摘要：通過總結(jié)如何規(guī)避汽車覆蓋件拉延縮頸開裂改善中存在的典型誤區(qū)，提升問題解決效率，減少質(zhì)量損失和重復(fù)工作。

關(guān)鍵詞：沖壓生產(chǎn)；縮頸開裂；板料；潤滑；模具基礎(chǔ)狀態(tài)；拉延模擬；網(wǎng)格實(shí)驗(yàn)；尺寸優(yōu)化

沖壓件縮頸開裂是汽車覆蓋件沖壓生產(chǎn)中最嚴(yán)重的質(zhì)量問題，可直接導(dǎo)致沖壓件甚至總成和車身報(bào)廢。各整車廠近十年新建的高速?zèng)_壓線工作節(jié)拍普遍達(dá)到了15～18次/min，比6軸機(jī)器人時(shí)代快了1倍，但同時(shí)期內(nèi)，沖壓件人工抽檢的檢驗(yàn)方式并沒有發(fā)生質(zhì)的改變和提升，導(dǎo)致了生產(chǎn)過程中一旦發(fā)生縮頸開裂，產(chǎn)生的報(bào)廢損失也比之前翻倍。因此，如何更為高效、精準(zhǔn)地解決批量生產(chǎn)中縮頸開裂問題顯得比以往更迫切。

同樣在近十年，隨著汽車市場的爆發(fā)式增長，有經(jīng)驗(yàn)的模具工和工程技術(shù)人員緊缺，新模具調(diào)試狀態(tài)與工藝設(shè)計(jì)的理論狀態(tài)存在較大差異。而工藝設(shè)計(jì)人員和工程技術(shù)人員往往現(xiàn)場經(jīng)驗(yàn)不足，對(duì)縮頸開裂缺陷件缺乏細(xì)節(jié)觀察和整體了解，發(fā)現(xiàn)實(shí)際缺陷與理論分析不符時(shí)對(duì)分析結(jié)論信心不足，現(xiàn)場模具工難以得到及時(shí)有效的理論支持。

筆者所在的模具團(tuán)隊(duì)通過一年時(shí)間的縮頸開裂專項(xiàng)攻關(guān)，把4款車型覆蓋件（含前后地板、輪罩等結(jié)構(gòu)件）非材料原因和主動(dòng)調(diào)整（尺寸回彈、拉延油量等）導(dǎo)致的沖壓縮頸開裂產(chǎn)生次數(shù)，從2022年的平均0.41次/萬沖程優(yōu)化到0.2次/萬沖程以內(nèi)。結(jié)合在此工作過程中走過的彎路和以往工作經(jīng)驗(yàn)，總結(jié)出縮頸開裂調(diào)試過程中的常見誤區(qū)及規(guī)避方法，供一線模具同行參考。

汽車覆蓋件拉延縮頸開裂改善過程中的典型誤區(qū)

1.新車型項(xiàng)目期對(duì)新模具基礎(chǔ)狀態(tài)缺乏有效把控

對(duì)比筆者從業(yè)16年中經(jīng)歷的自主品牌、韓系、德系三家不同風(fēng)格主機(jī)廠以及對(duì)標(biāo)交流過的多家主機(jī)廠發(fā)現(xiàn)，對(duì)新模具基礎(chǔ)狀態(tài)的有效把控是德系車沖壓件質(zhì)量和縮頸開裂基礎(chǔ)狀態(tài)顯著優(yōu)于其他廠家的重要原因之一。

主機(jī)廠新車型模具調(diào)試一般由ME主導(dǎo)，這些部門多以項(xiàng)目管理見長，對(duì)新模具調(diào)試狀態(tài)的管理更多依賴于模具廠的自我把控。主機(jī)廠模修對(duì)新模具調(diào)試缺乏經(jīng)驗(yàn)，并且往往從SOP才開始介入，而SOP前新模具母線調(diào)試次數(shù)和壓件數(shù)量有限，致使從新模具進(jìn)廠到SOP這至少6個(gè)月的寶貴時(shí)間里成形性問題不能充分暴露，模具廠人員缺乏對(duì)模具基礎(chǔ)狀態(tài)主動(dòng)優(yōu)化的動(dòng)力。直到SOP縮頸開裂成為制約新車型產(chǎn)量的瓶頸時(shí)才開始引起重視，但此時(shí)優(yōu)化縮頸開裂導(dǎo)致的回彈變化又直接影響了零件尺寸，量產(chǎn)階段來自整車匹配的尺寸壓力導(dǎo)致拉延模具狀態(tài)已不敢大動(dòng)，只能通過氣墊壓力和墊片的調(diào)整以及R值的放大臨時(shí)保產(chǎn)，遺留下縮頸開裂的禍根。

