降低深沖件開(kāi)裂風(fēng)險(xiǎn)的質(zhì)量策略研究與實(shí)踐

文／章爽濱，付再興，李磊·奇瑞汽車股份有限公司

車身側(cè)圍外板、翼子板、四門內(nèi)板以及前、后縱梁等沖壓件，屬于拉延深度較深的沖壓件，由于拉延深度越深，在沖壓成形的過(guò)程中開(kāi)裂的風(fēng)險(xiǎn)也越大。本文將介紹奇瑞公司在降低深沖件開(kāi)發(fā)風(fēng)險(xiǎn)方面的質(zhì)量策略方針，結(jié)合車型開(kāi)發(fā)的不同階段，采取不同的降風(fēng)險(xiǎn)措施。

質(zhì)量控制策略研究

沖壓件開(kāi)裂主要集中在以下四個(gè)階段，如產(chǎn)品工程設(shè)計(jì)階段、工裝開(kāi)發(fā)階段、精度提升階段(即小批量)和批量生產(chǎn)維護(hù)階段，每個(gè)階段的質(zhì)量活動(dòng)也都比較明確，例如產(chǎn)品工程設(shè)計(jì)階段的質(zhì)量活動(dòng)有鋼材定義、變薄率分析、成形極限分析等。

在前期設(shè)計(jì)階段有產(chǎn)品數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)優(yōu)化和同步工程分析；模具開(kāi)發(fā)階段有變薄率分析、極限測(cè)試驗(yàn)證、研合率驗(yàn)證和網(wǎng)格試驗(yàn)；量產(chǎn)維護(hù)階段有完善的監(jiān)控手段及檢驗(yàn)措施，多措并舉能有效地降低深沖件的開(kāi)裂風(fēng)險(xiǎn)。

質(zhì)量策略實(shí)踐

奇瑞公司質(zhì)量控制貫穿產(chǎn)品設(shè)計(jì)階段及整個(gè)壽命周期，已經(jīng)建立了十分健全的質(zhì)量管理體系，在國(guó)內(nèi)汽車行業(yè)也屬于領(lǐng)先水平，開(kāi)裂缺陷是沖壓件的重大缺陷，通過(guò)不同階段質(zhì)量控制策略的落實(shí)，能有效降低沖壓開(kāi)裂風(fēng)險(xiǎn)，防止質(zhì)量缺陷溢出。

現(xiàn)以某款車型的門內(nèi)板為例，概述奇瑞公司降低沖壓件開(kāi)裂風(fēng)險(xiǎn)的各類質(zhì)量活動(dòng)。此門內(nèi)板為激光拼焊板，如圖1 所示，薄板區(qū)材質(zhì)為DC56D+Z，料厚0.7mm；厚板區(qū)材質(zhì)為HC180Y，料厚1.2mm，拉延深度155mm。

圖1 門內(nèi)板數(shù)模

產(chǎn)品工程設(shè)計(jì)階段質(zhì)量控制方法

產(chǎn)品工程設(shè)計(jì)階段主要是產(chǎn)品數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)與同步工程，好的產(chǎn)品質(zhì)量是設(shè)計(jì)出來(lái)的，不是制造出來(lái)的，所以把好前期設(shè)計(jì)質(zhì)量關(guān)尤為重要。

⑴產(chǎn)品數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)。

對(duì)于門內(nèi)板這類深沖件，制件材質(zhì)為DC56D+Z與HC180YD+Z 的拼焊板，鋼材延展性較好，能滿足深沖件成形性要求，鋼材相關(guān)力學(xué)性能見(jiàn)表1。

表1 鋼材相關(guān)力學(xué)指標(biāo)及標(biāo)準(zhǔn)

門內(nèi)板屬于產(chǎn)品造型較復(fù)雜的沖壓件，拉延深度大，造型多，產(chǎn)品造型R 角的大小及拔模角需要重點(diǎn)核查及控制，圓潤(rùn)的大R 角及較大的拔模角能減少制件的成形難度，如圖2 所示。

圖2 門內(nèi)板剖視圖

⑵同步工程。

嶺南文化負(fù)載詞在《中國(guó)日?qǐng)?bào)》英文版（China Daily）的報(bào)道中主要采用了音譯，音譯+注釋，直譯，直譯+注釋的方法。一些文化重疊或文化相似的詞，或者已牛津辭典選錄的詞，采用音譯和直譯的方法較大程度地保留了原語(yǔ)的生動(dòng)性，也突出了嶺南文化與西方文化的差異性，也起到一種很好的傳播效果。但對(duì)于某些文化負(fù)載詞，如果一味音譯和直譯，晦澀難懂，會(huì)導(dǎo)致文化傳而不通，失去跨文化傳播的功能和意義。借用注釋或者音譯+意譯能夠有效地培養(yǎng)語(yǔ)境，甚至可以消除這種“意義的真空”。突出嶺南文化特色的同時(shí)盡量減少譯文讀者付出不必要的努力，獲得最佳語(yǔ)境，理解嶺南文化內(nèi)涵，實(shí)現(xiàn)其跨文化傳播目的，將嶺南文化介紹出國(guó)門。

