文∕艾衛(wèi)東，梅曾輝，陳文標(biāo)、趙道智，馬杰·江鈴汽車股份有限公司沖壓廠

某車型貨廂后圓角外板縮頸開裂問題改進(jìn)

文∕艾衛(wèi)東，梅曾輝，陳文標(biāo)、趙道智，馬杰·江鈴汽車股份有限公司沖壓廠

艾衛(wèi)東，沖壓廠廠長助理，高級(jí)工程師，6-Sigma黑帶，主要從事汽車行業(yè)沖壓工藝開發(fā)及質(zhì)量管理工作，獲多項(xiàng)集團(tuán)公司科技進(jìn)步獎(jiǎng)，獲實(shí)用新型專利2項(xiàng)。

本文通過對(duì)后圓角外板上的拉延工序進(jìn)行分析，利用FLD分析確定產(chǎn)品拉延工序的成形裕度，利用CAE軟件進(jìn)行有限元仿真模擬，并結(jié)合一次回歸的正交設(shè)計(jì)確定最佳的產(chǎn)品數(shù)模修正數(shù)值。按照分析結(jié)果進(jìn)行模具整改，最后再利用FLD分析驗(yàn)證產(chǎn)品拉延工序的成形裕度。

江鈴汽車股份有限公司沖壓廠是江鈴汽車股份有限公司的龍頭廠，擔(dān)負(fù)著全順、五十鈴、皮卡和馭勝四大系列車型1300多種大、中型沖壓件的生產(chǎn)任務(wù)，大部分產(chǎn)品都需要沖壓拉延成形。由于少量產(chǎn)品在拉延時(shí)有縮頸開裂問題，導(dǎo)致產(chǎn)品報(bào)廢、待機(jī)調(diào)模，產(chǎn)生了大量的劣質(zhì)質(zhì)量成本。

縮頸開裂產(chǎn)生的原因

縮頸開裂多產(chǎn)生于拉延工序，也有少量產(chǎn)生于翻邊或整形工序。拉延件縮頸開裂的主要原因有：⑴模具壓邊力過大或拉延筋配合不好，造成材料流動(dòng)過慢；⑵模具R角過大或過小，阻礙材料流動(dòng)；⑶材料原因造成開裂，則是由于材料成形性不好，即材料的抗拉強(qiáng)度不足；⑷如果是整形開裂，則是由于凹凸模配合不好造成。

本文主要是分享一種解決拉延件縮頸開裂問題的思路。在接下來的案例中將介紹如何利用FLD（成形極限圖）和CAE分析，結(jié)合6-Sigma工具來解決實(shí)際生產(chǎn)中拉延件的縮頸開裂問題。

案例展示

后圓角外板上由于縮頸開裂問題導(dǎo)致的產(chǎn)品年均報(bào)廢率為1.28%，每年產(chǎn)生待機(jī)調(diào)模時(shí)間為100h，劣質(zhì)質(zhì)量成本為302592元。

原因分析

通過魚骨圖分析，分別從人、機(jī)、料、法、環(huán)、測6個(gè)方面找出了11個(gè)影響因子，再利用因果矩陣的權(quán)重分值和柏拉圖的80/20法則，最終確定了以下4個(gè)主要因子：⑴拉延工序壓邊力；⑵原材料成形性能；⑶拉延工序定位可靠性；⑷拉延工序潤滑效果。對(duì)4個(gè)因子進(jìn)行數(shù)據(jù)收集，并利用CPK分析，4個(gè)因子的分析結(jié)果如圖1所示。

圖1 CPK分析

從CPK分析數(shù)據(jù)中可以得出，導(dǎo)致后圓角外板上縮頸開裂的關(guān)鍵因子為拉延工序壓邊力過大。沖壓成形過程中的壓邊力是板料塑性成形的一個(gè)重要的工藝參數(shù)。壓邊力的主要作用是用來增加板料中的拉應(yīng)力，控制材料的流動(dòng)，避免起皺。一般來說，壓邊力過小，無法有效地控制材料的流動(dòng)，板料很容易起皺；而壓邊力過大，雖然可以避免起皺，但拉破的趨勢會(huì)明顯增加，同時(shí)模具和板料表面受損的可能性亦增大，從而影響到模具的壽命和板料成形的質(zhì)量。所以壓邊力的合理控制就成為薄板沖壓成形過程中一個(gè)十分重要的因素。

帶拉延筋的壓邊圈，壓邊力可根據(jù)需要進(jìn)行調(diào)節(jié)，生產(chǎn)時(shí)只需要較小的壓邊力，而產(chǎn)生的正壓力較小，有利于保證模具的使用壽命和產(chǎn)品的質(zhì)量。結(jié)合模具結(jié)構(gòu)和現(xiàn)場生產(chǎn)跟蹤情況，小組決定利用CAE對(duì)模具拉延筋分布進(jìn)行分析。按照目前的拉延筋分布狀態(tài)進(jìn)行CAE分析，得出產(chǎn)品兩側(cè)材料變薄率分別為36.2%和34.0%（圖2），而材料可接受的最大變薄率為20%。

