。

表16 B250P1動(dòng)火作業(yè)與未動(dòng)火作業(yè)數(shù)據(jù)

從此表推斷出B250P1牌號(hào)板材經(jīng)過(guò)受火作業(yè)后抗拉強(qiáng)度變化區(qū)間為－2%至3%之間;規(guī)定非比例延伸強(qiáng)度受火時(shí)間越長(zhǎng)板材1.2 mm、2.0 mm均為下降趨勢(shì)，而1.0 mm板材呈上升趨勢(shì);延伸率受火時(shí)間越長(zhǎng)板材1.2 mm、2.0 mm呈上升趨勢(shì)，反而1.0 mm板材出現(xiàn)下降趨勢(shì)。

（3）根據(jù)表5將不同牌號(hào)不同料厚的試驗(yàn)數(shù)據(jù)分別計(jì)算出每項(xiàng)指標(biāo)各項(xiàng)數(shù)據(jù)值，以下為B180H1（烘烤硬化高強(qiáng)鋼）每項(xiàng)指標(biāo)數(shù)據(jù) （表16）及最終優(yōu)選方案。

表17 抗拉強(qiáng)度分析

據(jù)數(shù)據(jù)分析，對(duì)于抗拉強(qiáng)度因子B（火焰矯正時(shí)間）影響最大，因子A（板料厚度）次之，因子C（鈑金敲擊時(shí)間）再次之，因子D（淬火方式）影響最小，最終較優(yōu)方案:B1A2C1D0。

表18 屈服強(qiáng)度分析

根據(jù)數(shù)據(jù)分析，對(duì)于屈服強(qiáng)度，因子B（火焰矯正時(shí)間）影響最大，因子A（板料厚度）與因子C（鈑金敲擊時(shí)間）影響次之，因子D（淬火方式）最小;最終較優(yōu)方案:B1A2C3D1。

表19 斷后伸長(zhǎng)率分析表

根據(jù)數(shù)據(jù)分析，對(duì)于斷后伸長(zhǎng)率，因子B（火焰矯正時(shí)間）影響最大，因子A（板料厚度）影響次之，因子C（鈑金敲擊時(shí)間）影響再次之，因子D（淬火方式）影響最小;最終較優(yōu)方案為B1A2C2D0。

表20 應(yīng)變指數(shù)n值

根據(jù)數(shù)據(jù)分析，對(duì)于n值，因子B（火焰矯正時(shí)間）影響最大，因子C（鈑金敲擊時(shí)間次之）、因子A（板料厚度）再次之，因子D（淬火方式）影響最小;最終較優(yōu)方案:B1C2A0D2。

綜合平衡表如表21所示。

表21 綜合平衡表

因子選取方法:

A因子的選取:A因子對(duì)應(yīng)板料厚度均為0.7 mm，故A因子水平無(wú)需考慮記為A0。

B因子的選取:B因子對(duì)于每個(gè)指標(biāo)都是重要因子，B因子的水平都為1水平，所以B因子經(jīng)過(guò)綜合評(píng)定后定為B1。

C因子的選取:C因子對(duì)于n值為較為主要因子，對(duì)于抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度、斷后伸長(zhǎng)率為次要因子，所以C因子經(jīng)過(guò)綜合評(píng)定后定為C2。

D因子的選取:D因子對(duì)于每項(xiàng)指標(biāo)都為次要因子，所以D因子經(jīng)過(guò)綜合評(píng)定后定為D0。

最終較優(yōu)方案:A0B1C2D0。最終板材厚度為0.7 mm，火焰矯正20 s，鈑金錘敲擊時(shí)間10 s，空冷水冷均可，為最優(yōu)方案。

表22 B180H1板材動(dòng)火作業(yè)與未動(dòng)火作業(yè)數(shù)據(jù)

從表中能推斷出B180H1板材抗拉強(qiáng)度動(dòng)火作業(yè)后呈下降趨勢(shì)區(qū)間為－3%至－10%，受火時(shí)間越長(zhǎng)抗拉強(qiáng)度越小，屈服強(qiáng)度受火時(shí)間越短，其變化數(shù)值越小;斷后伸長(zhǎng)率均為下降趨勢(shì)，其區(qū)間為－6%至－26%，受火時(shí)間越長(zhǎng)差值變化越大;應(yīng)變強(qiáng)化指數(shù)基本維持不變狀態(tài)，與板材受火時(shí)間長(zhǎng)短無(wú)關(guān)。

（4）根據(jù)表5將不同牌號(hào)不同料厚的試驗(yàn)數(shù)據(jù)分別計(jì)算出每項(xiàng)指標(biāo)各項(xiàng)數(shù)據(jù)值，以下為B340LA（低合金高強(qiáng)度鋼）每項(xiàng)指標(biāo)數(shù)據(jù)及最終優(yōu)選方案。