在產(chǎn)品設(shè)計(jì)的同時(shí)，同步開(kāi)展數(shù)據(jù)的分析工作，通過(guò)AUTOFORM 軟件進(jìn)行變薄率分析、成形極限分析和研合率標(biāo)準(zhǔn)建立。

在SE 階段變薄率分析(圖3)中通過(guò)建立模面，在AUTOFORM 軟件精算后，對(duì)成形后的板料厚度進(jìn)行測(cè)量。為了后期量產(chǎn)不出現(xiàn)開(kāi)裂問(wèn)題，在SE 階段最大減薄要控制在20%以內(nèi)，減薄超過(guò)20%的區(qū)域，需要對(duì)產(chǎn)品造型進(jìn)行修正，確保達(dá)到相關(guān)技術(shù)要求。同時(shí)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行壓邊力加壓后分析，對(duì)于成形有風(fēng)險(xiǎn)的位置，后期變薄率有風(fēng)險(xiǎn)的點(diǎn)驗(yàn)證，再跟蹤現(xiàn)場(chǎng)實(shí)物狀態(tài)，如圖4 所示。

圖3 SE 階段變薄率分析

圖4 成形極限圖

工裝開(kāi)發(fā)階段驗(yàn)證

在工裝開(kāi)發(fā)階段，在針對(duì)沖壓件開(kāi)裂風(fēng)險(xiǎn)管控的方面有三個(gè)驗(yàn)證與測(cè)試，分別是研合率驗(yàn)證和網(wǎng)格試驗(yàn)以及極限測(cè)試驗(yàn)證。此階段的相關(guān)驗(yàn)證對(duì)后期量產(chǎn)的穩(wěn)定性及降低開(kāi)裂風(fēng)險(xiǎn)有至關(guān)重要的影響。

⑴研合率驗(yàn)證。

研合率的好壞是沖壓成形的關(guān)鍵因素，奇瑞公司對(duì)研合率的要求會(huì)結(jié)合制件的特點(diǎn)，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)階段對(duì)模具的研合要求做明確的定義，會(huì)分為著重研合率、中等研合率和輕微研合率等定義，具體見(jiàn)圖5 研合率標(biāo)準(zhǔn)。

圖5 研合率標(biāo)準(zhǔn)圖示

在模具開(kāi)發(fā)階段，嚴(yán)格按照研合率的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行研合調(diào)試，使模具型面著色均勻，無(wú)硬點(diǎn)，板料在模具A-A×10%、A+A×10%、A+A×20%等幾種不同的壓邊力來(lái)測(cè)試制件成形性，通過(guò)制件外觀及尺寸來(lái)判斷極限測(cè)試是否合格，外觀主要判斷是否起皺及縮頸，尺寸主要看是否滿足質(zhì)量要求。

⑶網(wǎng)格試驗(yàn)。

實(shí)物階段板料減薄無(wú)法通過(guò)肉眼及游標(biāo)卡尺等傳統(tǒng)方法來(lái)檢驗(yàn)控制，網(wǎng)格試驗(yàn)?zāi)芎芎玫亟鉀Q這一難題，通過(guò)板料上印制的網(wǎng)格在成形后的變化來(lái)判斷板料的走料及變薄的趨勢(shì)，綜合算出安全裕度。安全裕度大于10%判定為成形安全。例如門內(nèi)板，在模具開(kāi)發(fā)階段一般會(huì)進(jìn)行多輪網(wǎng)格試驗(yàn)來(lái)提高安全裕度，在模具預(yù)驗(yàn)收階段會(huì)開(kāi)展兩次，模具量產(chǎn)前開(kāi)展兩次，量產(chǎn)過(guò)程中結(jié)合實(shí)際需求也會(huì)開(kāi)展網(wǎng)格試驗(yàn)。

圖6 門內(nèi)板模具著色及提升

⑵極限測(cè)試驗(yàn)證。

當(dāng)然良好的研合率是模具制造的基礎(chǔ)性工作，研合率好并不能代表開(kāi)裂風(fēng)險(xiǎn)能降低，由于模具最終會(huì)在主機(jī)廠沖壓生產(chǎn)線上生產(chǎn)，故更大的壓邊力區(qū)間能更好滿足量產(chǎn)要求，所以在模具開(kāi)發(fā)的過(guò)程中，還會(huì)進(jìn)行極限測(cè)試驗(yàn)證，即通過(guò)加減壓邊力來(lái)判斷制件成形性問(wèn)題。若門內(nèi)板的理論壓邊力為A，通過(guò)過(guò)對(duì)成形關(guān)鍵區(qū)域的應(yīng)變及減薄進(jìn)行分析，計(jì)算出安全裕度，網(wǎng)格試驗(yàn)主要步驟如下。

