某車型側(cè)圍外板拉延開裂的改善研究

文/陳建波，王翀，冉獻(xiàn)禮，陳曉楓，陳培成·廣汽乘用車有限公司

本文通過分析某車型側(cè)圍外板OP10 模具在調(diào)試、生產(chǎn)過程中零件出現(xiàn)開裂的原因，總結(jié)有效的對應(yīng)方案，包括壓邊力設(shè)定、拉延筋選型、平衡塊間隙調(diào)整等，對后續(xù)新車型同類問題的預(yù)防、解決都具有良好的借鑒作用。

隨著市場競爭越來越激烈，對汽車的要求也越來越高，既要質(zhì)量好又要成本低，側(cè)圍外板作為重要的車身零件，要求外觀面無凹陷、起皺、拉傷等缺陷，更加不允許出現(xiàn)開裂、暗裂不良，否則會影響車身的強(qiáng)度，導(dǎo)致不必要的報廢。而側(cè)圍外板結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成形困難，所以在工藝設(shè)計、調(diào)試和量產(chǎn)環(huán)節(jié)，都要充分考慮到各個特性的需求，否則在大批量生產(chǎn)過程中很容易出現(xiàn)開裂等缺陷。

側(cè)圍外板開裂狀態(tài)描述

某車型側(cè)圍外板坯料材質(zhì)為“DC54D+ZF”皮膜材，厚度為0.65mm，鋼板坯料的各項(xiàng)力學(xué)性能見表1。在新車型PT 階段調(diào)試過程中，后門框、后保險杠位置出現(xiàn)開裂，如圖1 所示。通過AutoForm 輔助分析，發(fā)現(xiàn)某車型側(cè)圍外板幾個位置成形裕度不足，如圖2所示，這幾個位置的開裂風(fēng)險較高。

圖1 側(cè)圍外板后門框開裂

圖2 側(cè)圍外板開裂風(fēng)險位置

表1 鋼板坯料的力學(xué)性能

側(cè)圍外板拉延成形失效(開裂)模式分析

根據(jù)金屬的特性，在拉延過程存在彈性變形、塑性變形、斷裂等幾個階段，也就是說，某些局部位置的形變量超出金屬材料的極限后，材料就會發(fā)生開裂，如圖3 所示。

圖3 金屬材料應(yīng)力應(yīng)變曲線圖

對人、機(jī)、料、法、環(huán)等各個因素進(jìn)行分析，分析得出影響沖壓拉延走料的因素，主要有以下幾個方面。

⑴鋼板坯料力學(xué)性能參數(shù)值。當(dāng)材料的抗拉強(qiáng)度越高、延伸率越大、塑性應(yīng)變比r 值越大，對拉延成形越有利。按鋼板坯料開卷方向0°、90°分別取樣送檢，得出其力學(xué)性能參數(shù)值。通過分析發(fā)現(xiàn)，各項(xiàng)力學(xué)性能達(dá)標(biāo)，但部分指標(biāo)偏標(biāo)準(zhǔn)的下限，整體穩(wěn)定性不高，這對拉延成形有不利的影響。

⑵模具壓邊力和成形裕度。模具壓邊力直接影響周圍一圈材料的流動速度，當(dāng)壓邊力越小，材料流動越快、越多；當(dāng)壓邊力越大，材料流動越慢、越少。模具首次上壓力機(jī)，初始壓邊力根據(jù)CAE 分析結(jié)果設(shè)定，然后分別做“無開暗裂上限壓力測試”和“無起皺下限壓力測試”，測算出模具成形裕度。

模具成形裕度最少要保證壓力下調(diào)10%、上調(diào)20%時，聯(lián)動出件無異常，否則在批量生產(chǎn)過程中容易出現(xiàn)減薄率或者面品質(zhì)異常波動?，F(xiàn)場測試，發(fā)現(xiàn)壓力上調(diào)到+8%時，零件開始出現(xiàn)頸縮痕，說明模具成形裕度不足。

⑶OP10 模具平衡塊間隙。平衡塊間隙用于控制材料的局部位置走料速度和大小，理想狀態(tài)下，我們希望各個部位走料穩(wěn)定，在調(diào)試初期，應(yīng)該以提升壓邊圈和型面的研合率來控制走料，不能直接通過調(diào)整平衡塊間隙來調(diào)整走料速度，所以重點(diǎn)就是要把平衡塊配平。通過現(xiàn)場測試，發(fā)現(xiàn)不同平衡塊之間著色有很大差異，不利于材料均衡流動。

制定合理化解決方案

鋼板坯料穩(wěn)定性管理

力學(xué)性能指標(biāo)不僅要合格，也要持續(xù)穩(wěn)定在合理區(qū)間范圍內(nèi)，把相應(yīng)的管理要求輸出給鋼板生產(chǎn)商，同時統(tǒng)計來料的性能指標(biāo)，如圖4 所示，確認(rèn)力學(xué)性能CPK 滿足管理要求。

