文/趙維，黃義關(guān)，夏燦添，王永利·廣汽乘用車有限公司

針對行李廂外板上段量產(chǎn)不穩(wěn)定，偶發(fā)開裂問題，通過分析開裂原因，及Autoform 的相關(guān)參數(shù)調(diào)整模擬，制定了調(diào)整拉延筋、穩(wěn)定壓邊圈間隙的措施。通過以上措施，使穩(wěn)定生產(chǎn)的批量數(shù)由100 件出現(xiàn)開裂，提升至400 件不開裂。該方案可以為解決量產(chǎn)偶發(fā)開裂提供參考意義。

行李廂外板上段，是三廂車的行李廂外板組件之一(圖1)。由于其造型原因，為避免滑移線等，沖壓方向設(shè)置如圖2 所示，導(dǎo)致牌照側(cè)的拉延深度大(170mm)。深拉延在拉深過程中容易因各區(qū)域受力不均勻，導(dǎo)致材料流動異常，從而產(chǎn)生開裂缺陷。某車型實際生產(chǎn)100 至200 件，出現(xiàn)了偶發(fā)開裂(圖3)，需要不斷通過實例積累經(jīng)驗和反復(fù)驗證，才能找到有效的方法。

本文針對某車型行李廂外板上段量產(chǎn)偶發(fā)開裂問題，提出拉延筋參數(shù)管控及壓邊圈間隙調(diào)整方案，解決量產(chǎn)偶發(fā)開裂問題，同時建議在前期導(dǎo)入Autoform穩(wěn)健分析，預(yù)防量產(chǎn)開裂問題，為其他行李廂外板開裂問題的解決提供借鑒和經(jīng)驗。

行李廂外板上段開裂的原因

圖1 行李廂外板

圖2 行李廂沖壓方向

圖3 行李廂外板開裂

表1 調(diào)整拔模角、入模R 角相應(yīng)的參數(shù)

從影響拉延件成形開裂的各方面原因入手，結(jié)合該制件的特點分析開裂產(chǎn)生的原因及提出解決問題的途徑。

成形開裂的常見原因分析

影響成形開裂的原因很多，根據(jù)實際現(xiàn)場可能出現(xiàn)的原因，主要?dú)w納為以下6 個方面的原因：拉延深度大，導(dǎo)致流料不足，制件減薄超過成形極限；工藝補(bǔ)充，拔模角、入模R 角等過小，導(dǎo)致材料流動不足；拉延筋阻力過大，導(dǎo)致材料流動不足；頂桿壓力不穩(wěn)定，波動過大；模具研合率未達(dá)標(biāo)，模具間隙不均導(dǎo)致材料流動異常；材料成形性能。

結(jié)合某車型行李廂外板上段進(jìn)一步原因分析

其中拉延深度、頂桿壓力對比其他車型零件，同樣深拉延的側(cè)圍未出現(xiàn)開裂不穩(wěn)定情況，因此從其他方面尋找原因。工藝補(bǔ)充方面，為了提高模具調(diào)試的工作效率，減少模具焊接、打磨等實際工作所帶來的成本及風(fēng)險。用Autoform CAE模擬分析，調(diào)整拔模角、入模R 角相應(yīng)的參數(shù)(圖4 及表1)。其中評價開裂穩(wěn)定性的指標(biāo)為MAX Failure(最大失效)。最大失效可以比較直觀的衡量安全裕度，常規(guī)的最大失效指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)為0.8，當(dāng)小于0.8 時，認(rèn)為安全裕度為20%，生產(chǎn)較穩(wěn)定。當(dāng)大于0.8 時，安全裕度小于20%，生產(chǎn)穩(wěn)定性會較差。

按照表1 調(diào)整R 角及拔模角后，CAE 分析結(jié)果顯示，開裂處的最大失效未在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)，還是存在較大的開裂風(fēng)險。判斷整改R 角及拔模角無法解決不穩(wěn)定開裂的原因。研合率決定了模具間隙，間隙對材料的流入有很大影響。

如圖5 所示研合率整體達(dá)到90%；水平對比其他深拉延零件，已滿足要求。雖然整體研合率已經(jīng)達(dá)標(biāo)，但還是存在局部硬點，這與模具本身的剛度、深拉延件材料流動過程相關(guān)，容易出現(xiàn)局部增厚，導(dǎo)致材料流動異常。后續(xù)為了增加穩(wěn)定性需要考慮保證壓邊圈間隙能夠大于1.1 倍料厚的措施。

圖4 初始狀態(tài)、調(diào)整拔模角、入模R 角

圖5 壓邊圈著色圖

拉延筋、管理面狀態(tài)(圖6)，拉延筋及管理面是控制材料流入的主要手段。拉延筋過緊或過松都會導(dǎo)致材料的流入出現(xiàn)異常，從而出現(xiàn)成形的不穩(wěn)定。

