文/鄭慶書(shū)，房曙光·北京長(zhǎng)安汽車公司

沖壓內(nèi)板件開(kāi)裂原因分析及措施研究

文/鄭慶書(shū)，房曙光·北京長(zhǎng)安汽車公司

鄭慶書(shū)，沖壓車間主任，主要從事沖壓車間生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)管理工作，作為北京長(zhǎng)安汽車公司沖壓車間設(shè)計(jì)總師主持完成沖壓車間生產(chǎn)線建設(shè)并投入運(yùn)營(yíng)。

本文以某汽車車型的激光拼焊內(nèi)板為研究對(duì)象，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況及模具狀態(tài)，運(yùn)用CAE分析方法，深入探究零件開(kāi)裂主要機(jī)理。通過(guò)控制板料參數(shù)性能及優(yōu)化模具狀態(tài)的方法有效解決了零件的開(kāi)裂問(wèn)題，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效果及現(xiàn)場(chǎng)效果。

近年來(lái)汽車工業(yè)飛速發(fā)展，各汽車公司生產(chǎn)節(jié)拍不斷加快，顧客對(duì)汽車質(zhì)量要求日益提高。由于原材料、模具狀態(tài)、生產(chǎn)工藝等因素的影響，造成零件開(kāi)裂、起皺等各類缺陷問(wèn)題。因問(wèn)題影響因素的多變性，有些問(wèn)題不能快速查找確定原因，從而影響了生產(chǎn)的平順性，造成了大量人員、資源的浪費(fèi)。

汽車門內(nèi)板作為典型的汽車內(nèi)覆蓋件，其特點(diǎn)是形狀復(fù)雜、拉延深度較大，一般采用激光拼焊板，因而在沖壓成形過(guò)程中很容易造成開(kāi)裂缺陷。通過(guò)CAE分析，對(duì)零件開(kāi)裂原因進(jìn)行分析及制定相應(yīng)的改善措施。

試驗(yàn)所用材料

板料力學(xué)性能參數(shù)

內(nèi)板件設(shè)計(jì)為一模兩件，板料采用DC06鋼材，材料力學(xué)性能指標(biāo)見(jiàn)表一。

成形CAE分析

通過(guò)網(wǎng)格劃分、坯料形狀、位置、壓邊力、摩擦系數(shù)、凸凹模間隙等進(jìn)行CAE數(shù)據(jù)分析。通過(guò)模擬計(jì)算得到如圖1所示的成形極限及減薄圖，由圖可知材料下部區(qū)域減薄率約為40%，已超過(guò)減薄率的臨界值25%，有成形開(kāi)裂的風(fēng)險(xiǎn)，從成形極限圖也可知在此區(qū)域易于發(fā)生開(kāi)裂。

圖1 CAE分析成形極限及減薄率圖

表1 材料力學(xué)性能參數(shù)

零件開(kāi)裂圖如圖2所示，通過(guò)實(shí)際零件狀態(tài)可知，開(kāi)裂處位于側(cè)壁中下處，與CAE分析情況相匹配，充分驗(yàn)證了該區(qū)域?yàn)橹饕_(kāi)裂區(qū)域。

圖2 零件開(kāi)裂圖

開(kāi)裂原因排查及分析

通過(guò)對(duì)OP10成形工序分析，開(kāi)裂部位板料整體流動(dòng)緩慢不均勻，同時(shí)零件開(kāi)裂現(xiàn)象間斷出現(xiàn)，大約每100件出現(xiàn)開(kāi)裂，通過(guò)下線對(duì)模具壓邊、凸模緊固螺釘檢查，發(fā)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程中緊固螺釘出現(xiàn)松動(dòng)斷裂現(xiàn)象如圖3所示。將螺釘緊固后，生產(chǎn)1批次零件未出現(xiàn)開(kāi)裂。

圖3 緊固螺釘斷裂圖

該內(nèi)板材料為激光拼焊不等厚板材，厚度規(guī)格分別為t=0.8mm、1.5mm。激光拼焊材料在一定程度上提高了板料的整體的利用率，減少了車身組合零件的數(shù)量，使汽車車身整體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度大大增加。但另一方面由于使用不等厚材料進(jìn)行拼接，這對(duì)于模具的精度要求比較高。通過(guò)對(duì)門內(nèi)板的開(kāi)裂分析可知在成形過(guò)程中厚料側(cè)成形力較薄板料側(cè)大，凸模從厚料側(cè)會(huì)產(chǎn)生側(cè)向力；同時(shí)該模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為內(nèi)導(dǎo)向，并且凸模緊固螺釘數(shù)量較少、固定區(qū)域面積過(guò)小，生產(chǎn)過(guò)程中，在較大的成形側(cè)向力作用下，凸模緊固螺釘處造成應(yīng)力集中，從而導(dǎo)致螺釘松動(dòng)，壓料間隙發(fā)生改變，壓料力發(fā)生波動(dòng)，致使材料流動(dòng)不均勻，從而導(dǎo)致零件開(kāi)裂。凸模緊固螺釘布局如圖4所示，模具凸模內(nèi)導(dǎo)向裝置圖如圖5所示。

圖4 凸模緊固螺釘布局

圖5 模具凸模內(nèi)導(dǎo)向裝置圖

零件開(kāi)裂控制措施

針對(duì)上述分析，根據(jù)模具特點(diǎn)制定如下措施：

⑴每批次生產(chǎn)后對(duì)模具進(jìn)行點(diǎn)檢維護(hù)，及時(shí)緊固松動(dòng)螺釘及更換損壞的螺釘。

⑵對(duì)螺釘損壞進(jìn)行記錄，梳理螺釘損壞頻次及程度，根據(jù)數(shù)據(jù)結(jié)果制定相應(yīng)的維保更換頻次。

⑶調(diào)整凹模圓角半徑，圓角半徑若比較小，會(huì)減少板料懸空部位，增強(qiáng)壓料力的作用，因而在模具設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)當(dāng)注意凹模的R角不要太小，防止零件開(kāi)裂。

結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)對(duì)內(nèi)板件模具結(jié)構(gòu)及產(chǎn)品工藝的分析，對(duì)于使用不等厚板料的模具，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)盡量不采用螺釘緊固方式，避免側(cè)向應(yīng)力的作用造成凸凹模間隙發(fā)生改變?cè)斐闪慵毕?，另一方面也?huì)增加維保成本及工人勞動(dòng)量。通過(guò)本文的闡述，可為激光拼焊門內(nèi)板開(kāi)裂改善和模具設(shè)計(jì)及調(diào)試提供一定的思路支持。