汽車車門外板新材料的應(yīng)用

文/章敏·江鈴汽車股份有限公司合資沖壓廠

汽車車門外板新材料的應(yīng)用

文/章敏·江鈴汽車股份有限公司合資沖壓廠

對于制造業(yè)來說，21世紀(jì)是新產(chǎn)品、新材料的競爭。在過去幾年里，汽車行業(yè)異軍突起，江鈴集團(tuán)在日益壯大的汽車市場中，也緊隨市場開發(fā)新的車型。然而，激烈的市場競爭驅(qū)使汽車制造商從各方面設(shè)法提高其新開發(fā)車型的質(zhì)量。在整個(gè)新產(chǎn)品、新車型的開發(fā)過程中，由于新材料、新工藝、新設(shè)備的運(yùn)用以及不斷提高的產(chǎn)品質(zhì)量要求，技術(shù)人員同時(shí)存在某些方面的經(jīng)驗(yàn)欠缺，勢必會(huì)出現(xiàn)一些開發(fā)階段未曾考慮的新問題，這些問題關(guān)鍵而棘手，尋找正確有效的解決方案迫在眉睫。本文主要針對新車型N350車門外板出現(xiàn)的板材抗凹性能差的問題，進(jìn)行分析與解決。

缺陷問題的產(chǎn)生

根據(jù)評審人員反饋，N350左右前后側(cè)車門總成區(qū)域輕微手按及觸碰后有明顯凹坑，如圖1所示，嚴(yán)重影響整車外觀質(zhì)量。

缺陷產(chǎn)生的原因

針對產(chǎn)生缺陷車輛反應(yīng)的問題點(diǎn)，項(xiàng)目開發(fā)組成立了專案小組分析原因并尋找切實(shí)有效的解決方案。

車門外板單件成形性分析

從車門外板總成表現(xiàn)出來的問題來看，首先易考慮到的是外板件強(qiáng)度不夠，即板件在成形過程中不到位，沒有完全達(dá)到塑性變形硬化的狀態(tài)要求。為此，對現(xiàn)有板件重新進(jìn)行了CAE分析，分析結(jié)果表明板件拉延率足夠，且拉延充分，如圖2所示。

車門外板沖壓件生產(chǎn)穩(wěn)定性分析

車門外板沖壓件是在一條全新的自動(dòng)化線生產(chǎn)的，機(jī)臺臺面水平度、頂桿尺寸精度及壓機(jī)生產(chǎn)參數(shù)等生產(chǎn)因素狀態(tài)較好，并且進(jìn)行每批次生產(chǎn)參數(shù)穩(wěn)定性確認(rèn)，如圖3所示。

圖1 車門外板造型棱線上部

圖2 車門外板CAE分析

對沖壓件產(chǎn)品涉及到的性能問題，如原材料延伸率和生產(chǎn)穩(wěn)定性，經(jīng)過分析都沒問題。項(xiàng)目小組的技術(shù)人員決定，在不影響板件成形的前提下采用不同牌號、不同厚度的材料進(jìn)行試驗(yàn)，來對比板件易出現(xiàn)的凹坑問題能否得到改善。具體試驗(yàn)過程中，選用材料的原則是：⑴對原DC04材料加厚0.05mm進(jìn)行驗(yàn)證；⑵料厚不變，選用延伸率更佳的DC06材料進(jìn)行驗(yàn)證；⑶選用延伸率更佳的DC06材料，且料厚增加0.05mm進(jìn)行驗(yàn)證；⑷采用高強(qiáng)度板材進(jìn)行驗(yàn)證，同時(shí)進(jìn)行同牌號同厚度不同材料供應(yīng)商的驗(yàn)證。按照以上4種方式進(jìn)行驗(yàn)證，結(jié)果如表1所示。

市場調(diào)研分析

常用的材料經(jīng)過驗(yàn)證無效后，項(xiàng)目小組進(jìn)行了市場調(diào)研。對比同類車型門總成，尋找其他汽車制造廠所采用的新興材料取長補(bǔ)短，希望能解決問題，調(diào)研結(jié)果如表2所示。經(jīng)過對比分析，決定選用B180H1，對厚度不變的新材料進(jìn)行驗(yàn)證。