得益于大眾、奧迪的技術(shù)傳承和整車廠模具工在新項(xiàng)目模具調(diào)試中的經(jīng)驗(yàn)積累，一汽-大眾形成了一套從機(jī)加合模到底開始的新模具標(biāo)準(zhǔn)化調(diào)試方法。通過在模具入調(diào)前給調(diào)試人員進(jìn)行培訓(xùn)，貫徹一汽-大眾的調(diào)試標(biāo)準(zhǔn)和調(diào)試?yán)砟?，結(jié)合主機(jī)廠模具工以最終用戶身份的早期介入，讓模具一開始就按照“長期穩(wěn)定”的原則進(jìn)行調(diào)試。并通過首次上線即按最高節(jié)拍生產(chǎn)、增加SOP前每批次壓件數(shù)量等方式，主動(dòng)提前暴露成形性問題并及時(shí)優(yōu)化，在SOP時(shí)即獲得較好的模具基礎(chǔ)狀態(tài)。

2.對(duì)板料的關(guān)注點(diǎn)過于局限

不管是新項(xiàng)目期還是量產(chǎn)階段，沖壓件發(fā)生縮頸開裂時(shí)沖在最前面解決問題的永遠(yuǎn)是模具工。模具工出于職業(yè)本能，會(huì)更多地把眼光放在自己擅長的模具本身，對(duì)板料的著眼點(diǎn)往往局限于延伸率和屈服強(qiáng)度。而實(shí)際板料對(duì)拉延縮頸開裂的影響因素遠(yuǎn)不止這兩個(gè)參數(shù)。表1列出了板料對(duì)拉延成形性能的主要影響因素。

實(shí)際在整車廠和鋼鐵廠的訂貨技術(shù)協(xié)議中，鋼板延伸率和屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、n值及R值是最基本的要求，一線鋼廠控制手段也相對(duì)成熟。上述參數(shù)發(fā)生嚴(yán)重偏離的情況并不多見，以筆者所在年產(chǎn)30萬輛主機(jī)廠沖壓車間為例，過去10個(gè)月中反查到的材料原因相關(guān)縮頸開裂次數(shù)統(tǒng)計(jì)如圖1所示。

圖1數(shù)據(jù)通常重點(diǎn)關(guān)注的延伸率和屈服強(qiáng)度導(dǎo)致的縮頸開裂實(shí)際占比并不高。而表1和圖1中的其他因素也在一定程度上解釋了一直困擾我們的“換料時(shí)或臨近換料時(shí)發(fā)生縮頸開裂，調(diào)氣墊壓力及墊片無效，再換料就好”或“連續(xù)生產(chǎn)中偶發(fā)幾件縮頸開裂，尚未來得及停線調(diào)整即恢復(fù)正?！钡辶先訖z測機(jī)械性能卻完全合格的現(xiàn)象。另外很有意思的是，有悖于各種文獻(xiàn)中描述的屈服強(qiáng)度越低，屈強(qiáng)比越大越有利于成形的理論，發(fā)現(xiàn)了三次屈服強(qiáng)度低導(dǎo)致沖壓件開裂的情況（并未因屈服強(qiáng)度低調(diào)皺），其原理還有待進(jìn)一步分析和積累。

現(xiàn)場如何辨別板料是否存在上述問題呢？鋁板熱處理時(shí)間直接可查，除了用儀器測量延伸率、屈服/抗拉強(qiáng)度、R值、n值、粗糙度、板料厚度以及板料表面油膜外，對(duì)縮頸開裂零件斷口的觀察也是現(xiàn)場最簡單直觀，但卻經(jīng)常忽略的細(xì)節(jié)。

