文/田媛·江鈴汽車股份有限公司

對于制造業(yè)來說，要想獲得利潤最大化，成本控制就是重中之重。這兩年，隨著汽車市場的漸漸回暖，各大品牌、各大車型的競爭也喧囂云上，要想在這場戰(zhàn)爭中取勝，企業(yè)就必須重視成本。在各大汽車廠家，生產(chǎn)制造環(huán)節(jié)的成本控制至關(guān)重要，若某一個(gè)零件在生產(chǎn)過程中頻繁出現(xiàn)縮破等失效件，在人力、物力、能耗、材料等方面，都是巨大的成本浪費(fèi)，這類問題就需要專業(yè)的技術(shù)分析來支持解決，快速有效地改善問題，降低零件成本。本文就主機(jī)廠某一量產(chǎn)頂蓋開裂失效問題，多方面多維度進(jìn)行技術(shù)分析，以達(dá)到解決根本問題，保證零件正常生產(chǎn)。

某量產(chǎn)商用車前頂蓋目前存在的問題

頂蓋類的零件，為滿足整車功能性需要，設(shè)計(jì)頂蓋需要有一定數(shù)量的加強(qiáng)筋造型，以確保整體強(qiáng)度要求，根據(jù)商用車車身內(nèi)部高度的設(shè)計(jì)要求，頂蓋拉延深度較深。同時(shí)為保證車身外觀的美觀性，零件加強(qiáng)筋R 角設(shè)計(jì)偏小。

該前頂蓋在車型中屬于造型復(fù)雜、拉延深度最深的特殊外觀件。以上兩點(diǎn)造成該零件在日常生產(chǎn)過程中，拉延頻繁出現(xiàn)開裂、沖擊線、R角縮頸等質(zhì)量問題，生產(chǎn)調(diào)試?yán)щy，零件難以穩(wěn)定，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)及開裂位置如圖1 所示。

前頂蓋開裂分析

該零件是在濟(jì)二2000t 老式雙動(dòng)設(shè)備上生產(chǎn)，原材料為DC04，料厚0.8mm。原材料在成形過程中，局部受拉應(yīng)力過大，超過了材料塑性變形極限，材料變薄縮頸后開裂。

前頂蓋開裂發(fā)生在加強(qiáng)筋造型R 角根部和側(cè)壁，成形過程中由于凸、凹模與原材料的接觸面積較小，材料在走料過程中接觸應(yīng)力過大，減薄過大，最終造成開裂。CAE 分析時(shí)，一般結(jié)合減薄率、接觸應(yīng)力以及最大失效因子等來判斷該零件在實(shí)際生產(chǎn)過程中是否會存在開裂風(fēng)險(xiǎn)，最大失效因子為軟件定義的加載過程中最大主應(yīng)變與FLC(成形極限)曲線上最小主應(yīng)變的比值，其大小反映成形過程中零件出現(xiàn)開裂等失效情況的風(fēng)險(xiǎn)。

前頂蓋CAE 模擬分析

CAE 用相關(guān)參數(shù)

⑴模面：頂部筋R 角和量產(chǎn)模具一致，其他模面用復(fù)制模型面(進(jìn)出料方向較量產(chǎn)模深20mm)；

⑵工藝參數(shù)：拉延筋阻力、摩擦系數(shù)(不考慮噴油、電鍍等)、壓邊力均比現(xiàn)場條件惡劣；

⑶材料參數(shù)：CAE 分析用材料參數(shù)，相對量產(chǎn)材料參數(shù)成形性較差，性能要求見表1。

前頂蓋成形性分析

使用AutoForm 計(jì)算并檢查分析結(jié)果：成形性、減薄率、最大失效因子、接觸應(yīng)力如圖2 所示。

由產(chǎn)品結(jié)構(gòu)分析可知，該前頂蓋加強(qiáng)筋深度較深為12mm，開裂部位R 角僅為6.5 ～8mm。CAE 計(jì)算結(jié)果顯示圓角根部最大減薄率為33%(距離下死點(diǎn)0.5mm)，一般認(rèn)為DC04-FD 的薄板材料，在沖壓成形過程中局部區(qū)域減薄率超過25%，即認(rèn)為該零件存在開裂。經(jīng)過CAE 分析，頂蓋中部的加強(qiáng)筋開裂部位最大失效因子為1.3，理論上最大失效因子超過0.8，我們則判定零件存在較大開裂風(fēng)險(xiǎn)，頂蓋實(shí)際分析值1.3 已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過指標(biāo)。在頂蓋的整個(gè)成形過程中，最大接觸應(yīng)力為凹?；蛲鼓A角加載在板料上的最大法向接觸應(yīng)力，圖2 計(jì)算結(jié)果顯示圓角部位最大接觸應(yīng)力達(dá)到44.6MPa，開裂風(fēng)險(xiǎn)大。

