代建文，黃敏鶇，謝 雙，楊勝統(tǒng)

（上汽通用五菱汽車股份有限公司，廣西 柳州 545007）

0 引 言

汽車覆蓋件一般由形狀復(fù)雜的空間曲面構(gòu)成，具有結(jié)構(gòu)尺寸大、材料厚度薄、成形難度大及質(zhì)量要求高等特點[1]。復(fù)雜的造型使板材在拉深成形過程中因各區(qū)域受力不均勻、進料速率不一致、潤滑條件不良等因素易產(chǎn)生起皺、開裂、滑移線等表面缺陷；其中，起皺與開裂是汽車覆蓋件沖壓生產(chǎn)過程中最常見的失效形式[2]。

汽車前門內(nèi)板是典型的沖壓件，具有深度深、截面變化大、寬度窄等成形困難的因素，易出現(xiàn)縮頸、開裂、材料流動不均勻等現(xiàn)象[3]，增加了過程控制難度及返修或報廢成本。現(xiàn)以某車型前門內(nèi)板零件為例，分析在開發(fā)調(diào)試過程中后下角開裂的產(chǎn)生原因及解決措施。

1 前門內(nèi)板開裂實例

圖1所示為某車型左前門內(nèi)板，其后下角造型復(fù)雜，成形截面線長較長，內(nèi)凹面圓角R5mm及圓角所在面拔模角度小，拉深成形過程容易產(chǎn)生褶皺或縮頸開裂。零件在企業(yè)內(nèi)項目調(diào)試過程中，小批量生產(chǎn)50件即出現(xiàn)圖2所示的開裂問題，嚴重影響項目調(diào)試及小批量生產(chǎn)。經(jīng)現(xiàn)場跟蹤與排查，缺陷在拉深工序產(chǎn)生，因此，消除拉深開裂缺陷并提升拉深工序穩(wěn)定性是解決問題的關(guān)鍵。

圖1 某車型左前門內(nèi)板

圖2 前門內(nèi)板后下角開裂

2 前門內(nèi)板開裂的原因分析

2.1 壓邊圈研合分析

拉深模壓邊圈研合是模具制造及回廠調(diào)試階段的基礎(chǔ)工作，研合評價標準為：筋條內(nèi)側(cè)管理面強壓泛白，著色率≥90%；筋條外側(cè)20 mm以內(nèi)虛著色，著色均勻；筋條外側(cè)20 mm以外不著色；凹角清根，壓邊圈凹角沒有明顯硬點痕跡。對前門內(nèi)板壓邊圈著色評估，如圖3、圖4所示，工序件及模具零件表面著色均滿足研合評價標準。

圖3 工序件壓邊圈研合效果

圖4 拉深模管理面研合效果

2.2 材料流入量分析

零件成形的過程實際上是材料在外力作用下，各晶體在形狀和位置上的變化，材料流入量是材料拉深成形吻合性的重要評價方法。調(diào)試工序件與CAE分析結(jié)果對比，滿足評價標準后將其作為隨模件運回主機廠，并將其作為廠內(nèi)調(diào)試工序件標準。現(xiàn)場調(diào)試出件，采用圖5所示的扣合方法分析，零件后下角開裂對應(yīng)位置流入量，廠內(nèi)成形件與隨模件板料邊緣流入差異＜1 mm，材料流入量符合設(shè)計要求。

圖5 頂蓋尾部不同區(qū)域拉深和整形線長變化量

2.3 CAE成形極限分析

現(xiàn)場分析評估的同時，通過AutoForm分析軟件對前門內(nèi)板進行成形極限分析。圖6所示為零件拉深工序成形極限圖，圖7所示為零件成形極限狀態(tài)，零件后下角開裂區(qū)域成形極限均＜20%，處于成形安全區(qū)。圖8所示為零件拉深工序減薄狀態(tài)，零件后下角開裂區(qū)域減薄率最大18.5%，符合＜25%的模具工藝技術(shù)要求。

圖6 成形極限圖

圖7 成形極限狀態(tài)

圖8 拉深減薄率

2.4 CAE成形過程分析

通過上述分析，模具成形極限及研配基礎(chǔ)工作均符合工藝技術(shù)要求，為持續(xù)分析解決零件后下角開裂問題，進一步通過AutoForm分析成形過程，以尋找降低材料減薄的方法。圖9所示為開裂位置拉深到底前10 mm的截面狀態(tài)，黑色線條為板料，開裂位置右側(cè)靠近板料邊緣，板料受力拐點多，板料流動阻力大；開裂位置右側(cè)為零件本體，圓角大，與凸模接觸面大、與凹模離空，板料流動阻力小。

圖9 開裂位置拉深到底前10 mm的截面

對開裂區(qū)域成形過程板料流動及最大減薄率量化分析，如圖10和表1所示，選取2個特征線的4個測點，分別在拉深到底前15、10、5 mm和拉深到底時測量板料滑移量，其中，測點3和測點4是開裂區(qū)域，同步測量最大減薄率。測點1和測點2板料從內(nèi)向外流動，拉深到底前10 mm開始滑移量增加明顯，此區(qū)域板料拉深成形主要由內(nèi)側(cè)提供；測點3和測點4板料從外向內(nèi)流動，拉深到底前10 mm開始滑移量增加緩慢，此區(qū)域板料拉深成形貢獻小。觀察測點3和測點4附近的最大減薄率變化，發(fā)現(xiàn)拉深到底前5 mm開始此區(qū)域急劇減薄。

