轎車車門內(nèi)板沖壓成型暗裂缺陷的預(yù)防及對(duì)策

王德云

(常德職業(yè)技術(shù)學(xué)院 汽車工程系，湖南 常德 415000)

轎車車門內(nèi)板沖壓成型暗裂缺陷的預(yù)防及對(duì)策

王德云

(常德職業(yè)技術(shù)學(xué)院 汽車工程系，湖南 常德 415000)

摘要：板料沖壓成型是汽車鈑金件的關(guān)鍵加工技術(shù)，特別是轎車車門內(nèi)板沖壓成型最容易出現(xiàn)拉裂或暗裂缺陷。由于此缺陷不可修復(fù)，從而導(dǎo)致原材料報(bào)廢，廢品率升高，是很多整車制造廠都沒有得到徹底解決的技術(shù)難題。在全面深入分析轎車車門內(nèi)板沖壓成型暗裂缺陷的原因及影響因素的基礎(chǔ)上，通過在某整車制造廠沖壓車間生產(chǎn)一線對(duì)各種可能的解決方案進(jìn)行反復(fù)試驗(yàn)和驗(yàn)證，找到了一種既不改變模具結(jié)構(gòu)，又不增加材料表面的油污污染，且不必對(duì)現(xiàn)有工藝方法進(jìn)行大的技術(shù)改進(jìn)的方法——塑料薄膜覆蓋沖壓法，徹底解決了轎車車門內(nèi)板沖壓成型最容易出現(xiàn)拉裂或暗裂缺陷的問題。該方法經(jīng)濟(jì)實(shí)用，并適合于大批量流水線作業(yè)生產(chǎn)。

關(guān)鍵詞：鈑金件；沖壓成型；暗裂；缺陷；預(yù)防；對(duì)策

目前，我國汽車工業(yè)發(fā)展迅猛，汽車品牌日益豐富，消費(fèi)者在選擇汽車產(chǎn)品時(shí)不僅僅只考慮合適的價(jià)格，開始更加注重汽車的品質(zhì)。車身鈑金件的品質(zhì)更是沖壓產(chǎn)品質(zhì)量控制中的重中之重，而沖壓成型居汽車整車制造四大制造工藝的首位，沖壓產(chǎn)生的缺陷不僅增加了現(xiàn)場(chǎng)操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，而且由于拉裂或暗裂缺陷不可修復(fù)，導(dǎo)致原材料報(bào)廢，還增加了車身制造成本，降低了整車外觀及內(nèi)在質(zhì)量，從而降低了該汽車品牌的市場(chǎng)競爭力。本文選取車身鈑金件深沖壓成型最容易出現(xiàn)拉裂或暗裂的轎車車門內(nèi)板沖壓成型作為典型案例，對(duì)其可能出現(xiàn)的暗裂缺陷及應(yīng)對(duì)措施進(jìn)行詳細(xì)闡述。

1沖壓成型過程中常見的缺陷

汽車車身鈑金件沖壓成型過程包括成型材料選擇、坯料制備、成型工序制定、模具設(shè)計(jì)、模具制造、成型加工和后續(xù)處理等多個(gè)環(huán)節(jié)。其中，成型工序的制定環(huán)節(jié)是關(guān)鍵，其基本工序包括沖裁、彎曲、拉延、翻邊與剪切等。由于板料成型過程中的復(fù)雜性，在大多數(shù)情況下，要通過多次試驗(yàn)才能確定合理的成型工序與工藝參數(shù)。沖壓件的不同材質(zhì)、不同的成型工藝方法將直接影響到產(chǎn)品質(zhì)量和價(jià)格。材質(zhì)選擇不當(dāng)，加工工藝過程不當(dāng)或模具設(shè)計(jì)與制造不當(dāng)，很容易出現(xiàn)沖壓件拉裂或暗裂、起皺及其他不良缺陷。汽車車身鈑金件沖壓成型是一個(gè)包含多個(gè)環(huán)節(jié)的工藝過程，每個(gè)環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)和控制都非常困難且相互影響，這就是沖壓成型過程常常產(chǎn)生許多缺陷而又難以糾正的原因。

汽車車身鈑金件沖壓成型常見的缺陷有11類[1]：拉裂或暗裂、疊料、波浪、拉毛、變形、飛邊、缺料、尺寸不符、坑、包以及壓傷。汽車車身鈑金件的沖壓缺陷可分為導(dǎo)致返修及報(bào)廢等2種，各種文獻(xiàn)資料對(duì)導(dǎo)致返修的缺陷進(jìn)行了詳細(xì)描述，本文不再贅述，而主要針對(duì)上述11類沒有提及的，在生產(chǎn)過程中不易發(fā)現(xiàn)的，但確實(shí)存在的暗裂缺陷進(jìn)行描述。