表23 抗拉強(qiáng)度分析

根據(jù)數(shù)據(jù)分析，對(duì)于抗拉強(qiáng)度，因子A（板料厚度）影響最大，因子D（淬火方式）次之，因子C（鈑金錘敲擊時(shí)間）再次之，因子B（“火焰矯正”時(shí)間）影響最小，較優(yōu)方案為A1B3C3D3。

表24 屈服強(qiáng)度分析

根據(jù)數(shù)據(jù)分析，對(duì)于屈服強(qiáng)度分析表24，因子A（板料厚度）影響最大，因子B（“火焰矯正”時(shí)間）次之，因子C（鈑金錘敲擊時(shí)間）再次之，因子D（淬火方式）影響最小，較優(yōu)方案為A1B1C2D3。

表25 斷后伸長(zhǎng)率分析

根據(jù)數(shù)據(jù)分析，對(duì)于斷后伸長(zhǎng)率，因子D（淬火方式）影響最大，因子A（板料厚度）次之，因子C（鈑金錘敲擊時(shí)間）再次之，因子B（“火焰矯正”時(shí)間）影響最小，較優(yōu)方案為A2B0C2D2。

綜合平衡表如表26所示。

表26 綜合平衡表

因子選取方法:

A因子的選取:A因子對(duì)于抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度均為重要因子，所以A因子經(jīng)過(guò)綜合平衡后為A1。

B因子的選取:B因子對(duì)于任何指標(biāo)都是次要因子，但對(duì)于屈服強(qiáng)度是較為重要因子，所以B因子經(jīng)過(guò)綜合平衡后為B1。

C因子的選取:C因子對(duì)于任何指標(biāo)都是次要因子，所以C因子經(jīng)過(guò)綜合平衡后為C2。

D因子的選取:D因子對(duì)斷后伸長(zhǎng)率為重要因子，但對(duì)于抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度都為次要因子，所以D因子經(jīng)過(guò)綜合平衡后為D3。

最終較優(yōu)方案:A1B1C2D3。最終板材厚度為1.0 mm，火焰矯正20 s，鈑金錘敲擊10 s，采用水冷方式，為最優(yōu)方案。

從表27中能推斷出B340LA板材都出現(xiàn)增大趨勢(shì)，板材1.4 mm、1.8 mm基本保持不變狀態(tài)，板材1.0 mm受火時(shí)間越長(zhǎng)抗拉強(qiáng)度越大;屈服強(qiáng)度受火作業(yè)后都比原始數(shù)據(jù)大，其區(qū)間為11%至20%;板材受火作業(yè)后斷后伸長(zhǎng)率呈下降趨勢(shì)且數(shù)值較大。

表27 B340LA動(dòng)火作業(yè)與未動(dòng)火作業(yè)數(shù)據(jù)

2 結(jié)論

（1）通過(guò) DOE正交實(shí)驗(yàn)表把 DC04、B250P1、B180H1、B340LA四種不同牌號(hào)且不同料厚的板材進(jìn)行了分析，分析出每種牌號(hào)的板材最為較優(yōu)的受火方案分別是:

DC04牌號(hào)板材:較優(yōu)受火方案為A2B1C3D1（板材厚度為1.0 mm，火焰矯正20 s，鈑金錘敲擊20 s，空冷方式）;

B250P1牌號(hào)板材:較優(yōu)受火方案為A1B0C3D3（板材厚度為1.0 mm，火焰矯正時(shí)間可任取，鈑金錘敲擊20 s，水冷方式）;

B180H1牌號(hào)板材:較優(yōu)受火方案為A0B1C2D0（板材厚度為0.7 mm，火焰矯正20 s，鈑金錘敲擊時(shí)間10 s，空冷水冷均可）;

B340LA牌號(hào)板材:較優(yōu)受火方案為A1B1C2D3（板材厚度為1.0 mm，火焰矯正20 s，鈑金錘敲擊10 s，采用水冷方式）。

（2）采用一般試驗(yàn)方法共需做試片312片，采用DOE需要做試片120片，共節(jié)省192片。采用DOE正交表分析，從時(shí)間上節(jié)約很多，同時(shí)也減少了材料的浪費(fèi)，降低成本，提高工作效率。

（3）通過(guò)動(dòng)火作業(yè)后的板材與未動(dòng)火板材數(shù)值對(duì)比能確定出每種牌號(hào)的板材具體性能變化趨勢(shì)。

（4）高強(qiáng)板通過(guò)此方法既能推算出一組較優(yōu)的受火方案，又為后續(xù)工程樣車(chē)試制及驗(yàn)證工作提供了指導(dǎo)依據(jù)。