圖10 板料成形過程開裂區(qū)域滑移狀態(tài)

表1 板料成形過程開裂區(qū)域滑移測量

因此，前門內(nèi)板后下角開裂主要原因為材料成形到底前5 mm開始，內(nèi)側(cè)材料流動不足；次要原因為拉深到底前10 mm材料流入量不足。

3 前門內(nèi)板開裂的解決方法

通過分析原因可知，在不允許改變零件造型的前提下，從成形工藝上解決此問題需增加成形到底前0～5 mm內(nèi)側(cè)板料流動或輔助增加成形到底前＞10 mm時外側(cè)板料流動，具體解決方法如表2所示。

表2 開裂問題解決方法

3.1 增加成形到底前＞10 mm時外側(cè)板料流動

前門內(nèi)板生產(chǎn)氣墊壓力設(shè)計為0.3 MPa，現(xiàn)場調(diào)試及小批量生產(chǎn)過程將氣墊壓力降低20%至0.24 MPa，用雙尖頭數(shù)顯千分尺，實測最大減薄率由20%降低至18.9%，剛開始生產(chǎn)存在起皺，如圖11位置2所示，生產(chǎn)至120件開始出現(xiàn)后下角開裂問題。

降低筋條高度或放大筋條R角的作用一致，為便于現(xiàn)場修復(fù)，放大圖11中位置1和位置4處對應(yīng)筋條R角，使材料對比正常情況多流入5 mm左右，工序件減薄改善不明顯，依然存在開裂情況。

降低工藝補充減少了拉深線長，如圖11中位置3的工藝補充打磨降低直到試模位置2出現(xiàn)起皺，但生產(chǎn)時依然存在開裂情況。

圖11 后下角外側(cè)流入量調(diào)整

3.2 增加成形到底前0～5 mm內(nèi)側(cè)板料流動

零件內(nèi)側(cè)靠近后下角的廢料區(qū)存在2個深度為10 mm的刺破刀，若在現(xiàn)有刺破刀基礎(chǔ)上加高15 mm，刺破刀工作時零件內(nèi)部還未開始成形，剛性不足，容易造成局部頂起板料，產(chǎn)生毛刺。

通過AutoForm軟件模擬，在刺破刀中間增加1個同為10 mm高的刺破刀（見圖12），使刺破刀中間撕裂，加快拉深到底前10 mm的流料速度，以達到內(nèi)部材料補充的目的，最大減薄18.5%的位置降低至8.5%，局部減薄率控制在17%以內(nèi)?，F(xiàn)場實際在刺破刀中間區(qū)域各增加1個50 mm×10 mm的三角刺破刀，零件成形狀態(tài)如圖13所示，達到分析效果。正常氣墊壓力0.3 MPa，實測開裂區(qū)域零件減薄率9.2%，加壓至0.36 MPa和0.4 MPa，試模無開裂。

圖12 新增刺破刀分析

圖13 新增刺破刀后零件成形狀態(tài)

現(xiàn)場實物如圖14所示，零件壓邊圈附近存在拉傷，主要原因為模具零件表面粗糙度值過高，經(jīng)鉗工砂光保養(yǎng)，多批次生產(chǎn)到300多件出現(xiàn)拉傷，引起附近區(qū)域縮頸泛白，在線砂光處理后繼續(xù)生產(chǎn)。采取對模具凸、凹模和壓邊圈鍍鉻的方式提升模具整體粗糙度，增加材料在成形過程中的各向流動性，連續(xù)生產(chǎn)900件以上無縮頸開裂問題。改進后零件在正常壓力和加壓20%的條件下成形不會產(chǎn)生開裂。

圖14 現(xiàn)場實物

4 結(jié)束語

針對前門內(nèi)板后下角開裂問題進行分析，首先在現(xiàn)場進行研配試驗，當常規(guī)筋條外側(cè)的材料流入量、減薄率和成形極限分析等評價方式都滿足工藝技術(shù)要求時，通過分析關(guān)鍵特征線的材料滑移及減薄變化過程，識別材料急劇減薄的階段，得出拉深到底前主要由內(nèi)部材料流動補充零件的成形過程，從而采取工藝措施。為得到穩(wěn)定高質(zhì)量的零件，做好零件結(jié)構(gòu)的成形性分析及設(shè)計良好的沖壓工藝是前提條件[4]。對于類似前門內(nèi)板拉深深度深、造型復(fù)雜的零件，在尖點拐角或拔模斜度小的側(cè)壁容易產(chǎn)生縮頸開裂和起皺，CAE成形極限及減薄分析的標準將越來越嚴格，在前期零件工藝分析階段應(yīng)盡可能分析調(diào)試及小批量生產(chǎn)階段可能采取的措施，模擬成形過程材料的流動，使材料減薄率小于17%。模具零件粗糙度影響模具生產(chǎn)，針對門內(nèi)板，按連續(xù)正常生產(chǎn)300件評價其工藝穩(wěn)定性，達到后可進行鍍鉻等表面處理。