2暗裂缺陷的產(chǎn)生及危害

暗裂的產(chǎn)生在于在沖壓成型過程中，某一局部因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的需要，需要有較大的拉延與彎曲，導(dǎo)致材料在此處的流動(dòng)性不好，拉伸過程中受到過大拉應(yīng)力的作用，拉伸變形產(chǎn)生的拉應(yīng)力大于開裂處材料的實(shí)際有效抗拉強(qiáng)度，導(dǎo)致板料變薄失穩(wěn)，該部位材料的變薄率大于材料本身的最大變薄率，斷裂即將發(fā)生，即該部位材料已發(fā)生暗裂。如做材料拉伸試驗(yàn)，低碳鋼的應(yīng)力-應(yīng)變曲線如圖1所示，暗裂發(fā)生在ef區(qū)段，曲線上f點(diǎn)之后材料已拉裂。

圖1　低碳鋼的應(yīng)力-應(yīng)變曲線

由于轎車車身是承載式車身結(jié)構(gòu)，要求轎車車身鈑金件應(yīng)有一定強(qiáng)度和剛度要求，若剛度不足，汽車在行駛過程中就會(huì)產(chǎn)生共振現(xiàn)象，產(chǎn)生很大噪聲，并會(huì)使車身鈑金件過早損壞。暗裂區(qū)如果不能被及時(shí)發(fā)現(xiàn)并解決，在整車出廠后會(huì)存在極大的安全隱患，經(jīng)顛簸、振動(dòng)后存在暗裂區(qū)的車身鈑金件內(nèi)部拉應(yīng)力增大，會(huì)導(dǎo)致暗裂部位開裂，產(chǎn)生暗裂的車身鈑金件的強(qiáng)度和剛度會(huì)大大降低，嚴(yán)重影響整車外觀質(zhì)量及安全性能。

3暗裂產(chǎn)生的原因及影響因素

為了減小車身質(zhì)量，降低車身制造成本，車身復(fù)蓋件應(yīng)盡可能采用高強(qiáng)度的薄板材制造[2]。由于采用的板料都很薄(一般是0.6～0.8 mm)，盡管強(qiáng)度高，在沖壓成型過程中還是不可避免地出現(xiàn)拉裂現(xiàn)象，可見，拉裂是汽車車身鈑金件深沖工藝產(chǎn)生的常見缺陷。根據(jù)拉裂程度不同，可將拉裂分為宏觀拉裂和微觀拉裂等2種情況。對(duì)車身鈑金件而言，宏觀拉裂是指車身鈑金件上出現(xiàn)肉眼可見的裂紋和斷裂，宏觀拉裂通常主要是由板料的過度拉伸造成的；微觀拉裂(即暗裂)是指車身鈑金件中產(chǎn)生肉眼難以看清的裂紋，盡管裂紋深度很淺，但一部分材料已失效，微觀拉裂則通常是由過度拉伸或彎曲引起的。無論是微觀拉裂還是宏觀拉裂，都是由于板料在拉伸過程中與模具的表面直接接觸時(shí)壓料力過大，或者模具的凹、凸模之間的拉伸間隙過小，使板料在模具中的流動(dòng)性不好，板料在模具凹模表面滑動(dòng)時(shí)產(chǎn)生根大的摩擦力，從而增加了拉伸所需的壓力和材料內(nèi)部的拉應(yīng)力，造成板料局部拉應(yīng)變過大所致。

對(duì)于單純的彎曲件而言，因可用簡單的方法較為準(zhǔn)確地計(jì)算彎曲區(qū)的最大拉應(yīng)變，拉裂(或暗裂)相對(duì)容易避免一些；而對(duì)于復(fù)雜的拉伸件(例如轎車車門內(nèi)板)而言，在某些既有拉伸又有彎曲的局部區(qū)域，用傳統(tǒng)的方法很難準(zhǔn)確地計(jì)算給定條件下材料的塑性流動(dòng)情況，因而，也就難以事先判別在該局部區(qū)域到底是拉伸還是彎曲時(shí)產(chǎn)生的拉裂(或暗裂)缺陷。為了消除拉裂(或暗裂)現(xiàn)象，應(yīng)降低拉裂區(qū)的拉應(yīng)變值，使其不超過板料的實(shí)際有效抗拉強(qiáng)度。通?？刹捎谜{(diào)整壓邊力，改善潤滑條件，以及采用多次拉伸工序等手段，來改變材料法向接觸力和切向摩擦力的分布，從而改變材料的流動(dòng)狀況。