1)鋼材力學(xué)性能監(jiān)控，主要統(tǒng)計(jì)鋼材屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、延伸率、n 值、r 值等，如表2 所示。

表2 鋼材力學(xué)性能

2)網(wǎng)格腐蝕印制及拉延成形，結(jié)合沖壓拉延成形的實(shí)際情況，在落料片上選擇制件成形較為劇烈的區(qū)域進(jìn)行印制，門內(nèi)板一般沖壓件側(cè)壁作為關(guān)鍵區(qū)域，圖7 為寶鋼技術(shù)人員網(wǎng)格印制過(guò)程。

圖7 網(wǎng)格印制及拉延成形檢查

3)后序步驟為網(wǎng)格掃描、數(shù)據(jù)應(yīng)變分析，結(jié)合FLD 及變薄分析，綜合分析得出對(duì)應(yīng)區(qū)域的安全裕度，安全裕度小于10%的區(qū)域?qū)δ＞哌M(jìn)行處理，主要工作是消除硬點(diǎn)與R 角研磨鈍化處理，表3 為門內(nèi)板關(guān)鍵區(qū)域安全裕度。

表3 門內(nèi)板關(guān)鍵區(qū)域安全裕度

量產(chǎn)階段質(zhì)量監(jiān)控

沖壓件開(kāi)裂是沖壓生產(chǎn)中的重大風(fēng)險(xiǎn)問(wèn)題，對(duì)后序工序及整車影響十分嚴(yán)重，降低沖壓件開(kāi)裂風(fēng)險(xiǎn)十分必要。在沖壓生產(chǎn)中，加強(qiáng)監(jiān)控能有效降低開(kāi)裂風(fēng)險(xiǎn)，管理方法有工藝參數(shù)監(jiān)控、壓力機(jī)設(shè)備日常維護(hù)點(diǎn)檢等等，其中主要的監(jiān)控方法有網(wǎng)格試驗(yàn)、材料力學(xué)性能監(jiān)控及風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)管控。

⑴網(wǎng)格試驗(yàn)。

量產(chǎn)階段的網(wǎng)格試驗(yàn)操作步驟及方法與工裝開(kāi)發(fā)階段一致，可結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)情況或定期進(jìn)行試驗(yàn)監(jiān)控。

⑵材料力學(xué)性能監(jiān)控。

在批量生產(chǎn)前，鋼廠技術(shù)人員會(huì)結(jié)合幾輪網(wǎng)格試驗(yàn)的情況，給出材料力學(xué)性能相關(guān)參考值，在此基礎(chǔ)上再結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)情況，跟蹤不同批次的鋼材力學(xué)性能及實(shí)際生產(chǎn)情況，最終會(huì)得出材料力學(xué)性能參考區(qū)間值。鋼廠會(huì)按照滿足力學(xué)性能參數(shù)的鋼材供應(yīng)生產(chǎn)，以滿足降低開(kāi)裂風(fēng)險(xiǎn)的要求，如表4 所示。

表4 試驗(yàn)得到的材料力學(xué)性能參考值

⑶開(kāi)裂風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)管控。

沖壓生產(chǎn)通過(guò)前期的變薄率分析與生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)建立《開(kāi)裂風(fēng)險(xiǎn)件控制圖冊(cè)》(圖8)，作為沖壓生產(chǎn)線檢驗(yàn)人員的檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)，主要的檢驗(yàn)方法有百檢與抽檢。百檢即生產(chǎn)線尾檢驗(yàn)人員對(duì)控制圖冊(cè)上標(biāo)示的風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)進(jìn)行百分百檢驗(yàn)，嚴(yán)格進(jìn)行檢驗(yàn)管控，對(duì)風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)進(jìn)行鉛筆打點(diǎn)標(biāo)識(shí)。抽檢即按照一定的頻次對(duì)生產(chǎn)的制件進(jìn)行抽樣檢驗(yàn)，檢驗(yàn)人員需對(duì)照封樣件進(jìn)行比對(duì)。

圖8 開(kāi)裂風(fēng)險(xiǎn)件控制圖冊(cè)

結(jié)束語(yǔ)

導(dǎo)致沖壓件開(kāi)裂缺陷產(chǎn)生的因素比較多，產(chǎn)品造型、壓力機(jī)精度、模具R 角光順度、研合著色率、工藝參數(shù)、鋼板力學(xué)性能等都是主要影響因素。奇瑞公司在降低深沖件開(kāi)裂分析方面，建立了從產(chǎn)品造型到量產(chǎn)階段多個(gè)質(zhì)量管控機(jī)制，旨在降低開(kāi)裂風(fēng)險(xiǎn)，也在實(shí)際沖壓生產(chǎn)中取得了很好的效果。

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