鋁后門外板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·吉利汽車集團有限公司

后門外板屬于車身外覆蓋件，采用鋁板材料時，沖壓工藝性很差，產品容易產生A 面缺陷；采用合理的工藝方法和模具結構，可有效解決零件A 面缺陷問題。

鋁后門外板的材質特性

某車型后門外板采用6000 系的6016鋁-鎂硅合金材質，料厚1mm，材料參數見表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，容易產生裂紋，特別是形狀比較復雜的零件。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，否則容易出現縮頸和拉裂。鋼板、鋁板拉伸性能對比如圖1 所示。

6000 系鋁板的表面質量

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

鋁后門外板沖壓工藝方案

圖1 鋁板與鋼板的拉伸性能對比

表1 鋁板6000 系材質參數

圖2 鋁后門外板沖壓工藝圖示

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

鋁后門外板A 面缺陷及對策

B 柱處A 面反凹形狀處拉延凹坑缺陷

鋁后門外板B 柱處A 面反凹形狀處拉延凹坑缺陷，如圖3 所示。

圖3 后門外板B 柱處反凹區域拉延凹坑缺陷

⑴缺陷原因分析。

通過看前期CAE 油石分析，此處拉延CAE 分析無缺陷，所以判斷缺陷是由于拉延加工模面處理不合理造成。前期研合藍油圖如圖4 所示，為減少拉延研合時間，減少外板A 面麻點群，在前期模面處理時，B 柱反凹區凹模強壓區寬度只做了15mm，強壓和非強壓過渡區15mm,這種處理對一般的外凸A 面區域是適用的，對反凹區域強壓區寬度及過渡區都偏小了，造成A 面凹坑缺陷。

圖4 前期理論研合藍油圖

圖5 通過調整強壓區和強壓過渡區改善后的油石檢查

⑵缺陷整改措施。

經過拉延模具整改，凹模強壓區寬度做大到30mm，強壓與非強壓過渡區做大到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

鋁后門外板B 柱處OP30 整形R 角處A 面凹陷缺陷如圖6 所示，現場油石檢查整形凸模基準沒問題。

圖6 后門外板拉延B 柱處凹坑缺陷

1)把OP30 整形工序壓料芯對應缺陷處，局部氮氣缸規格由原來的初始載荷1 噸加大到2 噸。

2)更改拉延數模，過拉延處延伸量由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 過拉延量更改

⑴缺陷原因分析。

1)鋁板本身密度小，摩擦系數小，容易變形，B柱處整形又是夾料整形，該處前期壓邊力設計沒考慮夾料整形對壓邊力的影響，所以壓邊力可能不足造成整形過程中壓料區A 面缺陷；今后建議此處按照 “壓料力=1.5×L×T×Rm+P2+P3”來設計；其中1.5 為考慮鋁板比鋼板需要的壓邊力大，采用的系數，相當于鋼板壓料力算法的1.5 倍；L 為整形線長，T 為料厚，Rm為抗拉強度，P2為夾料整形下托料力，P2按照CAE 分析數值確定，P3為平衡力，壓料芯要考慮整體壓料受力平衡，增加平衡氮氣缸。

2)此處拉延時，過拉延順著A 面延伸0.5mm，但實際拉延件修邊后放在OP30 整形凸模上，涮藍油檢查制件與凸模圓角處局部干涉(可能現場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，壓料芯下來把零件壓出外觀缺陷。

3)現場放件時，此處夾料整形托料芯與上工序件干涉，這個也會造成上工序件與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)整形刀塊側壁打磨，保證上下模整形側壁間隙合理，由原來的全部光亮帶打磨到光亮帶達到翻邊高度的1/2 以上。

現場按以上全部整改措施實施后，如圖9 所示，該處A 面缺陷有很大改善，滿足沖壓件audit 評審要求。

鋁后門外板輪弧處拉延滑移線缺陷

鋁后門外板輪弧處拉延滑移線缺陷，如圖10 所示。前期CAE 分析，滑移線處按鋼板的分析參數設置，半徑大于20 倍料厚及最大接觸應力小于材料屈服強度的10%時不考慮滑移線，CAE 分析該處沒有滑移線，但是實際現場滑移量很大且為不可接受的A面缺陷；所以根據經驗廢料區加了一個凸包，高于輪弧處棱線5mm, 使得板料接觸棱線推遲，實際現場調試該滑移線問題得到解決，如圖11 所示。

圖9 改后效果

圖10 后門外板輪弧處滑移線缺陷

圖11 凸包造型增加后的油石檢查

結束語

本文主要針對鋁后門外板A 面缺陷的預防措施及現場整改措施進行研究，因鋁板件CAE 分析與實際還是有一定差距，鋁板件CAE 分析參數設置還需跟現場對照進行經驗積累，所以目前鋁板件前期工藝設計還是需要CAE 分析與以往經驗相集合，進行回彈補償及工藝結構預防，并在模具后期進行嚴謹的缺陷原因分析和采取合理的整改措施，通過理論與實際結合，不斷總結經驗來提升產品質量，減少模具開發時間。