鋁后門(mén)外板A 面缺陷控制措施研究

文/王健、趙子海、司馬忠效、陳岳飛、聶輝·吉利汽車(chē)集團(tuán)有限公司

后門(mén)外板屬于車(chē)身外覆蓋件，采用鋁板材料時(shí)，沖壓工藝性很差，產(chǎn)品容易產(chǎn)生A 面缺陷；采用合理的工藝方法和模具結(jié)構(gòu)，可有效解決零件A 面缺陷問(wèn)題。

鋁后門(mén)外板的材質(zhì)特性

某車(chē)型后門(mén)外板采用6000 系的6016鋁-鎂硅合金材質(zhì)，料厚1mm，材料參數(shù)見(jiàn)表1。

6000 系鋁板的拉伸性能

鋁板的延伸率比鋼板小，故變形量比鋼板小，拉延性不好，容易產(chǎn)生裂紋，特別是形狀比較復(fù)雜的零件。因此鋁合金拉延模具凹模圓角比鋼板件拉延模具圓角要大很多，否則容易出現(xiàn)縮頸和拉裂。鋼板、鋁板拉伸性能對(duì)比如圖1 所示。

6000 系鋁板的表面質(zhì)量

由于鋁板的強(qiáng)度比軟鋼低，因此鋁的異物感受性要高，拉延掉鋁粉和切邊過(guò)程產(chǎn)生的鋁屑是造成沖壓件表面質(zhì)量缺陷的主要因素。

鋁后門(mén)外板沖壓工藝方案

圖1 鋁板與鋼板的拉伸性能對(duì)比

表1 鋁板6000 系材質(zhì)參數(shù)

圖2 鋁后門(mén)外板沖壓工藝圖示

鋁后門(mén)外板沖壓工藝一般是4 ～5 工序完成，該車(chē)型采用4 工序的典型工藝，工序內(nèi)容為拉延、修邊沖孔剖切、修邊沖孔整形(B 柱處夾料整形)、翻邊側(cè)翻邊(夾料翻邊和側(cè)翻邊)，工序示意圖如圖2 所示。

鋁后門(mén)外板A 面缺陷及對(duì)策

B 柱處A 面反凹形狀處拉延凹坑缺陷

鋁后門(mén)外板B 柱處A 面反凹形狀處拉延凹坑缺陷，如圖3 所示。

圖3 后門(mén)外板B 柱處反凹區(qū)域拉延凹坑缺陷

⑴缺陷原因分析。

通過(guò)看前期CAE 油石分析，此處拉延CAE 分析無(wú)缺陷，所以判斷缺陷是由于拉延加工模面處理不合理造成。前期研合藍(lán)油圖如圖4 所示，為減少拉延研合時(shí)間，減少外板A 面麻點(diǎn)群，在前期模面處理時(shí)，B 柱反凹區(qū)凹模強(qiáng)壓區(qū)寬度只做了15mm，強(qiáng)壓和非強(qiáng)壓過(guò)渡區(qū)15mm,這種處理對(duì)一般的外凸A 面區(qū)域是適用的，對(duì)反凹區(qū)域強(qiáng)壓區(qū)寬度及過(guò)渡區(qū)都偏小了，造成A 面凹坑缺陷。

圖4 前期理論研合藍(lán)油圖

圖5 通過(guò)調(diào)整強(qiáng)壓區(qū)和強(qiáng)壓過(guò)渡區(qū)改善后的油石檢查

⑵缺陷整改措施。

經(jīng)過(guò)拉延模具整改，凹模強(qiáng)壓區(qū)寬度做大到30mm，強(qiáng)壓與非強(qiáng)壓過(guò)渡區(qū)做大到40mm,重新研合以后油石檢查該缺陷消除，如圖5 所示。

B 柱處OP30 整形R 角處A 面凹陷缺陷

鋁后門(mén)外板B 柱處OP30 整形R 角處A 面凹陷缺陷如圖6 所示，現(xiàn)場(chǎng)油石檢查整形凸?；鶞?zhǔn)沒(méi)問(wèn)題。

圖6 后門(mén)外板拉延B 柱處凹坑缺陷

1)把OP30 整形工序壓料芯對(duì)應(yīng)缺陷處，局部氮?dú)飧滓?guī)格由原來(lái)的初始載荷1 噸加大到2 噸。

2)更改拉延數(shù)模，過(guò)拉延處延伸量由0.5mm 加大到1 ～1.5mm，如圖7 所示。拉延模降型加工；夾料整形托料芯整體向下加工0.5mm，如圖8 所示。

