前門內板后下角開裂的解決方法

代建文，黃敏鶇，謝 雙，楊勝統

（上汽通用五菱汽車股份有限公司，廣西 柳州 545007）

0 引 言

汽車覆蓋件一般由形狀復雜的空間曲面構成，具有結構尺寸大、材料厚度薄、成形難度大及質量要求高等特點[1]。復雜的造型使板材在拉深成形過程中因各區域受力不均勻、進料速率不一致、潤滑條件不良等因素易產生起皺、開裂、滑移線等表面缺陷；其中，起皺與開裂是汽車覆蓋件沖壓生產過程中最常見的失效形式[2]。

汽車前門內板是典型的沖壓件，具有深度深、截面變化大、寬度窄等成形困難的因素，易出現縮頸、開裂、材料流動不均勻等現象[3]，增加了過程控制難度及返修或報廢成本。現以某車型前門內板零件為例，分析在開發調試過程中后下角開裂的產生原因及解決措施。

1 前門內板開裂實例

圖1所示為某車型左前門內板，其后下角造型復雜，成形截面線長較長，內凹面圓角R5mm及圓角所在面拔模角度小，拉深成形過程容易產生褶皺或縮頸開裂。零件在企業內項目調試過程中，小批量生產50件即出現圖2所示的開裂問題，嚴重影響項目調試及小批量生產。經現場跟蹤與排查，缺陷在拉深工序產生，因此，消除拉深開裂缺陷并提升拉深工序穩定性是解決問題的關鍵。

圖1 某車型左前門內板

圖2 前門內板后下角開裂

2 前門內板開裂的原因分析

2.1 壓邊圈研合分析

拉深模壓邊圈研合是模具制造及回廠調試階段的基礎工作，研合評價標準為：筋條內側管理面強壓泛白，著色率≥90%；筋條外側20 mm以內虛著色，著色均勻；筋條外側20 mm以外不著色；凹角清根，壓邊圈凹角沒有明顯硬點痕跡。對前門內板壓邊圈著色評估，如圖3、圖4所示，工序件及模具零件表面著色均滿足研合評價標準。

圖3 工序件壓邊圈研合效果

圖4 拉深模管理面研合效果

2.2 材料流入量分析

零件成形的過程實際上是材料在外力作用下，各晶體在形狀和位置上的變化，材料流入量是材料拉深成形吻合性的重要評價方法。調試工序件與CAE分析結果對比，滿足評價標準后將其作為隨模件運回主機廠，并將其作為廠內調試工序件標準。現場調試出件，采用圖5所示的扣合方法分析，零件后下角開裂對應位置流入量，廠內成形件與隨模件板料邊緣流入差異＜1 mm，材料流入量符合設計要求。

圖5 頂蓋尾部不同區域拉深和整形線長變化量

2.3 CAE成形極限分析

現場分析評估的同時，通過AutoForm分析軟件對前門內板進行成形極限分析。圖6所示為零件拉深工序成形極限圖，圖7所示為零件成形極限狀態，零件后下角開裂區域成形極限均＜20%，處于成形安全區。圖8所示為零件拉深工序減薄狀態，零件后下角開裂區域減薄率最大18.5%，符合＜25%的模具工藝技術要求。

圖6 成形極限圖

圖7 成形極限狀態

圖8 拉深減薄率

2.4 CAE成形過程分析

通過上述分析，模具成形極限及研配基礎工作均符合工藝技術要求，為持續分析解決零件后下角開裂問題，進一步通過AutoForm分析成形過程，以尋找降低材料減薄的方法。圖9所示為開裂位置拉深到底前10 mm的截面狀態，黑色線條為板料，開裂位置右側靠近板料邊緣，板料受力拐點多，板料流動阻力大；開裂位置右側為零件本體，圓角大，與凸模接觸面大、與凹模離空，板料流動阻力小。

圖9 開裂位置拉深到底前10 mm的截面

對開裂區域成形過程板料流動及最大減薄率量化分析，如圖10和表1所示，選取2個特征線的4個測點，分別在拉深到底前15、10、5 mm和拉深到底時測量板料滑移量，其中，測點3和測點4是開裂區域，同步測量最大減薄率。測點1和測點2板料從內向外流動，拉深到底前10 mm開始滑移量增加明顯，此區域板料拉深成形主要由內側提供；測點3和測點4板料從外向內流動，拉深到底前10 mm開始滑移量增加緩慢，此區域板料拉深成形貢獻小。觀察測點3和測點4附近的最大減薄率變化，發現拉深到底前5 mm開始此區域急劇減薄。

