王仕洪　張一飛　溫佩

關(guān)鍵詞：汽車覆蓋件；水切；開裂；差異；受力分析

中圖分類號：U463.83+4 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

0 引言

門外板作為汽車外覆蓋件中相對成熟的零件，在工藝設(shè)計(jì)中，需要兼顧材料利用率和零件成型后剛性要求[1]。在實(shí)際應(yīng)用過程中，水切邊雙筋效果比單筋鎖死的效果好。從Autoform 軟件分析結(jié)果來看，兩種方案成型效果相似。實(shí)際生產(chǎn)調(diào)試來說，一旦出現(xiàn)問題，雙筋的設(shè)計(jì)具有更高的穩(wěn)定性和多樣調(diào)試方法。鎖死筋調(diào)試方法單一，且鎖死筋成型R 角小，調(diào)試手段不足以解決問題時(shí)，只能通過調(diào)整工藝重新加工模具型面解決。某車型后門外板及其水切邊大范圍開裂，且反復(fù)調(diào)試無果。本文以其作為案例進(jìn)行研究。

1 門外板水切邊開裂

某車型門外板在回廠調(diào)試后，調(diào)試過程中水切邊一直存在開裂，且其開裂程度為整體水切邊，生產(chǎn)過程中只能通過增加液壓墊壓力，或者在管理面貼膠帶臨時(shí)對應(yīng)。這是該零件調(diào)試生產(chǎn)過程中最大的一個(gè)問題，其他車型門板除了在水切整形位置有輕微暗裂之外未發(fā)生過類似問題。該問題不但使得零件無法穩(wěn)定生產(chǎn)，同時(shí)大大增加了零件開裂報(bào)廢的數(shù)量，嚴(yán)重阻礙了生產(chǎn)線質(zhì)量指標(biāo)和效率指標(biāo)的達(dá)成。

1.1 沖壓零件信息及材料屬性

本案例中，門外板采用的材料是GX220BD+ZF ；板料尺寸（2790.00 mm ＋ 2060.00 mm）×1 030.00 mm，板厚0.70 mm。具體沖壓件數(shù)模以及GX220BD+ZF 材料的屈服強(qiáng)度曲線如圖1 所示。

1.2 門外板成型性分析結(jié)果

本次使用的Autoform 分析是基于全過程設(shè)計(jì)分析，因成型開裂研究集中在拉延工序，分析和計(jì)算結(jié)果計(jì)算到拉延工序。該門板采用鎖死筋拉延筋[2] 設(shè)置參數(shù)。從Autoform 成型分析結(jié)果，上門外板材料流入量為零（圖2），其成型完成后減薄失效最大部位為10.2%，遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于25.0% 的成型極限值。另開裂部位靠近拉延筋，該部位在Autoform 分析結(jié)果中完全沒有開裂的風(fēng)險(xiǎn)。

1.3 調(diào)試結(jié)果與成型分析的差異

現(xiàn)場調(diào)試，將影響成型要素平衡塊著色、壓邊圈研合率以及材料定位調(diào)整到模具設(shè)計(jì)制造要求標(biāo)準(zhǔn)，水切邊開裂沒有變化。對材料性能進(jìn)行檢測，檢測結(jié)果符合材料要求。

調(diào)整壓機(jī)液壓墊參數(shù)，壓機(jī)設(shè)備是濟(jì)南二機(jī)的2000T 機(jī)械伺服壓機(jī)。液壓墊壓力由四軸提供，其中軸1 軸2 為水切邊一側(cè)；液壓墊提供的最大壓力為1 000 kN，額定使用80%，即800 kN。同尺寸的門外板壓邊圈壓力為550 kN，換算頂桿壓力為220 t 左右。調(diào)試過程中，該門板在壓力增大過程后開裂得到有效控制（表1），但液壓墊參數(shù)超過額定范圍，不利于壓機(jī)的使用，單邊壓力過大不利于零件生產(chǎn)穩(wěn)定性。

為了找到開裂發(fā)生的時(shí)序，將液壓墊壓力調(diào)整到廠外調(diào)試壓力值附近，抬高閉合高度分段下壓，確認(rèn)模具閉合到底前多少毫米就發(fā)生開裂。測試詳情如表2所示（注：220 t 是理論成型噸位）。