如圖2所示，團(tuán)隊(duì)通過對(duì)缺陷件斷口的目視觀察，發(fā)現(xiàn)板料夾雜、分層跡象，取樣后由材料廠家進(jìn)行電鏡檢查和能譜分析，最終確定為氧化鋁夾雜的過程。最終鋼卷供應(yīng)商通過增加結(jié)晶器浸入水口深度、延長精煉循環(huán)時(shí)間、提高下渣檢測精度等措施有效減少了夾雜缺陷的發(fā)生。

3.僅關(guān)注設(shè)備自身精度，忽略設(shè)備與模具的配合狀態(tài)以及對(duì)設(shè)備的合理運(yùn)用

縮頸開裂問題在線調(diào)整過程中，氣墊（液壓墊，以下按傳統(tǒng)習(xí)慣簡稱氣墊）壓力和平衡塊墊片高度是最常用的手段，二者分別通過調(diào)整壓料力和壓料間隙來實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)材料流入量的目的。壓機(jī)滑塊與工作臺(tái)之間的平行度和氣墊自身平行度決定了模具整體壓料間隙和壓料力是否均勻，也是所有沖壓車間重點(diǎn)關(guān)注的設(shè)備參數(shù)。但經(jīng)常遇到以下情況：靜態(tài)測量氣墊平行度沒問題，但把壓邊圈上的平衡塊設(shè)成等高時(shí)，有的平衡塊就是不著色，而下氣墊的動(dòng)態(tài)平行度又無法測量。通過圖3來分析下氣墊力的傳遞過程[2]。

如圖3所示，下氣墊（液壓墊）的壓力來源于液壓缸，設(shè)備自身會(huì)嚴(yán)格確保兩個(gè)液壓缸之間的壓力平衡，但液壓缸的壓力要通過箱體/墊板和工作臺(tái)氣墊頂桿傳遞給壓邊圈接腿，然后才傳遞到壓邊圈的壓料面上。大家往往只關(guān)注液壓缸的壓力和箱體/墊板的靜態(tài)平行度，卻忽略了氣墊頂桿和壓邊圈接腿的影響。在機(jī)加環(huán)節(jié)，氣墊頂桿和壓邊圈裝配式接腿的長度公差要求通常都是±0.2mm，而隨著各主機(jī)廠普遍采用了拉延全氣墊頂桿模式，氣墊頂桿在工作臺(tái)的安裝位置固定，使用頻次高的部位氣墊頂桿變形會(huì)大于其他頂桿，兩種因素疊加，導(dǎo)致了原本均衡的氣墊力被不均衡地傳遞到了壓料面。

除此之外，氣墊的初始頂起高度與凸模的關(guān)系決定了板料預(yù)彎程度即成形前在型腔內(nèi)“儲(chǔ)料”的多少，氣墊“預(yù)加速”功能也會(huì)直接影響成形初期的材料流入量。因此，壓機(jī)對(duì)拉延成形的影響并不僅限于設(shè)備自身精度，設(shè)備參數(shù)的合理設(shè)置以及設(shè)備與模具的完美配合才能幫我們得到好的成形狀態(tài)。

4.對(duì)成形過程中潤滑的作用理解不全面

拉延成形過程中，拉延油和板料表面殘留的清洗油可在一定程度上減少模具和板料之間的有害摩擦系數(shù)，潤滑效果的提高可以改善成形性能，從而降低對(duì)金屬材料拉伸等級(jí)的要求，可以允許使用級(jí)別更低的金屬材料，并大幅度降低廢品率，可節(jié)約金屬成本10%～20%[3]。