圖2 CAE 分析結(jié)果

表1 材料性能參數(shù)

解決方案分析

在實(shí)際CAE 的計(jì)算運(yùn)用中，失效因子、減薄率和最大接觸應(yīng)力，這3 項(xiàng)指標(biāo)超出理論安全值，零件就會出現(xiàn)較大的開裂風(fēng)險(xiǎn)。為降低零件開裂風(fēng)險(xiǎn)，我們一般需要合理放大圓角，以降低圓角處材料減薄率及最大接觸應(yīng)力。其實(shí)在零件設(shè)計(jì)前期，這些都是需要考慮的，目前從實(shí)際來看，只能從零件結(jié)構(gòu)、現(xiàn)裝工藝以及模具結(jié)構(gòu)方面尋找可行性整改方案。

更換材料牌號提升材料性能

如更換DC05-FD 材料，材料性能的提升，有助于成形性能改善。但提升材料性能后，屈服強(qiáng)度會下降，整車在惡劣工況下存在失效的風(fēng)險(xiǎn)。并且更換材料牌號后r 值會有很大提高，產(chǎn)品沖擊線會變得不可控，故此方案不可行。

材料牌號不變對參數(shù)進(jìn)行規(guī)范

理化和現(xiàn)場顯示材料延伸率在40%以下在沖壓工藝波動(dòng)下易縮，大于41%較安全，材料斷后延伸率建議不小于42%，另外同一批次料性能盡量保持同一卷料(該產(chǎn)品沖擊線對材料參數(shù)敏感)，已和鋼廠溝通并協(xié)調(diào)實(shí)施。

開裂位置圓角半徑處理

開裂位置外觀圓角半徑(圖3 黃色區(qū)域)從原來的6.5 ～8mm 增加到12mm。模具圓角適當(dāng)增大可有效減小局部接觸應(yīng)力，降低材料流動(dòng)阻力以及減薄率。通過CAE 進(jìn)行對比分析，結(jié)果顯示外觀圓角半徑增加到12mm 后，減薄率、最大失效因子、接觸應(yīng)力均有很大改善，圓角調(diào)整前后對比如圖4 所示。

對危險(xiǎn)區(qū)域增加下噴油

現(xiàn)沖壓工藝為單面噴油(只在料上表面噴油)導(dǎo)致凹模R 角和料流動(dòng)阻力大，增加噴油可以減少料流動(dòng)阻力使產(chǎn)品均勻變形。反算危險(xiǎn)區(qū)域?qū)?yīng)板料的點(diǎn)，并相應(yīng)增加下噴油點(diǎn)減少板料和模具的摩擦系數(shù)，如圖5 所示，現(xiàn)該方案已得到落實(shí)和固化。

根據(jù)以上幾點(diǎn)的方案分析，總結(jié)詳見表2。

圖3 調(diào)整圓角區(qū)域

表2 方案匯總

圖4 圓角調(diào)整前后CAE 模擬對比

圖5 新增危險(xiǎn)點(diǎn)噴油區(qū)域

結(jié)束語

汽車零件的外觀和功能是最基本的使用性能，相信在各大汽車主機(jī)廠，都會有這種拉延深度較深的外觀件，在長期的生產(chǎn)過程中，也會出現(xiàn)外觀質(zhì)量不穩(wěn)定的問題，在這種情況下，就需要運(yùn)用CAE 等技術(shù)分析軟件進(jìn)行理論確認(rèn)分析，同時(shí)也要從其他可能出現(xiàn)影響的因素方面考慮，多方面、多維度逐一分析確認(rèn)，找尋最有效的調(diào)整方法。