圖4 抗拉強(qiáng)度正態(tài)分布圖

增大OP10 模具成形裕度

拉延筋選型合理，兼顧控料、拉傷。確認(rèn)拉延筋槽間隙模具實(shí)物與設(shè)計值的一致性；確認(rèn)拉延筋槽間隙是否存在不合理的位置。模具安裝上壓力機(jī)，閉合高度提高10mm，壓力設(shè)置為200t，行程次數(shù)降低至3 次，將壓邊圈頂起，放置鉛絲(直徑2 ～4mm)，如圖5 所示。

圖5 鉛絲放置布局圖

手動完成單次沖壓，使用游標(biāo)卡尺對壓出的鉛絲進(jìn)行測量，并進(jìn)行數(shù)據(jù)記錄。測量的位置包括拉延筋槽內(nèi)側(cè)間隙、外側(cè)間隙及底部間隙。管理標(biāo)準(zhǔn)：非鎖死筋拉延筋槽內(nèi)外側(cè)間隙=(1.3 ～1.7)×t(料厚)，底部間隙不小于2.0×t，且內(nèi)外兩側(cè)均勻分布。鎖死筋拉延筋槽間隙按1.0 倍料厚進(jìn)行判斷，且內(nèi)外兩側(cè)均勻分布。間隙實(shí)際值與設(shè)計值的差異控制在0.2mm以內(nèi)，如果輕微超標(biāo)，則結(jié)合材料流入量和零件減薄率來判斷是否通過。

非外觀位置的尖點(diǎn)球化處理，工藝補(bǔ)充面R 角適當(dāng)放大，并精細(xì)拋光，確保鍍鉻前達(dá)到鏡面效果，表面無拉傷、氣孔、裂痕，硬度控制在40 ～45HRC。

控制門洞拐角位走料速度

調(diào)試過程中側(cè)圍外板門洞拐角處常發(fā)開裂，如圖6 所示，經(jīng)過貼美紋紙測試，開裂原因不是常見的走料不足，而是走料過快。根據(jù)“平衡走料”的解決方案，在門洞邊緣增加一條拉延筋，如圖7 所示，起到雙向拉伸、均衡走料的作用，成功解決此部位開裂不良。

圖6 側(cè)圍零件開裂

圖7 模具增加拉延筋

OP10 模具平衡塊配平及間隙調(diào)整

⑴閉合高度調(diào)整至壓邊圈剛好閉合狀態(tài)；

⑵按照對應(yīng)刻碼安裝平衡塊，注意不要安裝墊片，在上模平衡塊對應(yīng)位置，均勻涂覆紅丹或者藍(lán)丹；

⑶帶板件進(jìn)行單次沖壓，檢查確認(rèn)平衡塊著色情況；

⑷如果平衡塊在無墊片狀態(tài)下有著色，表明平衡塊高了，需要對平衡塊進(jìn)行銑削加工去量；

⑸檢查確認(rèn)全部平衡塊無著色后，每個平衡塊上放置一個小鉛絲，帶板件完成單次沖壓；

⑹測量沖壓后鉛絲厚度，在平衡塊上記錄數(shù)據(jù)；

⑺按照每個平衡塊上鉛絲(厚度數(shù)據(jù)-0.05mm)增加墊片，安裝墊片后，帶板件完成單次沖壓，檢查著色情況；

⑻如個別平衡塊出現(xiàn)重著色，如圖8 所示，表明墊片增加多了，需要減少墊片，此時其余平衡塊不能進(jìn)行增加墊片措施；

圖8 重著色

⑼重復(fù)步驟⑻直至平衡塊斑點(diǎn)著色，如圖9 所示，繼續(xù)調(diào)整至全部平衡塊都虛著色，如圖10 所示，然后全數(shù)平衡塊增加0.05mm 墊片。

圖9 斑點(diǎn)著色

平衡塊配平之后，需要測量和對比配平前后的材料流入變化量，如果差值不小于5mm，表示平衡塊配平效果通過；如果差值大于5mm，表示平衡塊配平效果不通過，需要重新執(zhí)行上述步驟。以上措施實(shí)施以后，利用AutoForm 分析成形裕度，確認(rèn)某車型側(cè)圍外板各個位置均沒有開裂風(fēng)險區(qū)域，如圖11 所示。

圖11 某車型側(cè)圍外板FLD 安全裕度

批量生產(chǎn)驗(yàn)證

模具整改后持續(xù)跟蹤改善效果，按照每批次800件，兩天一循環(huán)，連續(xù)生產(chǎn)5 個批次，生產(chǎn)過程中確認(rèn)OP10 工序件材料流入量變化情況，每個生產(chǎn)批次檢查首件、中間件、末件的外觀以及板厚減薄率。經(jīng)確認(rèn)，側(cè)圍外板表面無開裂缺陷，使用超聲波測厚儀測量零件各個部位，板厚減薄率穩(wěn)定在15%～20%之間，零件質(zhì)量合格。

結(jié)束語

綜上所述，側(cè)圍外板成形深度大、工藝復(fù)雜，拉延過程中很容易出現(xiàn)開裂缺陷，唯有實(shí)施全面的管控措施，包括鋼板坯料的力學(xué)性能和表面油膜、OP10模具拉延筋/槽間隙、OP10 模具平衡塊間隙、非外觀面尖點(diǎn)球化處理等等，最后對OP10 的凹模/凸模/壓邊圈鍍鉻處理，通過以上多個措施可以有效解決側(cè)圍外板的開裂問題。