在很多人的理解中，增加板料潤滑的主要作用是通過改善壓邊圈壓料面的潤滑，增加成形時(shí)的外部材料流入量。但實(shí)際在前、后門內(nèi)板、后蓋內(nèi)板等零件的拉延成形中，多次遇到在涂油條件下正常生產(chǎn)的零件，取消涂油后，沒有出現(xiàn)縮頸開裂，反而出現(xiàn)大皺的情況。對(duì)比拉延件收料線發(fā)現(xiàn)，不涂油的零件實(shí)際材料流入量也確實(shí)明顯增大。在燒焊拉延筋槽R、降低平衡塊高度以增加進(jìn)料阻力的過程中，導(dǎo)致了零件內(nèi)部多個(gè)部位的縮頸開裂。為求證取消涂油后零件出現(xiàn)皺的原因，團(tuán)隊(duì)進(jìn)行了手工涂油對(duì)比試驗(yàn)。發(fā)現(xiàn)板料涂油后，雖然壓料面處進(jìn)料阻力變小了，但在拉延油的幫助下，零件在模具凸、凹模內(nèi)部，減薄更充分，因此在成形到底的過程中需求的外部材料流入更少。而不涂油的零件，內(nèi)部減薄不充分，成形到底的過程中需要從外部要料來補(bǔ)充成形所需，外部材料流入不均導(dǎo)致了褶皺的產(chǎn)生。

結(jié)合以上實(shí)際現(xiàn)象和試驗(yàn)結(jié)論，拉延油/殘留清洗油在拉延成形過程中的作用為：通過增加板料潤滑性能，減少模具和板料之間的有害摩擦系數(shù)，使材料減薄更加均勻，從而減少了危險(xiǎn)斷面處的材料變薄（應(yīng)力集中）。簡單來說，拉延油涂在凸、凹模型腔內(nèi)部和涂在壓料面上可以取得不同的效果。因此，通過科學(xué)合理地設(shè)置涂油機(jī)在板料上涂油位置、涂油量，以及巧妙控制板料表面殘留的清洗油油膜，有助于提升拉延成形質(zhì)量，減少縮頸、開裂和褶皺的發(fā)生。

5.對(duì)拉延模擬和網(wǎng)格試驗(yàn)結(jié)果缺乏有效運(yùn)用

拉延模擬是在沖壓工藝設(shè)計(jì)（甚至可制造性分析）階段就進(jìn)行的成形基礎(chǔ)分析，整個(gè)零件的成形方案和工藝造型都以此為基礎(chǔ)。而網(wǎng)格試驗(yàn)則是最早在新模具零件首件驗(yàn)收階段要求進(jìn)行的實(shí)際成形性檢查。前者理論性較強(qiáng)，往往在新模具調(diào)試階段就已經(jīng)與實(shí)際情況體現(xiàn)出差異。后者雖然直接反映了實(shí)際成形過程中的減薄率和縮頸開裂風(fēng)險(xiǎn)，但由于和批量生產(chǎn)階段實(shí)際發(fā)生的縮頸開裂直接對(duì)應(yīng)性不強(qiáng)（網(wǎng)格試驗(yàn)與批量生產(chǎn)中實(shí)際發(fā)生的縮頸開裂符合率不到10%），往往被現(xiàn)場模具工認(rèn)為參考價(jià)值不高，實(shí)際調(diào)試過程中很少參考拉延模擬和網(wǎng)格試驗(yàn)的結(jié)果。

分析拉延模擬和網(wǎng)格試驗(yàn)結(jié)果與實(shí)際成形狀態(tài)存在差異的原因如下。拉延模擬過程中，一般針對(duì)模擬后出現(xiàn)的破裂和起皺這些缺陷通過反復(fù)調(diào)整拉延筋的阻力，多次模擬分析，最終得到破裂風(fēng)險(xiǎn)、最大減薄率、起皺趨勢等模擬結(jié)果[4]。但軟件模擬時(shí)真實(shí)拉延筋需要額外建模及網(wǎng)格處理，較等效拉延筋處理復(fù)雜，影響計(jì)算效率且不容易對(duì)其修改。故多采用等效拉延筋，不對(duì)拉延筋進(jìn)行模型的構(gòu)造，只在相應(yīng)的網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)上設(shè)置代表拉延筋的線并施加單位長度上的流動(dòng)阻力來模擬真實(shí)拉延筋[5]。等效筋中流動(dòng)阻力的設(shè)置無法與實(shí)際拉延筋的狀態(tài)做到完全一致，調(diào)試階段壓料面實(shí)際研合狀態(tài)、強(qiáng)壓間隙、筋與筋槽實(shí)際間隙及模具R角拋光狀態(tài)也會(huì)在一定程度上造成實(shí)際成形狀態(tài)和理論的差異。

