某車型拼焊門內板開裂問題研究

文／孫樹森，李晶影，代曉旭，李建軍，劉國磊·中國第一汽車集團有限公司

本文針對現場拼焊門內板開裂問題，結合模具狀態及開裂問題實際發生階段進行問題原因的查找，借用CAE 分析軟件進行穩健性分析驗證，篩選出重點影響因素，明確問題原因，針對性制定解決方案，并再次采用CAE 分析手段進行方案可行性驗證。本文對拼焊門內板開裂問題原因分析及整改方案制定進行詳細總結，為類似零件問題的解決給出分析思路和解決方法。

伴隨著汽車行業的迅猛發展勢頭，沖壓技術在汽車制造中的應用也得到了巨大的發展。汽車沖壓零件批量生產過程中的起皺、開裂等質量缺陷嚴重影響到沖壓線生產效率，并造成廢品率增高，生產成本增加。本文主要圍繞拼焊門內板批量生產過程中出現的拉延開裂問題，結合現場模具實際調試過程，借用CAE 模擬分析手段識別拉延成形開裂風險點、分析開裂問題產生原因并進行整改方案驗證，為拼焊門內板開裂問題的原因分析及問題解決提供了一種新思路。

產品概況

產品信息

圖1 為前門內板結構圖，該車型所采用的拼焊門內板是一種材質為St06D ＋Z 的不等料厚激光拼焊板，厚板料的料厚為1.2mm，薄板料的料厚為0.65mm。

圖1 前門內板結構圖

板料信息

板料為熱鍍純鋅拼焊板，牌號為St06D+Z-60/60，厚度為0.65mm/1.2mm，材料性能參數見表1。

表1 材料性能參數

生產開裂問題

在前門內板的現場批量連續生產過程中，拉延成形不穩定，在單批次批量生產300 臺(份)以上后，拼焊縫附近開裂(圖2)、縮頸問題不定時發生，嚴重影響正常批量生產，并且造成廢品率增加。

圖2 前門內板開裂區域示意圖

問題原因的分析

因前門內板開裂為批量生產時的偶發問題，針對本次問題原因計劃先借用CAE 分析軟件，從拉延成形性的理論分析結果入手，分析拉延成形安全裕度及穩定性，并針對性制定整改措施。

考慮現場實際，拉延調試狀態已與最初拉延工藝分析結果存在差異，為保證理論分析結果和現場實際狀態一致，對原始拉延模擬分析文件進行調整，保證理論收料線與現場實際狀態一致，進而再進行成形狀態確認。具體問題原因分析思路：現場拉延流入量檢測→拉延模擬分析優化→成形風險點識別→開裂影響因素分析→拉延穩健性分析驗證。

拉延板料流入量檢測

對生產過程中的門內板拉延件進行板料流入量測量并記錄測量結果，測量點位及測量方式如圖3 所示。

圖3 現場拉延板料流入量情況(單位：mm)

拉延模擬分析

按現場拉延實際板料流入量狀態調整拉延工藝，模擬分析拉延成形性，識別拉延成形性問題點。拉延板料流入量狀態見圖4，成形性分析結果見圖5。

圖4 拉延板料流入量狀態

圖5 拉延模擬分析結果

拉延成形風險點

從圖6 可以看出，位置1、2 處拉延成形減薄率過大，存在開裂風險；位置3 處拉延成形過程有褶皺趨勢，存在起皺風險，具體情況如下。

圖6 拉延成形風險點

位置1(圖7)：減薄率24.2%超差，最大失效0.782 臨界，存在開裂風險。

圖7 位置1 模擬分析結果(原始)

位置2(圖8)：減薄率23.3%超差，最大失效0.771 臨界，存在開裂風險。

圖8 位置2 模擬分析結果(原始)

位置3(圖9)：成形過程褶皺，到底狀態指標未超差。

圖9 位置3 模擬分析結果(原始)