拉延筋對材料的控制主要受拉延筋R 角、拉延槽R 角以及筋槽的側(cè)壁間隙影響，以上參數(shù)在設(shè)計(jì)加工之后已經(jīng)固定。隨著液壓墊參數(shù)的調(diào)整，水切邊的開裂情況有明顯的變化。液壓墊壓力增加導(dǎo)致水切邊一側(cè)作用于管理面的壓力增加，從而水切邊板料的進(jìn)料阻力增加，水切邊一側(cè)的材料阻力不足是導(dǎo)致開裂的原因。

（1）調(diào)試方案一：增加水切一側(cè)進(jìn)料阻力，適當(dāng)增加材料的尺寸，同時(shí)將拉延筋外側(cè)的外管理面[3] 研合使其能夠壓料（一般情況下外管理面為虛著色），可以有效地增加板料的進(jìn)料阻力。板料尺寸上下單邊各增加10.00 mm，即板料尺寸為（2 790.00 mm ＋ 2 060.00 mm）×1 030.00 mm。調(diào)試結(jié)果，板料開裂程度有一定的改善，水切邊開裂問題沒有消除。

（2）調(diào)試方案二：將液壓墊壓力降低到600 kN，在水切邊壓邊圈內(nèi)管理面貼上布基膠帶，也能夠?qū)?yīng)50 ～ 100 沖次數(shù)的生產(chǎn)。這說明，增加水切一側(cè)壓邊圈內(nèi)管理面的壓力可以有效地消除開裂。

2 工藝優(yōu)化與對策實(shí)施

從調(diào)試方案結(jié)果來看，水切邊一側(cè)內(nèi)管理面壓料力不足，材料向內(nèi)竄動是導(dǎo)致水切邊開裂的主要原因。而開裂部位在拉延槽R 角附近，開裂的另一個(gè)因素是拉延槽R 角小，導(dǎo)致局部受力載荷超過材料屈服強(qiáng)度。

板料在成型過程中，拉延筋R 角受力情況如圖3 所示，包括零件成型所需要力的總和F_合與內(nèi)管理面壓料力構(gòu)成的摩擦力阻力F_f，成型力F_合根據(jù)零件成型所需的成型力確認(rèn)。拉延槽R_角受到2 個(gè)力F ₁ 與F ₂ 的合力F ₃，F(xiàn) ₁是拉延槽R _角作用在板料上的力，F(xiàn) ₁與F_f 成負(fù)相關(guān)。當(dāng)F_f 提供的力不滿足F_合的情況下，剩余的成型力由F₁提供。當(dāng)F ₁＝ F₂；所形成的合力F₃ 與R_角接觸產(chǎn)生的壓強(qiáng)超過材料的屈服強(qiáng)度σ，導(dǎo)致材料失效開裂。F ₁的值由管理面的面積S 以及液壓墊提供的壓力Pa 確定；拉延槽R 角的大小影響局部受力載荷。

2.1 工藝方案優(yōu)化分析

根據(jù)上述的理論基礎(chǔ)，制定相應(yīng)的改善思路。

（1）第一種思路是增加內(nèi)管理面的壓力。首先保證液壓頂桿壓力不變的情況下，增加管理面的面積，減少拉延槽R 角受力；其次是可以保證現(xiàn)有的管理面寬度，增加液壓墊頂桿的壓力，減少拉延槽R 角受力。該方案在調(diào)試過程中已使用，會增加壓機(jī)使用和模具拉傷的風(fēng)險(xiǎn)。

（2）另一種思路是增加拉延筋的阻力，保證拉延筋阻力，能夠保證材料成型無異常的情況下，放大拉延槽R 角，減少拉延槽R 角處受力，從而避免R 角位置局部位置載荷超差導(dǎo)致開裂。

根據(jù)以上2種優(yōu)化方案思路，對比原有的工藝方案（舊工藝：拉延筋高5.00 mm，寬10.00 mm，管理面寬度8.00 mm，拉延筋R 小于1.50 mm），新增以下3 種工藝對比方案。

方案一：通過增加拉延筋高度和寬度增加其的阻力系數(shù)，同時(shí)拉延筋整體向外移動增加內(nèi)管理面的寬度，拉延槽R 角與原有R 角保持一致，以便后續(xù)調(diào)試可以適當(dāng)調(diào)整拉延槽R 角而不影響零件成型。拉延筋高7.00 mm，寬14.00 mm，拉延筋R 小于1.50 mm，管理寬度增加3.00 mm。