網(wǎng)格試驗(yàn)雖然是基于實(shí)際的模具狀態(tài)和成形過程測算的減薄率和FLD狀態(tài)，但單張板料的成形無法體現(xiàn)生產(chǎn)中模具發(fā)熱后走料的變化。另外，板料印制網(wǎng)格前后存在擦油和手工涂油過程，網(wǎng)格件表面的油膜狀態(tài)會(huì)與批量生產(chǎn)有差異，導(dǎo)致批量生產(chǎn)中偶發(fā)的縮頸開裂很難通過網(wǎng)格試驗(yàn)直接體現(xiàn)。

以下通過兩個(gè)實(shí)際案例分別說明拉延模擬和網(wǎng)格試驗(yàn)結(jié)果在縮頸開裂問題優(yōu)化過程中的運(yùn)用和幫助。

1）除了在新拉延模調(diào)試初期需要讓實(shí)際拉延收料線盡可能與理論收料線接近，零件內(nèi)部的拉延模擬理論減薄率也是模具成形裕度優(yōu)化的重要參考依據(jù)。圖4所示的3處R角局部的理論減薄率達(dá)到了32.8%，局部的最大失效0.86，但此處在后工序工作中沒有進(jìn)一步減薄，從FLD圖看，縮頸開裂尚在安全區(qū)間。

基于拉延模擬情況，雖整體綜判為通過，但減薄超過30%的三處R仍存在縮頸開裂風(fēng)險(xiǎn)，調(diào)試階段通過研放凸R、在壓邊圈實(shí)際行程設(shè)置時(shí)讓板料適當(dāng)預(yù)彎，合理設(shè)置下氣墊預(yù)加速距離，增加成形初期內(nèi)部儲(chǔ)料，并在涂油機(jī)參數(shù)選擇上，在對(duì)應(yīng)部位增大涂油量，讓R成形時(shí)在良好的潤滑條件下均勻減薄。從而增加成形時(shí)的安全裕度。得到的實(shí)際網(wǎng)格試驗(yàn)驗(yàn)證結(jié)果如圖5所示。

由圖5可見，除產(chǎn)品造型凸臺(tái)外，其他兩處凸R的實(shí)際減薄率已降到24%以下，凸臺(tái)處實(shí)際減薄率32.3%。FLD圖中，最小安全裕度10.163%，雖在安全范圍內(nèi)，但根據(jù)FLD圖和主、次應(yīng)變狀態(tài)，仍可通過減小主應(yīng)變（減小圖4中A處進(jìn)料阻力）或增加次應(yīng)變（加大圖4中B處進(jìn)料阻力）來進(jìn)一步提升縮頸開裂安全裕度，為批量生產(chǎn)中的進(jìn)一步優(yōu)化調(diào)整提供了參考依據(jù)。

2）以下案例則通過網(wǎng)格試驗(yàn)的分析結(jié)果為縮頸開裂問題提供了改善方向。如圖6所示，某車型前門內(nèi)板B柱頂端拉延開裂，研放拉延筋槽R和調(diào)整平衡塊墊片后，對(duì)應(yīng)位置拉延收料線完全進(jìn)入拉延筋槽底部，但仍偶發(fā)縮頸和開裂。此處成形深度不深，最大減薄率也在22%左右，但偶發(fā)縮頸開裂的問題并未得到徹底解決。

通過對(duì)該部位進(jìn)行網(wǎng)格試驗(yàn)分析，發(fā)現(xiàn)此處主、次應(yīng)變方向復(fù)雜，并非根據(jù)常規(guī)經(jīng)驗(yàn)和裂口方向推斷的主要從上方走料，如表1和圖7所示。

結(jié)合開裂部位主次應(yīng)變方向和FLD圖可看出，危險(xiǎn)區(qū)域正對(duì)10%安全裕度線拐角，這種情況下不管是減小主應(yīng)變還是增大或減小次應(yīng)變，都能有效提升此處縮頸開裂的安全裕度。再結(jié)合此處減薄率現(xiàn)狀，找到研放凸模R的方式作為進(jìn)一步改善方向，成功解決了偶發(fā)縮頸開裂的問題。