圖10 板料成形過程開裂區域滑移狀態

表1 板料成形過程開裂區域滑移測量

因此，前門內板后下角開裂主要原因為材料成形到底前5 mm開始，內側材料流動不足；次要原因為拉深到底前10 mm材料流入量不足。

3 前門內板開裂的解決方法

通過分析原因可知，在不允許改變零件造型的前提下，從成形工藝上解決此問題需增加成形到底前0～5 mm內側板料流動或輔助增加成形到底前＞10 mm時外側板料流動，具體解決方法如表2所示。

表2 開裂問題解決方法

3.1 增加成形到底前＞10 mm時外側板料流動

前門內板生產氣墊壓力設計為0.3 MPa，現場調試及小批量生產過程將氣墊壓力降低20%至0.24 MPa，用雙尖頭數顯千分尺，實測最大減薄率由20%降低至18.9%，剛開始生產存在起皺，如圖11位置2所示，生產至120件開始出現后下角開裂問題。

降低筋條高度或放大筋條R角的作用一致，為便于現場修復，放大圖11中位置1和位置4處對應筋條R角，使材料對比正常情況多流入5 mm左右，工序件減薄改善不明顯，依然存在開裂情況。

降低工藝補充減少了拉深線長，如圖11中位置3的工藝補充打磨降低直到試模位置2出現起皺，但生產時依然存在開裂情況。

圖11 后下角外側流入量調整

3.2 增加成形到底前0～5 mm內側板料流動

零件內側靠近后下角的廢料區存在2個深度為10 mm的刺破刀，若在現有刺破刀基礎上加高15 mm，刺破刀工作時零件內部還未開始成形，剛性不足，容易造成局部頂起板料，產生毛刺。

通過AutoForm軟件模擬，在刺破刀中間增加1個同為10 mm高的刺破刀（見圖12），使刺破刀中間撕裂，加快拉深到底前10 mm的流料速度，以達到內部材料補充的目的，最大減薄18.5%的位置降低至8.5%，局部減薄率控制在17%以內。現場實際在刺破刀中間區域各增加1個50 mm×10 mm的三角刺破刀，零件成形狀態如圖13所示，達到分析效果。正常氣墊壓力0.3 MPa，實測開裂區域零件減薄率9.2%，加壓至0.36 MPa和0.4 MPa，試模無開裂。

圖12 新增刺破刀分析

圖13 新增刺破刀后零件成形狀態

現場實物如圖14所示，零件壓邊圈附近存在拉傷，主要原因為模具零件表面粗糙度值過高，經鉗工砂光保養，多批次生產到300多件出現拉傷，引起附近區域縮頸泛白，在線砂光處理后繼續生產。采取對模具凸、凹模和壓邊圈鍍鉻的方式提升模具整體粗糙度，增加材料在成形過程中的各向流動性，連續生產900件以上無縮頸開裂問題。改進后零件在正常壓力和加壓20%的條件下成形不會產生開裂。

圖14 現場實物

4 結束語

針對前門內板后下角開裂問題進行分析，首先在現場進行研配試驗，當常規筋條外側的材料流入量、減薄率和成形極限分析等評價方式都滿足工藝技術要求時，通過分析關鍵特征線的材料滑移及減薄變化過程，識別材料急劇減薄的階段，得出拉深到底前主要由內部材料流動補充零件的成形過程，從而采取工藝措施。為得到穩定高質量的零件，做好零件結構的成形性分析及設計良好的沖壓工藝是前提條件[4]。對于類似前門內板拉深深度深、造型復雜的零件，在尖點拐角或拔模斜度小的側壁容易產生縮頸開裂和起皺，CAE成形極限及減薄分析的標準將越來越嚴格，在前期零件工藝分析階段應盡可能分析調試及小批量生產階段可能采取的措施，模擬成形過程材料的流動，使材料減薄率小于17%。模具零件粗糙度影響模具生產，針對門內板，按連續正常生產300件評價其工藝穩定性，達到后可進行鍍鉻等表面處理。