最優(yōu)方案效果驗(yàn)證

材料性能理化試驗(yàn)對比

圖3 設(shè)備生產(chǎn)參數(shù)監(jiān)視器及氣墊氣壓曲線

表1 不同材料選用原則下的板材成形效果

表2 對相同厚度不同材質(zhì)選用原則下的板材成形效果

B180H1為烘烤硬化鋼，由無間隙原子鋼(IF鋼，如DC系列)發(fā)展而來。無間隙原子鋼盡管碳/氮含量低，但由于加入了較強(qiáng)的碳氮化合物形成元素鈦和鈮，鐵素體中幾乎不存在間隙碳/氮原子。因此，材料的抗拉強(qiáng)度與屈服強(qiáng)度較低，特別是屈服強(qiáng)度低(屈強(qiáng)比低)，具有良好的沖壓成形性能，同時(shí)也具有相對的時(shí)效穩(wěn)定性。烘烤硬化鋼加入強(qiáng)的碳/氮化合物形成元素鈦和鈮相對較少（控制一定的比例），使得鐵素體中存在一定的間隙原子碳/氮，在隨后的烘烤過程中(人工時(shí)效)，或長時(shí)間室溫（自然時(shí)效）放置，使碳/氮原子重新聚集阻礙金屬的滑移，達(dá)到固溶強(qiáng)化的效果，也即屈服強(qiáng)度明顯提高。但烘烤硬化鋼的室溫時(shí)效強(qiáng)化，使沖壓性能降低，因此盡快使用為好。BH值越高，間隙的碳氮原子越多，室溫時(shí)效就會(huì)越差。

對原材料各項(xiàng)性能進(jìn)行理化試驗(yàn)分析對比，結(jié)果如表3所示，所有板材采用同一標(biāo)距L0＝80mm，b＝20mm。結(jié)果顯示，與普通板料DC04相比，烘烤硬化鋼B180H1屈服強(qiáng)度增加了25%～30%，經(jīng)過烘烤后B180H1的屈服強(qiáng)度與DC04相比增加了55%～70%，屈強(qiáng)比也有明顯增加。烘烤硬化鋼B180H1所反應(yīng)出來的這種性能，從理論上正好可以彌補(bǔ)DC04板料抗凹性不足的缺陷，即從理論上可以解決門總成輕按后易出現(xiàn)凹坑的問題。

板件成形CAE分析對比

針對普通板DC04及烘烤硬化鋼B180H1的不同力學(xué)性能，對問題板件進(jìn)行板料成形CAE分析對比，如圖4所示。分析結(jié)果顯示，采用原始拉延筋模型下，材料由DC04切換為B180H1前后，板件都有局部區(qū)域處于開裂風(fēng)險(xiǎn)狀態(tài)，即為圓角較小處，切換前后開裂風(fēng)險(xiǎn)位置基本一致。在實(shí)際生產(chǎn)中，普通鋼板DC04的板件已調(diào)試合格，在切換烘烤硬化鋼B180H1成形試驗(yàn)時(shí)，現(xiàn)板件圓角較小處較DC04的零件相比有縮緊缺陷。若裝車驗(yàn)證成功，在后期正式生產(chǎn)切換后，模具可通過修模微調(diào)來消除使用新材料所出現(xiàn)的板件缺陷。

表3 原材料各項(xiàng)性能的理化試驗(yàn)報(bào)告

圖4 板料成形CAE分析對比

新材料板件最終裝車效果驗(yàn)證

烘烤硬化高強(qiáng)度鋼應(yīng)用于汽車外覆蓋件，可以增加外覆蓋件的表面強(qiáng)度和硬度，但涂裝溫度需達(dá)到170℃，保溫時(shí)間在（20±0.5）min的范圍。加工成形后，在一定的溫度下烘烤后，由于時(shí)效硬化時(shí)鋼的屈服強(qiáng)度進(jìn)一步升高，涂裝可以滿足烘烤硬化鋼的溫度和保溫時(shí)間要求。采用新材料烘烤硬化鋼B180H1生產(chǎn)的門外板，經(jīng)整車涂裝烘烤面漆后，門的總成較之前普通板材DC04有明顯改善（圖5），經(jīng)相關(guān)人員進(jìn)行評審，認(rèn)定門總成抗凹性能增加，正常輕按后門外板無凹坑現(xiàn)象，可以達(dá)到海馬T和長城哈弗H6的水平，滿足市場要求。

固化落實(shí)

本項(xiàng)目實(shí)施前，使用原材料DC04導(dǎo)致N350SUV所有門外板輕微手按及碰觸后出現(xiàn)凹坑，該問題如果已經(jīng)售出需花費(fèi)5000元/臺的返修費(fèi)用，經(jīng)過市場調(diào)研、尋找的新材料生產(chǎn)的門外板，整車成本只增加7.4元/臺，在后期項(xiàng)目開發(fā)中，同類車型及問題點(diǎn)有很大的參考及借鑒作用，項(xiàng)目適用范圍大、推廣性較強(qiáng)。

圖5 新材料板件缺陷解決

經(jīng)過后期售后跟蹤驗(yàn)證，原材料更換后，同類問題沒有再出現(xiàn)。在實(shí)際生產(chǎn)中，門外板除采用普通板材、烘烤硬化鋼外，國內(nèi)其他汽車廠家還選用了其他牌號等級的材料，上述的問題解決只能作為一類問題的借鑒與參考，具體能否適用還有多方面因素的制約，例如板件造型、模具狀態(tài)、生產(chǎn)設(shè)備狀態(tài)等等因素，不是所有的都可以拿來使用，經(jīng)過理性的分析試驗(yàn)，取其精華，去其糟粕。