冷軋鍍鋅汽車外板表面形貌特征控制研究

劉 洋，張 濤，尹樹春

（唐山鋼鐵集團(tuán)有限責(zé)任公司，河北 唐山 063000）

1 冷軋汽車板

1.1 板形和尺寸公差板形

冷軋產(chǎn)品需要嚴(yán)格控制波紋等缺陷問題，當(dāng)冷軋帶鋼出現(xiàn)缺陷則后影響后續(xù)下料進(jìn)料等工序，從而使得材料利用率大大降低，嚴(yán)重時(shí)則導(dǎo)致板材質(zhì)量不合格從而無法使用。在尺寸公差的控制中，鋼板的厚度是整個(gè)核心，鋼板過厚時(shí)會(huì)導(dǎo)致卡鋼的情況；鋼板過薄時(shí)則無法保障沖壓強(qiáng)度。

1.2 沖壓成形性和抗凹陷性

保證沖壓質(zhì)量對于汽車外板的質(zhì)量有著直接的關(guān)系。當(dāng)前汽車生產(chǎn)制造中對于汽車的速度、環(huán)保性以及舒適性等有了較高的要求。同時(shí)在外觀設(shè)計(jì)上，汽車的外觀逐漸趨于流線化設(shè)計(jì)。因此這給汽車外板的加工帶了極大的考驗(yàn)，因此如何提升汽車的剛性和整體性成為了當(dāng)前研究重點(diǎn)。因此對于汽車外板而言，在降低厚度的同時(shí)要提升外板強(qiáng)度，需要保持其具有良好的抗凹陷能力和防沖撞能力。確保在外板受到?jīng)_擊時(shí)其板材能夠抵消更多的動(dòng)能。

1.3 表面質(zhì)量和涂裝性能表面質(zhì)量

涂裝表面質(zhì)量是衡量板帶性能的重點(diǎn)區(qū)域。汽車涂裝對于汽車外板的美觀程度和物理性能有著重要的影響。涂裝工作決定了汽車外漆的最終效果。對于外班的評價(jià)指標(biāo)需要包含表面缺陷、潔凈程度、以及整體形態(tài)三個(gè)方面。對于鋼板外表需要有著如下的要求：表面平整光滑、無孔隙、無顆粒、無銹蝕斑點(diǎn)、以及無劃痕等缺陷。根據(jù)相關(guān)的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，對于汽車采用的鋼材通常有兩個(gè)級(jí)別：03 級(jí)和05 級(jí)。對于一般汽車要求通常在03 級(jí)，對于轎車等其他車型需要保持在05 級(jí)。另外清潔程度也同樣需要人們的關(guān)注，保持鋼材表面的清潔能需要良好的清洗工序和沖壓作用，以此保證壓件的整體質(zhì)量。

1.4 焊接性能和耐蝕性能

對于汽車的生產(chǎn)制造中，通常焊接實(shí)現(xiàn)各個(gè)結(jié)構(gòu)的連接。通常焊接方式為點(diǎn)接法。電阻點(diǎn)焊法具有高度生產(chǎn)效率能夠?qū)崿F(xiàn)汽車焊接自動(dòng)化等工作，因此被廣泛使用到當(dāng)前的汽車生產(chǎn)加工中。對于當(dāng)前的汽車板而言，通常為低碳鋼板，該類型鋼板在通過點(diǎn)焊連接方式時(shí)具有較長的抗疲勞壽命，具有良好的焊接效果。另外在抗腐蝕方面，國外對于汽車板的耐腐蝕性提出了10 年抗穿孔、5 年抗表面腐蝕的要求。這一點(diǎn)對于很多裸板鋼材提出了較高的要求，因此當(dāng)前大部分汽車廠選擇鍍鋅鋼板來提升抗腐蝕效果。

1.5 冷軋汽車板的發(fā)展

冷軋汽車鋼板的工藝發(fā)展經(jīng)歷了早期的低深沖到高深沖的階段。對于工藝要求從早期的低強(qiáng)度要求提升到當(dāng)前的高強(qiáng)度要求。其生產(chǎn)模式也從傳統(tǒng)的氫罩式退火爐發(fā)展到連續(xù)退火爐的生產(chǎn)加工方式。另外在焊接方式上從等厚常規(guī)焊接發(fā)展到差厚激光拼焊的方式。下面將詳細(xì)論述：

（1）從沖壓發(fā)展來看，冷軋汽車板從原始的沸騰鋼、低碳鋁鋼到現(xiàn)在采用的IF 鋼材。隨著鋼材的改變，其沖壓級(jí)別也從原始的低深沖到當(dāng)前的深沖水平，部分達(dá)到了特深沖和超深沖的級(jí)別要求。在沖壓級(jí)別要求提升的同時(shí)，對于冷軋板的輕度和延展性得到了極大的提升。

（2）從焊接發(fā)展來看，當(dāng)前激光焊接技術(shù)和拼焊技術(shù)得到了較大的技術(shù)支持，因此得到了極大的發(fā)展。目前焊接工作大多采用了上述技術(shù)。從焊接性能來看，激光焊接對于焊接熱量要求較低，同時(shí)在焊接工作中不會(huì)發(fā)生較高的變形，同時(shí)工作效率高，焊接強(qiáng)度大，并且能夠重復(fù)操作。同時(shí)采用激光焊接能夠?qū)崿F(xiàn)異種金屬焊接，給生產(chǎn)帶來極大的便利，因此激光焊接被廣泛應(yīng)用到當(dāng)前的生產(chǎn)加工技術(shù)中。當(dāng)采用激光焊接時(shí)，可以通過激光把汽車不同的材料和涂層等實(shí)現(xiàn)良好的連接，同時(shí)能夠無視鍍層之間的差異進(jìn)行焊接，經(jīng)過焊接厚的毛胚板進(jìn)行沖壓后可以實(shí)現(xiàn)牢固的組合結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)在原有結(jié)構(gòu)上的二次強(qiáng)化。因此通過此類方法可以降低材料的浪費(fèi)，同時(shí)提升汽車裝配生產(chǎn)效率。因此采用激光焊接技術(shù)可以提升汽車裝配工作，同時(shí)降低生產(chǎn)成本，對于超寬板材的加工起到了極大的幫助。