在拉延工序?qū)蛹肍LD（Forming Limit Diagram成形極限圖）分析，如圖3所示。分析結(jié)果為產(chǎn)品安全裕度為0，此產(chǎn)品不穩(wěn)定容易縮破。

圖2 CAE分析結(jié)果

結(jié)合CAE分析和FLD分析結(jié)果，模具的拉延筋分布不合理，導(dǎo)致兩側(cè)的料需要很大的壓邊力才能確保拉延成形時(shí)產(chǎn)品不起皺，而壓邊力過大又會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)品縮破。

圖3 拉延件FLD分析

整改措施

根據(jù)CAE分析，對(duì)拉延筋分布進(jìn)行調(diào)整，結(jié)合一次回歸的正交設(shè)計(jì)，確定拉延筋的整改方案。調(diào)整拉延筋布置后，通過CAE分析得出材料變薄率分別為8%～10%，產(chǎn)品不起皺且沒有縮頸開裂風(fēng)險(xiǎn)。調(diào)整拉延筋后的CAE分析結(jié)果，如圖4所示。

圖4 調(diào)整拉延筋后的CAE分析結(jié)果

設(shè)定氣壓值為0.22MPa，拉延筋形狀為圓筋（以凸模為基準(zhǔn)），拉延筋形狀尺寸為：進(jìn)、出料圓角為R1～R3、拉延筋高為5～10mm、拉延筋寬為10～20mm。新增拉延筋為整改留下了余量，小組通過現(xiàn)場維修調(diào)試收集數(shù)據(jù)，進(jìn)行回歸設(shè)計(jì)分析。

⑴設(shè)定因子。z1：進(jìn)、出料圓角，取值范圍為R1～R3。z2：筋高，取值范圍為5～10mm。z3：筋寬，取值范圍為10～20mm。y：材料變薄率（要求小于20%）。

⑵試驗(yàn)?zāi)康?。降低材料變薄率y，擬建立y關(guān)于z1、z2、z3的回歸方程。

⑶確定因子水平和編碼（表1）。

表1 因子水平表

對(duì)z1、z2、z3編碼，令：x1=(z1－z01)/Δ1，x2=(z2－z02)/Δ2，x3=(z3－z03)/Δ3。

⑷利用二水平正交表（表2）安排試驗(yàn)。

⑸數(shù)據(jù)分析。

對(duì)回歸方程作顯著性檢驗(yàn)：x1、x2、x3的P值在0.05水平上是顯著的，得y關(guān)于z1、z2、z3的回歸方程。數(shù)據(jù)分析如圖5所示。

⑹尋找最優(yōu)點(diǎn)。

通過CAE分析得出變薄率y值在8%～10%之間，產(chǎn)品沒有起皺和縮頸開裂風(fēng)險(xiǎn)。將z1設(shè)定為R3，將z3設(shè)定為15mm，變薄率y值在8%～10%范圍內(nèi)，解回歸方程得出z2最優(yōu)點(diǎn)為7.19mm。

表2 二水平正交表

圖5 回歸分析結(jié)果

實(shí)施整改措施

按照CAE分析和回歸設(shè)計(jì)結(jié)果，調(diào)整拉延筋分布以及尺寸。在拉延模上確定加筋的位置；對(duì)上模的凸筋進(jìn)行堆焊；對(duì)下模的凹筋進(jìn)行打磨挖槽；對(duì)凹凸筋進(jìn)行手工研配；上機(jī)試模，對(duì)拉延筋進(jìn)行最后研配。拉延筋調(diào)整結(jié)果如圖6所示。

改善效果驗(yàn)證

整改完成后，產(chǎn)品縮頸開裂問題消除，報(bào)廢率為0，由此問題導(dǎo)致的待機(jī)調(diào)模時(shí)間為0，節(jié)約劣質(zhì)質(zhì)量成本302592元。將整改完成后的拉延工序件進(jìn)行FLD分析，通過FLD分析得出，產(chǎn)品成形裕度為15%，成形性安全穩(wěn)定。整改后的FLD分析結(jié)果，如圖7所示。

圖6 拉延筋調(diào)整結(jié)果

圖7 整改后FLD分析結(jié)果

結(jié)束語

本文主要針對(duì)拉延工序縮頸開裂問題進(jìn)行了分析，展示了一個(gè)解決此類問題的思路，利用CAE、FLD結(jié)合6-Sigma工具對(duì)整改方案和整改效果進(jìn)行確定和驗(yàn)證，對(duì)解決拉延工序出現(xiàn)的縮頸開裂問題具有一定的借鑒意義。