圖6 拉延筋、管理面狀態(tài)

材料成形性能影響成形性主要是屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、R、n 值等。通過行李廂外板其他車型橫向材料性能對比(表3)發(fā)現(xiàn)，出現(xiàn)不穩(wěn)定開裂的車型的材料屈強(qiáng)比相比穩(wěn)定生產(chǎn)的車型的材料屈強(qiáng)比要大；材料屈強(qiáng)比對材料的沖壓性能影響是很大的，而且也是比較重要的。小的屈強(qiáng)比對所有沖壓成形都是有利的。在拉深時，如果板料的屈服點σs低，則變形區(qū)的切向壓應(yīng)力較小，材料的起皺趨勢也小。這時，防止起皺的壓邊力和摩擦損失都相應(yīng)降低，結(jié)果對提高極限變形程度是有利的。通過Autoform 軟件模擬更換屈強(qiáng)比較小的材料，結(jié)果顯示零件的開裂程度指標(biāo)由0.81 降到0.75，進(jìn)一步證明了，使用屈強(qiáng)比低的材料，對生產(chǎn)穩(wěn)定性有很大提高。

對策實施及效果驗證

結(jié)合以上分析，得出壓邊圈間隙穩(wěn)定、拉延筋和材料性能是導(dǎo)致開裂的主要原因。材料性能決定了工藝的裕度范圍，壓邊圈間隙、拉延筋等工藝參數(shù)保證生產(chǎn)在安全裕度范圍內(nèi)波動。由于條件限制，材料更換暫不考慮，主要針對拉延筋、壓邊圈間隙穩(wěn)定進(jìn)行相關(guān)對策，保證生產(chǎn)零件能夠在現(xiàn)有的安全裕度范圍內(nèi)波動，提高生產(chǎn)的穩(wěn)定性。

表2 模具的筋高及間隙未滿足標(biāo)準(zhǔn)

表3 行李廂外板其他車型橫向材料性能對比

⑴調(diào)整拉延筋，修復(fù)至合格范圍內(nèi)，調(diào)整后間隙為0.8mm，筋高為6mm，如圖7 所示。

圖7 調(diào)整后間隙

⑵調(diào)整平衡塊，保證壓邊圈間隙大于1.1 倍料厚，從而保證生產(chǎn)的穩(wěn)定，不出現(xiàn)開裂情況。通過墊片可以實現(xiàn)平衡塊的調(diào)整。

⑶監(jiān)控F 側(cè)與出料側(cè)材料流入量差異狀態(tài)。生產(chǎn)首件、100 件、200 件、300 件各階段監(jiān)測流入量，得出以下流入量的合格區(qū)間(圖8)。通過爬坡式的生產(chǎn)(100 件、200 件、300 件)，發(fā)現(xiàn)流入量異常點，針對異常點，對壓邊圈進(jìn)行相應(yīng)的去硬點研合。當(dāng)出現(xiàn)流入量不在此區(qū)間，需要調(diào)查模具狀態(tài)。針對差異點進(jìn)行模具分析。

圖8 材料流入量指示圖

經(jīng)過一系列措施，使零件生產(chǎn)400 件未出現(xiàn)開裂情況，滿足了生產(chǎn)的批量需求。材料性能方面決定安全裕度范圍，材料選擇需要在同步工程前期考慮生產(chǎn)的穩(wěn)定性問題。如何在同步工程階段發(fā)現(xiàn)材料及工藝的不穩(wěn)定性?通過在Autoform 中引進(jìn)Sigma 模塊是一個很好的辦法。

同步工程建議

Autoform 運(yùn)用Sigma 分析，設(shè)置不同的參數(shù)，壓料力、摩擦系數(shù)、材料性能波動范圍，檢證工藝是否穩(wěn)定(圖9)。通過Sigma 分析，有效模擬現(xiàn)場的可變因素，可以檢驗工藝是否穩(wěn)定(CP值大于1.33)，在同步工程階段完成工藝改善、產(chǎn)品優(yōu)化及材料的選擇。

圖9 穩(wěn)定性結(jié)果評判

結(jié)束語

模具調(diào)試期間行李廂外板上段通過對開裂原因的分析，針對性的對拉延筋、壓邊圈間隙穩(wěn)定性進(jìn)行調(diào)整，實現(xiàn)了模具由100 件出現(xiàn)開裂提升至400 件不出現(xiàn)開裂的穩(wěn)定生產(chǎn)。為了生產(chǎn)的穩(wěn)定性，減少調(diào)試周期，前期同步工程就需要進(jìn)行相關(guān)優(yōu)化工作，需要引進(jìn)Autoform 進(jìn)行多參數(shù)波動模擬的Sigma 分析，能夠有效模擬現(xiàn)場的可變因素，識別相關(guān)風(fēng)險，早期進(jìn)行工藝優(yōu)化或者材料的選擇。