2 以表面形貌為核心的鍍鋅汽車板光整工藝研究

2.1 鍍鋅外板工藝參數(shù)控制和粗糙度研究

在本文總，對于軋錕的相關(guān)參數(shù)和車板的光整工藝進(jìn)行了分析，并且通過分析建立了相關(guān)的計(jì)算模型和粗糙度分析模型。經(jīng)過分析后，HX180BD+Z 的粗糙度復(fù)制約為60%左右，而對于粗糙度的常規(guī)復(fù)制率要求基本在50%到75%之間。對于HX180BD+Z 中的軋制力平均值約為5250KN，而對極限力學(xué)區(qū)間為4900KN 到5900KN 之間。

圖1 HX180BD+Z 復(fù)制率分布數(shù)據(jù)單值圖

圖2 HX180BD+Z 復(fù)制率分布數(shù)據(jù)移動(dòng)極差

在本章節(jié)中，對于HX180BD+Z 型號(hào)的鋼材進(jìn)行模型分析后，我們結(jié)合了帶鋼和軋錕的粗糙程度，單位軋制力，軋制速度以及金屬的延伸率進(jìn)行了分析計(jì)算，同時(shí)得到了以下的關(guān)系式：

粗糙度均值=0.234+0.666*軋輥均值+0.000118*單位寬度軋制力-0.00418*軋制速度-0.182*延伸率。

2.2 鍍鋅外板工藝參數(shù)控制和粗糙度研究

本文選在了DX54D+Z 型號(hào)的鍍鋅鋼材進(jìn)行了研究，通過分析了其軋錕參數(shù)和光整工藝，同時(shí)建立了相關(guān)的粗糙分析模型。對于粗糙度復(fù)制率約為49%，復(fù)制率區(qū)間為41%到55%區(qū)間。對于該型號(hào)的軋制力平均值為2600KN，其極限區(qū)間為2378KN到2950KN 之間。

圖3 DX54D+Z 復(fù)制率分布數(shù)據(jù)移動(dòng)極差

在本章節(jié)中，通過分析研究DX54D+Z 鍍鋅外板的粗糙度模型，筆者總結(jié)了其不同參數(shù)之間的關(guān)系方程：

粗糙度均值=-0.476+0.412*軋輥粗糙度+0.000209*單位寬度軋制力+0.00032*軋制速度+0.221*延伸率。

2.3 以表面形貌為核心的鍍鋅汽車板光整工藝

2.3.1 HX180BD+Z 生產(chǎn)工藝

本生產(chǎn)工藝采用小粗糙度基輥，適當(dāng)降低軋制力控制，HX180BD+Z 的Ra=0.82μm，RPC=105，Wca=0.326，符合客戶對汽車外板的表面形貌要求。

2.3.2 DX54D+Z 生產(chǎn)工藝

本生產(chǎn)工藝采用小粗糙度基輥，適當(dāng)降低軋制力控制，DX54D+Z 的Ra=0.93μm，RPC=101，Wca=0.28，符合客戶對汽車外板的表面形貌要求。

2.4 鍍鋅汽車外板軋輥磨削工藝

2.4.1 磨削工藝

通過降低半精磨過程中的砂輪轉(zhuǎn)速至20～24mpm，減少精磨過程總橫移速度至400mm/min，磨削后軋輥粗糙度Ra=2.2μm，RPC=105，Wca=0.3。由于軋輥的差異性及砂輪的持續(xù)消耗，可在小范圍內(nèi)微調(diào)磨削參數(shù)。

2.4.2 毛化工藝

毛化工序中通過降低毛化過程中的伺服增益至1.0，減少主軸速度至35，降低輥面速度至1600，從而減少軋輥毛化過程中的軋輥震動(dòng)，從而降低波紋度。毛化工序中通過降低輥面速度至1600 從而減少軋輥毛化過程中的軋輥震動(dòng)，從而降低波紋度。

3 波紋度計(jì)算方法

為了消除測量平臺(tái)傾斜造成的誤差，在進(jìn)行分離前，使用線性回歸對形貌輪廓進(jìn)行平坦化。波紋度的計(jì)算一般分為三步:分離形狀、分離粗糙度和計(jì)算波紋度輪廓曲線高度算術(shù)平均值。

4 結(jié)論

（1）通過對于當(dāng)前某合資企業(yè)的汽車外板進(jìn)行分析研究后，我們總結(jié)處粗糙度、平整工藝等之間的關(guān)系，論述了軋錕和鋼板之間的廣西，同時(shí)提出了解決鋼板外觀的相關(guān)要求。另外結(jié)合本文的研究對象對于其軋錕參數(shù)對于成品的平整度的影響，通過分析計(jì)算建立了良好的粗糙分析模型。

（2）另外本文通過對于磨削工藝的論述，提出了一種新型的、能夠降低粗糙度同時(shí)具有高度質(zhì)量的磨削工藝參數(shù)。該方法能夠降低砂輪轉(zhuǎn)動(dòng)速度，降低橫移速度，從而實(shí)現(xiàn)質(zhì)量的提升。