圖7 過(guò)拉延量更改

⑴缺陷原因分析。

1)鋁板本身密度小，摩擦系數(shù)小，容易變形，B柱處整形又是夾料整形，該處前期壓邊力設(shè)計(jì)沒(méi)考慮夾料整形對(duì)壓邊力的影響，所以壓邊力可能不足造成整形過(guò)程中壓料區(qū)A 面缺陷；今后建議此處按照 “壓料力=1.5×L×T×Rm+P2+P3”來(lái)設(shè)計(jì)；其中1.5 為考慮鋁板比鋼板需要的壓邊力大，采用的系數(shù)，相當(dāng)于鋼板壓料力算法的1.5 倍；L 為整形線(xiàn)長(zhǎng)，T 為料厚，Rm為抗拉強(qiáng)度，P2為夾料整形下托料力，P2按照CAE 分析數(shù)值確定，P3為平衡力，壓料芯要考慮整體壓料受力平衡，增加平衡氮?dú)飧住?/p>

2)此處拉延時(shí)，過(guò)拉延順著A 面延伸0.5mm，但實(shí)際拉延件修邊后放在OP30 整形凸模上，涮藍(lán)油檢查制件與凸模圓角處局部干涉(可能現(xiàn)場(chǎng)拉延模圓角有放大或者零件回彈引起)，造成上工序件與整形下模符型不好，壓料芯下來(lái)把零件壓出外觀缺陷。

3)現(xiàn)場(chǎng)放件時(shí)，此處夾料整形托料芯與上工序件干涉，這個(gè)也會(huì)造成上工序件與OP30 整形下模符型不好，造成A 面缺陷。

4)整形側(cè)壁間隙小，整形后上模刀塊回帶，造成A 面缺陷。

⑵缺陷整改措施。

圖8 托料芯頂起高度更改

3)整形刀塊側(cè)壁打磨，保證上下模整形側(cè)壁間隙合理，由原來(lái)的全部光亮帶打磨到光亮帶達(dá)到翻邊高度的1/2 以上。

現(xiàn)場(chǎng)按以上全部整改措施實(shí)施后，如圖9 所示，該處A 面缺陷有很大改善，滿(mǎn)足沖壓件audit 評(píng)審要求。

鋁后門(mén)外板輪弧處拉延滑移線(xiàn)缺陷

鋁后門(mén)外板輪弧處拉延滑移線(xiàn)缺陷，如圖10 所示。前期CAE 分析，滑移線(xiàn)處按鋼板的分析參數(shù)設(shè)置，半徑大于20 倍料厚及最大接觸應(yīng)力小于材料屈服強(qiáng)度的10%時(shí)不考慮滑移線(xiàn)，CAE 分析該處沒(méi)有滑移線(xiàn)，但是實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)滑移量很大且為不可接受的A面缺陷；所以根據(jù)經(jīng)驗(yàn)廢料區(qū)加了一個(gè)凸包，高于輪弧處棱線(xiàn)5mm, 使得板料接觸棱線(xiàn)推遲，實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試該滑移線(xiàn)問(wèn)題得到解決，如圖11 所示。

圖9 改后效果

圖10 后門(mén)外板輪弧處滑移線(xiàn)缺陷

圖11 凸包造型增加后的油石檢查

結(jié)束語(yǔ)

本文主要針對(duì)鋁后門(mén)外板A 面缺陷的預(yù)防措施及現(xiàn)場(chǎng)整改措施進(jìn)行研究，因鋁板件CAE 分析與實(shí)際還是有一定差距，鋁板件CAE 分析參數(shù)設(shè)置還需跟現(xiàn)場(chǎng)對(duì)照進(jìn)行經(jīng)驗(yàn)積累，所以目前鋁板件前期工藝設(shè)計(jì)還是需要CAE 分析與以往經(jīng)驗(yàn)相集合，進(jìn)行回彈補(bǔ)償及工藝結(jié)構(gòu)預(yù)防，并在模具后期進(jìn)行嚴(yán)謹(jǐn)?shù)娜毕菰蚍治龊筒扇『侠淼恼拇胧?，通過(guò)理論與實(shí)際結(jié)合，不斷總結(jié)經(jīng)驗(yàn)來(lái)提升產(chǎn)品質(zhì)量，減少模具開(kāi)發(fā)時(shí)間。