方案二：通過增加一條拉延筋，增加其整體阻力系數(shù)。原有的拉延筋高度位置保持不變，新增一條相同的拉延筋，放大拉延槽R 角，減少R 角局受力載荷。因?yàn)樾略隼咏?，需要增加相?yīng)的材料尺寸，保證外側(cè)拉延筋有效。增加拉延筋和板料狀態(tài)：外筋高5.00 mm，寬10.00 mm，R2.00 mm ；內(nèi)筋高5.00 mm，寬10.00 mm，R2.50 mm。

方案三：通過改變拉延筋的造型，增加其總體阻力系數(shù)，蛇形筋可以大幅度的增加拉延筋有效長度，使得拉延筋本身阻力得到大幅度增加。可適當(dāng)放大拉延槽R 角，減少R 角局部受力載荷。同時(shí)因?yàn)槔釉煨透淖?，管理面的有效面積也增加了。因?yàn)樯咝谓钤煨偷淖兓?，需要適當(dāng)增加相應(yīng)的材料尺寸，保證材料成型過程中拉延筋有效。將拉延筋改為蛇形筋，筋高5.00 mm，寬10.00 mm，R2.00 mm。

根據(jù)調(diào)整拉延筋的參數(shù)[4] 和形狀，通過Autoform 分析得出優(yōu)化調(diào)整后的3 種方案材料流入量與原方案基本一致。通過Autoform 分析得出，優(yōu)化調(diào)整后的3 種方案，拉延筋部位失效數(shù)據(jù)均在0.08 左右，與原方案基本一致。

綜合3 種調(diào)整方案實(shí)施難度以及材料成本，對比如表3 所示。根據(jù)3 個(gè)方案的調(diào)整量、調(diào)試難度和變更成本，最終選定方案一進(jìn)行加工實(shí)施。

3 調(diào)試生產(chǎn)驗(yàn)證

按照方案一拉延筋加工完成后，首次上機(jī)調(diào)試液壓墊設(shè)定壓力600 kN，零件正常出件沒有問題，水切邊無開裂；調(diào)整液壓墊壓力到上限750 kN，零件出件狀態(tài)沒有問題；調(diào)整液壓墊壓力到下限400 kN，零件出件后水切邊中部仍有開裂。

以液壓墊壓力600 kN 批量生產(chǎn)到80 ～ 100 沖次后，零件發(fā)生開裂。對零件管理面拉延筋做間隙測量，實(shí)測間隙數(shù)據(jù)在0.80 ～ 0.85 mm ；管理面間隙0.67 mm（圖4a），符合拉延筋以及管理設(shè)計(jì)要求[5]。管理面實(shí)測有效寬度3.00 ～ 5.00 mm，未達(dá)到設(shè)計(jì)要求的5.00 ～ 8.00 mm（圖4b）。根據(jù)上述拉延槽R角受力分析，壓料面寬度不足會使得摩擦力提供的Ff 變小，導(dǎo)致F₁變大，板件在拉延槽R 角受力載荷導(dǎo)致失效開裂。

調(diào)試對策是將上模管理面不足5.00 mm 的區(qū)域進(jìn)行補(bǔ)焊，重新研合后使內(nèi)管理面整體寬度達(dá)到5.00 ～ 8.00 mm。重新上線生產(chǎn)驗(yàn)證，液壓墊壓力為600 kN，批量生產(chǎn)零件狀態(tài)沒有問題；液壓墊壓力調(diào)整到上限750 kN 以及下限400 kN，零件狀態(tài)也都沒有問題。

4 結(jié)束語

本案列門外板水切邊一側(cè)大范圍開裂問題，工藝設(shè)計(jì)分析過程中的結(jié)果無法有效地體現(xiàn)調(diào)試可能出現(xiàn)的開裂狀態(tài)，從補(bǔ)充面工藝設(shè)計(jì)和現(xiàn)場調(diào)試[6] 兩方面進(jìn)行對比分析。由于本零件采用的是單筋鎖死的設(shè)計(jì)方案，水切邊一側(cè)的拉延筋R 角小（R ＜ 1.5mm），拉延筋R 角部位因?yàn)閮?nèi)管理面的寬度和研和有效壓料面不足，導(dǎo)致成型過程中R 角部位受力過載，超過材料本身的屈服強(qiáng)度而開裂。通過增大拉延筋的寬度以及壓料面內(nèi)管理面的寬度，通過調(diào)試手段保證有效壓料面。減少制件在成型過程中拉延槽R角部位受力，最終解決了制件水切邊開裂的問題，保證了制件及生產(chǎn)穩(wěn)定性。

作者簡介：

王仕洪，本科，工程師，研究方向?yàn)槠囍圃臁?/p>