開裂影響因素分析

綜合考慮設備、板料及模具等波動因素，門內板開裂發生階段為大批量生產之后偶發的生產開裂問題，初步判定造成拉延開裂的主要因素為模具狀態波動。因為該門內板拉延模具采用了側推定位，板料定位狀態相對穩定，而模具隨著生產批量的加大溫度會增高，模具摩擦系數會發生波動，并且摩擦系數波動為主要影響因素，如圖10 所示。

圖10 開裂問題影響因素

拉延影響因素：穩健性分析驗證

針對摩擦系數波動對焊縫位置成形性的影響，采用AutoForm 軟件進行拉延成形穩健性分析，摩擦系數±10%波動，焊縫位置最大減薄率超過28%，最大失效為0.95，焊縫位置減薄率Cpk超差，廢品率增高。減薄率Cpk結果見圖11，減薄／最大失效見圖12。

圖11 減薄率Cpk 結果

圖12 減薄／最大失效

拉延開裂問題整改方案

經過以上的模擬分析，拼焊門內板拉延成形安全裕度存在不足，模具狀態波動時會造成現場生產開裂，廢品率增加。其中摩擦系數波動為開裂問題的主要影響因素，從穩健性分析結果可以確認，摩擦系數降低可有效改善拉延成形的減薄率和最大失效，為解決摩擦系數波動引起的開裂問題可從降低拉延摩擦系數入手。

降低拉延摩擦系數的手段：⑴拉延模具鍍鉻(已采用)；⑵板料涂油(不穩定)；⑶更換板料鍍層(相對穩定)。針對拼焊門內板開裂問題，當前模具已是鍍鉻狀態，相對板料涂油措施，更換板料鍍層來降低摩擦系數能夠使生產過程更為穩定。本次問題整改采用更換板料鍍層方案，用鋅鋁鎂鍍層板料進行可行性分析驗證。

拉延工藝優化

采用鋅鋁鎂板料進行拉延模擬分析，鋅鋁鎂鍍層板料摩擦系數調整為0.13，其他模具參數保持不變，因摩擦系數降低，拉延四周整體多走料10mm。

圖13 為鍍鋅板和鋅鋁鎂板料收料線對比，為保證替換板料前后收料線一致，對工藝參數進行調整。從圖14 可以看出，壓邊力220t 保持不變，將圖示4條拉延筋加高1.5mm，優化拉延走料至原始狀態。

圖13 鍍鋅板和鋅鋁鎂板料收料線對比

圖14 工藝調整方案

拉延成形性模擬分析結果

根據現場實際板料流入狀態，調整拉延工藝的拉延筋高度，替換鋅鋁鎂板料、降低摩擦系數進行拉延成形性模擬分析；從圖15 可以看出，摩擦系數降低后，原焊縫位置開裂風險點的減薄率降低2%，最大失效降低0.2；通過替換鋅鋁鎂板料，使摩擦系數降低，可提高焊縫位置拉延成形安全裕度，說明此方案可行。

圖15 拉延成形性分析結果

位置1(圖16)：減薄率21.8%，最大失效0.642；減薄率降低2%，最大失效降低0.15，安全裕度有所提升。

圖16 位置1 模擬分析結果(工藝優化后)

位置2(圖17)：減薄率20.7%，最大失效0.544；減薄率降低3%，最大失效降低0.2，安全裕度有所提升。位置3(圖18)：成形過程有起皺趨勢，到底狀態指標未超差；鋅鋁鎂板料成形過程與熱鍍鋅板料相差不大。

圖17 位置2 模擬分析結果(工藝優化后)

圖18 位置3 模擬分析結果(工藝優化后)

結束語

拼焊門內板開裂問題為實際現場批量生產過程中常見問題，針對現場已發生問題可借用CAE 分析手段進行問題查找及整改方案可行性驗證，可有效提高問題原因查找效率及整改方案的準確性，縮短現場整改周期、降低整改成本。針對該車型的門內板開裂問題，采用更換板料鍍層降低摩擦系數的方式，可有效提高拉延成形的安全裕度，避免因模具摩擦系數波動造成生產開裂、廢品率增加，為其他車型類似問題的分析、整改提供一種新的思路。