沖壓內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運營管理工作，作為北京長安汽車公司沖壓車間設計總師主持完成沖壓車間生產線建設并投入運營。

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

近年來汽車工業飛速發展，各汽車公司生產節拍不斷加快，顧客對汽車質量要求日益提高。由于原材料、模具狀態、生產工藝等因素的影響，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，從而影響了生產的平順性，造成了大量人員、資源的浪費。

汽車門內板作為典型的汽車內覆蓋件，其特點是形狀復雜、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的改善措施。

試驗所用材料

板料力學性能參數

內板件設計為一模兩件，板料采用DC06鋼材，材料力學性能指標見表一。

成形CAE分析

通過網格劃分、坯料形狀、位置、壓邊力、摩擦系數、凸凹模間隙等進行CAE數據分析。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%，有成形開裂的風險，從成形極限圖也可知在此區域易于發生開裂。

圖1 CAE分析成形極限及減薄率圖

表1 材料力學性能參數

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

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，同時零件開裂現象間斷出現，大約每100件出現開裂，通過下線對模具壓邊、凸模緊固螺釘檢查，發現生產過程中緊固螺釘出現松動斷裂現象如圖3所示。將螺釘緊固后，生產1批次零件未出現開裂。

圖3 緊固螺釘斷裂圖

該內板材料為激光拼焊不等厚板材，厚度規格分別為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量，使汽車車身整體結構強度大大增加。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。通過對門內板的開裂分析可知在成形過程中厚料側成形力較薄板料側大，凸模從厚料側會產生側向力；同時該模具結構設計為內導向，并且凸模緊固螺釘數量較少、固定區域面積過小，生產過程中，在較大的成形側向力作用下，凸模緊固螺釘處造成應力集中，從而導致螺釘松動，壓料間隙發生改變，壓料力發生波動，致使材料流動不均勻，從而導致零件開裂。凸模緊固螺釘布局如圖4所示，模具凸模內導向裝置圖如圖5所示。

圖4 凸模緊固螺釘布局

圖5 模具凸模內導向裝置圖

零件開裂控制措施

針對上述分析，根據模具特點制定如下措施：

⑴每批次生產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，根據數據結果制定相應的維保更換頻次。

⑶調整凹模圓角半徑，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，因而在模具設計時，應當注意凹模的R角不要太小，防止零件開裂。

結束語

通過對內板件模具結構及產品工藝的分析，對于使用不等厚板料的模具，結構設計時應盡量不采用螺釘緊固方式，避免側向應力的作用造成凸凹模間隙發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，可為激光拼焊門內板開裂改善和模具設計及調試提供一定的思路支持。