4解決轎車車門內(nèi)板沖壓成型暗裂的主要措施

轎車車門內(nèi)板沖壓成型開裂(或暗裂)的根本原因在于拉伸變形時(shí)，拉應(yīng)力大于開裂處材料的實(shí)際有效抗拉強(qiáng)度，主要原因是采用的加工工藝不當(dāng)和模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理，導(dǎo)致零件變形區(qū)的材料塑性變形過大?？赏ㄟ^采用合理的工藝方法來改善板材在成型過程中的應(yīng)力狀態(tài)，還可通過選用合理的模具工藝參數(shù)及更換拉伸性能更好的材料來解決。

綜上所述，解決轎車車門內(nèi)板沖壓成型拉裂(或暗裂)的主要調(diào)整方法[3]如下：1)調(diào)整沖壓成型時(shí)板料壓料力，使壓料力變?。?)調(diào)整模具凹、凸模之間的拉伸間隙，使間隙變大，并使間隙變得均勻；3)調(diào)整模具凹模圓角半徑，凹模圓角半徑太小，零件易拉裂，加大凹模圓角半徑可減小拉裂程度；4)調(diào)整模具凸模圓角半徑；5)調(diào)整模具凸模與凹模的相對(duì)位置；6)毛坯尺寸太大或形狀不當(dāng)，板料材質(zhì)、質(zhì)量及潤滑不好也會(huì)使零件拉裂，故應(yīng)改變毛坯尺寸或形狀，調(diào)整沖壓工藝。

由于更換拉伸性能更好的材料會(huì)導(dǎo)致制造成本增加，一般不建議采用此方法。

5生產(chǎn)一線解決轎車車門內(nèi)板沖壓成型暗裂的幾點(diǎn)體會(huì)

5.1暗裂的檢驗(yàn)方法

拉裂可以用眼睛直接觀察，隱形的暗裂一般用眼睛直接觀察不易發(fā)現(xiàn)，用油石推只能用來檢查坑、包缺陷，不能用來檢查暗裂缺陷。唯一可行的辦法是使用光照法，在可能發(fā)生暗裂的部位用光進(jìn)行照射，根據(jù)光在被檢查表面的反射是否有暗影來判斷是否有隱形的暗裂缺陷，并應(yīng)翻過邊來對(duì)背面進(jìn)行檢查。

5.2解決暗裂的各種方法

生產(chǎn)一線的實(shí)踐證明，當(dāng)板料沖壓成型時(shí)，如果出現(xiàn)較多的拉裂現(xiàn)象，在調(diào)整壓料力，調(diào)整凸模與凹模之間的拉伸間隙都不能解決問題的情況下，可以確定是由于模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理所引起，應(yīng)對(duì)模具結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行修改與調(diào)整，具體修改與調(diào)整的主要與重點(diǎn)參數(shù)包括模具的拉伸間隙、模具凹和凸模圓角半徑等。如果不出現(xiàn)拉裂現(xiàn)象，只有極少量的暗裂現(xiàn)象發(fā)生，那就證明模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)沒有問題，沖壓成型工藝方法也基本合理，待沖壓板料材質(zhì)的選擇與材料本身質(zhì)量也沒有問題。

在某整車制造廠生產(chǎn)一線碰到車門內(nèi)板沖壓成型沒有明顯的拉裂現(xiàn)象出現(xiàn)，僅有極少量的暗裂現(xiàn)象發(fā)生。證明其模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)沒有問題，采用的工藝方法也基本合理，板料材質(zhì)與質(zhì)量也沒有問題。唯一的問題是材料在沖壓成型過程中流動(dòng)性不好，解決材料在沖壓成型過程中流動(dòng)性問題一般有如下2種方案。

1)調(diào)整壓料力。因?yàn)閴毫狭^大，會(huì)導(dǎo)致板料在沖壓成型過程中流動(dòng)性不好，使壓料力變小，在不出現(xiàn)疊料缺陷的情況下，通過減少壓料力來增加材料的流動(dòng)性。通過反復(fù)試驗(yàn)表明，采用該方案沒有明顯效果。