6.拉延成形尚未穩(wěn)定就急于更改尺寸

零件尺寸認(rèn)可是新車型模具項(xiàng)目管理的重要里程碑，迫于項(xiàng)目進(jìn)度壓力和調(diào)試人員經(jīng)驗(yàn)水平，在拉延成形尚未穩(wěn)定的情況下，項(xiàng)目管理人員經(jīng)常會(huì)“頭痛醫(yī)頭”地通過整形工序?qū)﹂T內(nèi)板、后蓋內(nèi)板、發(fā)罩內(nèi)板類零件的法蘭尺寸進(jìn)行更改。但上述零件的法蘭尺寸往往直接與成形過程中的拉延回彈直接相關(guān)，項(xiàng)目期一些存在偏差的法蘭尺寸，往往會(huì)隨著零件縮頸開裂優(yōu)化過程中走料狀態(tài)的變化而改變。多個(gè)項(xiàng)目中出現(xiàn)過項(xiàng)目期通過整形更改的法蘭尺寸，在拉延調(diào)試穩(wěn)定后產(chǎn)生變化，把前期燒焊整形的更改量做回去之后尺寸恢復(fù)正常的情況。反復(fù)更改整形，不僅是重復(fù)工作的浪費(fèi)，在反復(fù)更改整形模具的過程中產(chǎn)生的著色損失更是難以挽回的。因此在新項(xiàng)目調(diào)試階段，一定要先做好零件本身的成形性，在確認(rèn)實(shí)際拉延收料線與理論收料線符合程度、各工序著色率均穩(wěn)定合格的基礎(chǔ)上，再進(jìn)行整形尺寸的優(yōu)化。

7.拉延模具R放大后，零件在后工序模具符形狀態(tài)未及時(shí)確認(rèn)

下面通過一個(gè)實(shí)際案例說明優(yōu)化縮頸開裂過程中零件尺寸發(fā)生變化，又通過在后工序模具上排除干涉做符形恢復(fù)尺寸的過程。該零件尺寸變化過程如圖8所示。

“初始尺寸狀態(tài)”為該零件尺寸認(rèn)可時(shí)的狀態(tài)，在SOP初期，發(fā)現(xiàn)整個(gè)B柱法蘭邊平面度尺寸發(fā)生變化。排查拉延及整形模具著色狀態(tài)、零件在各工序模具中定位以及零件儲(chǔ)運(yùn)過程均無異常。反查從尺寸認(rèn)可到發(fā)現(xiàn)尺寸變化的中間過程，發(fā)現(xiàn)唯一的變化點(diǎn)在于因?yàn)樽笊蠄D框線部位出現(xiàn)縮頸開裂，現(xiàn)場研放過拉延凸模R。進(jìn)一步排查后工序零件在下模的貼合狀態(tài)發(fā)現(xiàn)，拉延凸模R放大后，后工序凸模對(duì)應(yīng)R未及時(shí)做空開，導(dǎo)致零件在后工序模具中被R略支起來，在切邊壓料板和整形工序作用下產(chǎn)生尺寸偏差。根據(jù)拉延凸模R放大過的部位，在后工序凸模R做空開后，尺寸恢復(fù)正常狀態(tài)，并且比尺寸認(rèn)可狀態(tài)還要貼近零偏差。

結(jié)語

本文結(jié)合汽車覆蓋件拉延縮頸開裂調(diào)試和優(yōu)化的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，以及在新項(xiàng)目模具調(diào)試過程中走過的一些彎路，從模具基礎(chǔ)狀態(tài)、板料、模具與壓機(jī)的合理匹配、成形過程中的潤滑、拉延模擬和網(wǎng)格試驗(yàn)結(jié)果的運(yùn)用、尺寸優(yōu)化前提及拉延R放大后的零件外形等方面總結(jié)了實(shí)際工作中易被忽略的誤區(qū)供一線模具同行參考。實(shí)際工作中規(guī)避這些誤區(qū)，可以有效提升縮頸開裂優(yōu)化的效率，減少質(zhì)量損失和重復(fù)工作。

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