沖壓內(nèi)板件開裂原因分析及措施研究

文/鄭慶書，房曙光·北京長安汽車公司

沖壓內(nèi)板件開裂原因分析及措施研究

文/鄭慶書，房曙光·北京長安汽車公司

鄭慶書，沖壓車間主任，主要從事沖壓車間生產(chǎn)運營管理工作，作為北京長安汽車公司沖壓車間設(shè)計總師主持完成沖壓車間生產(chǎn)線建設(shè)并投入運營。

本文以某汽車車型的激光拼焊內(nèi)板為研究對象，結(jié)合現(xiàn)場實際情況及模具狀態(tài)，運用CAE分析方法，深入探究零件開裂主要機理。通過控制板料參數(shù)性能及優(yōu)化模具狀態(tài)的方法有效解決了零件的開裂問題，取得了良好的經(jīng)濟效果及現(xiàn)場效果。

近年來汽車工業(yè)飛速發(fā)展，各汽車公司生產(chǎn)節(jié)拍不斷加快，顧客對汽車質(zhì)量要求日益提高。由于原材料、模具狀態(tài)、生產(chǎn)工藝等因素的影響，造成零件開裂、起皺等各類缺陷問題。因問題影響因素的多變性，有些問題不能快速查找確定原因，從而影響了生產(chǎn)的平順性，造成了大量人員、資源的浪費。

汽車門內(nèi)板作為典型的汽車內(nèi)覆蓋件，其特點是形狀復(fù)雜、拉延深度較大，一般采用激光拼焊板，因而在沖壓成形過程中很容易造成開裂缺陷。通過CAE分析，對零件開裂原因進行分析及制定相應(yīng)的改善措施。

試驗所用材料

板料力學(xué)性能參數(shù)

內(nèi)板件設(shè)計為一模兩件，板料采用DC06鋼材，材料力學(xué)性能指標見表一。

成形CAE分析

通過網(wǎng)格劃分、坯料形狀、位置、壓邊力、摩擦系數(shù)、凸凹模間隙等進行CAE數(shù)據(jù)分析。通過模擬計算得到如圖1所示的成形極限及減薄圖，由圖可知材料下部區(qū)域減薄率約為40%，已超過減薄率的臨界值25%，有成形開裂的風(fēng)險，從成形極限圖也可知在此區(qū)域易于發(fā)生開裂。

圖1 CAE分析成形極限及減薄率圖

表1 材料力學(xué)性能參數(shù)

零件開裂圖如圖2所示，通過實際零件狀態(tài)可知，開裂處位于側(cè)壁中下處，與CAE分析情況相匹配，充分驗證了該區(qū)域為主要開裂區(qū)域。

圖2 零件開裂圖

開裂原因排查及分析

通過對OP10成形工序分析，開裂部位板料整體流動緩慢不均勻，同時零件開裂現(xiàn)象間斷出現(xiàn)，大約每100件出現(xiàn)開裂，通過下線對模具壓邊、凸模緊固螺釘檢查，發(fā)現(xiàn)生產(chǎn)過程中緊固螺釘出現(xiàn)松動斷裂現(xiàn)象如圖3所示。將螺釘緊固后，生產(chǎn)1批次零件未出現(xiàn)開裂。

圖3 緊固螺釘斷裂圖

該內(nèi)板材料為激光拼焊不等厚板材，厚度規(guī)格分別為t=0.8mm、1.5mm。激光拼焊材料在一定程度上提高了板料的整體的利用率，減少了車身組合零件的數(shù)量，使汽車車身整體結(jié)構(gòu)強度大大增加。但另一方面由于使用不等厚材料進行拼接，這對于模具的精度要求比較高。通過對門內(nèi)板的開裂分析可知在成形過程中厚料側(cè)成形力較薄板料側(cè)大，凸模從厚料側(cè)會產(chǎn)生側(cè)向力；同時該模具結(jié)構(gòu)設(shè)計為內(nèi)導(dǎo)向，并且凸模緊固螺釘數(shù)量較少、固定區(qū)域面積過小，生產(chǎn)過程中，在較大的成形側(cè)向力作用下，凸模緊固螺釘處造成應(yīng)力集中，從而導(dǎo)致螺釘松動，壓料間隙發(fā)生改變，壓料力發(fā)生波動，致使材料流動不均勻，從而導(dǎo)致零件開裂。凸模緊固螺釘布局如圖4所示，模具凸模內(nèi)導(dǎo)向裝置圖如圖5所示。

圖4 凸模緊固螺釘布局

圖5 模具凸模內(nèi)導(dǎo)向裝置圖

零件開裂控制措施

針對上述分析，根據(jù)模具特點制定如下措施：

⑴每批次生產(chǎn)后對模具進行點檢維護，及時緊固松動螺釘及更換損壞的螺釘。

⑵對螺釘損壞進行記錄，梳理螺釘損壞頻次及程度，根據(jù)數(shù)據(jù)結(jié)果制定相應(yīng)的維保更換頻次。

⑶調(diào)整凹模圓角半徑，圓角半徑若比較小，會減少板料懸空部位，增強壓料力的作用，因而在模具設(shè)計時，應(yīng)當注意凹模的R角不要太小，防止零件開裂。

結(jié)束語

通過對內(nèi)板件模具結(jié)構(gòu)及產(chǎn)品工藝的分析，對于使用不等厚板料的模具，結(jié)構(gòu)設(shè)計時應(yīng)盡量不采用螺釘緊固方式，避免側(cè)向應(yīng)力的作用造成凸凹模間隙發(fā)生改變造成零件缺陷，另一方面也會增加維保成本及工人勞動量。通過本文的闡述，可為激光拼焊門內(nèi)板開裂改善和模具設(shè)計及調(diào)試提供一定的思路支持。