2)在待沖壓材料表面涂抹拉延油。此方案經(jīng)實(shí)踐證明對(duì)消除暗裂現(xiàn)象的發(fā)生有很好的效果。對(duì)于汽車車身大型外觀覆蓋件、車門內(nèi)板等，在沖壓成型過程中通過涂抹拉延油來增加材料的流動(dòng)性，消除了暗裂缺陷的同時(shí)，又提高了工件的表面質(zhì)量，還可提高工件的防銹能力，保證沖壓件在存儲(chǔ)期不生銹。這似乎是一個(gè)非常完美的解決方案，采用該方法盡管對(duì)消除暗裂現(xiàn)象發(fā)生確實(shí)有很好的效果，但它對(duì)后續(xù)的焊裝及涂裝工序會(huì)造成嚴(yán)重的不利影響；因此，它并不是一個(gè)完美的解決方案。

按照車身生產(chǎn)四大工藝流程(即沖壓、焊裝、涂裝和總裝)，首先通過沖壓工藝把板料加工成各種車身鈑金單件；然后通過焊裝工藝把沖壓成型的各種車身鈑金單件焊接成白車身整體；再對(duì)焊接成的白車身進(jìn)行涂裝(做油漆)；最后在做好油漆的車身上進(jìn)行汽車所有零部件的總裝。板料表面涂抹拉延油經(jīng)過沖壓成型加工成各種車身鈑金單件后，拉延油仍然殘留在車身鈑金單件上。車身鈑金單件在焊接過程中，由于油污的污染，使板料的導(dǎo)電性能變差，焊接過程中會(huì)產(chǎn)生很大的火花，影響焊裝質(zhì)量。特別是對(duì)后續(xù)的涂裝工序，車身鈑金單件上殘留的油污，影響就更為嚴(yán)重。雖然噴涂前對(duì)白車身進(jìn)行了除油處理，但由于大規(guī)模生產(chǎn)的節(jié)拍較快，只能將車身鈑金單件上殘留的較輕的油污處理干凈，固化或膏狀以及夾縫中的油污則較難處理，會(huì)造成磷化不完全、電泳縮孔等缺陷，嚴(yán)重影響涂裝質(zhì)量；因此，從后續(xù)焊裝與涂裝工序考慮，不建議使用該方法。

通過在生產(chǎn)一線的反復(fù)試驗(yàn)，研究了一種新方法：沖壓前，在待成型材料表面覆蓋一層塑料薄膜，該塑料薄膜在沖壓成型過程中可拉伸變薄，起到潤滑油的作用，以此增加材料在沖壓成型過程中的流動(dòng)性。通過大量實(shí)踐證明，該方法是最經(jīng)濟(jì)、最行之有效(該方法既不改變模具結(jié)構(gòu)，也未對(duì)生產(chǎn)工藝進(jìn)行大的改變)，且對(duì)后續(xù)焊裝、涂裝工序沒有任何不良影響，完全可以杜絕暗裂缺陷的發(fā)生；因此，推薦大批量流水線生產(chǎn)中使用該方法。

參考文獻(xiàn)

[1] 李少巖,齊寶軍.汽車覆蓋件沖壓成型過程中的常見缺陷及分析[J].西部交通科技,2009(1): 53-57.

[2] 潘利波，胡吟萍，魏星，等.轎車車門內(nèi)板拉深成形過程的有限元分析[J].精密成形工程，2012(4)：17-19，68.

[3] 陳元芳，石軍，李小平.汽車車門內(nèi)板沖壓成形工藝分析[J].CAD/CAM與制造業(yè)信息化，2009(6)：91-93.

責(zé)任編輯鄭練

Prevention and Countermeasure of Plate Stamping Formingdark Crack in the Car Door

WANG Deyun

(Automotive Engineering Department of Changde Vocational Technical College, Changde 415000, China)

Abstract：Sheet metal stamping forming is the key technology of automobile sheet metal parts processing. In particular, the car door plate stamping molding is easy to have cracking or dark crack defects due to the defect repair, and it will resalt in raw materials high scrap, which is the technical problem that many vehicle manufacturers have not completely solved. In the in-depth analysis of the car door panel stamping forming dark crack defects, and on the basis of the cause and influencing factors through a vehicle factory stamping workshop production line of various possible solutions for trial and validation, find a way to change the mould structure, increase the oil pollution on the surface of the material, and not do large stamping technology improvement to the existing process. The plastic film mulching method completely solves the problem the car door plate stamping molding is easy to have cracking or dark crack defects. This method is economic, practical, and is suitable for mass production assembly line work.

Key words:sheet metal pieces, stamping molding, dark crack, defect, prevention, countermeasures

收稿日期：2013-11-12

作者簡介：王德云(1964-)，男，高級(jí)工程師，主要從事汽車車身設(shè)計(jì)與制造等方面的研究。

中圖分類號(hào)：TG 306

文獻(xiàn)標(biāo)志碼:B