轿车车门内板冲压成型暗裂缺陷的预防及对策

王德云

(常德职业技术学院 汽车工程系，湖南 常德 415000)

轿车车门内板冲压成型暗裂缺陷的预防及对策

王德云

(常德职业技术学院 汽车工程系，湖南 常德 415000)

摘要：板料冲压成型是汽车钣金件的关键加工技术，特别是轿车车门内板冲压成型最容易出现拉裂或暗裂缺陷。由于此缺陷不可修复，从而导致原材料报废，废品率升高，是很多整车制造厂都没有得到彻底解决的技术难题。在全面深入分析轿车车门内板冲压成型暗裂缺陷的原因及影响因素的基础上，通过在某整车制造厂冲压车间生产一线对各种可能的解决方案进行反复试验和验证，找到了一种既不改变模具结构，又不增加材料表面的油污污染，且不必对现有工艺方法进行大的技术改进的方法——塑料薄膜覆盖冲压法，彻底解决了轿车车门内板冲压成型最容易出现拉裂或暗裂缺陷的问题。该方法经济实用，并适合于大批量流水线作业生产。

关键词：钣金件；冲压成型；暗裂；缺陷；预防；对策

目前，我国汽车工业发展迅猛，汽车品牌日益丰富，消费者在选择汽车产品时不仅仅只考虑合适的价格，开始更加注重汽车的品质。车身钣金件的品质更是冲压产品质量控制中的重中之重，而冲压成型居汽车整车制造四大制造工艺的首位，冲压产生的缺陷不仅增加了现场操作人员的劳动强度，而且由于拉裂或暗裂缺陷不可修复，导致原材料报废，还增加了车身制造成本，降低了整车外观及内在质量，从而降低了该汽车品牌的市场竞争力。本文选取车身钣金件深冲压成型最容易出现拉裂或暗裂的轿车车门内板冲压成型作为典型案例，对其可能出现的暗裂缺陷及应对措施进行详细阐述。

1冲压成型过程中常见的缺陷

汽车车身钣金件冲压成型过程包括成型材料选择、坯料制备、成型工序制定、模具设计、模具制造、成型加工和后续处理等多个环节。其中，成型工序的制定环节是关键，其基本工序包括冲裁、弯曲、拉延、翻边与剪切等。由于板料成型过程中的复杂性，在大多数情况下，要通过多次试验才能确定合理的成型工序与工艺参数。冲压件的不同材质、不同的成型工艺方法将直接影响到产品质量和价格。材质选择不当，加工工艺过程不当或模具设计与制造不当，很容易出现冲压件拉裂或暗裂、起皱及其他不良缺陷。汽车车身钣金件冲压成型是一个包含多个环节的工艺过程，每个环节的设计和控制都非常困难且相互影响，这就是冲压成型过程常常产生许多缺陷而又难以纠正的原因。

汽车车身钣金件冲压成型常见的缺陷有11类[1]：拉裂或暗裂、叠料、波浪、拉毛、变形、飞边、缺料、尺寸不符、坑、包以及压伤。汽车车身钣金件的冲压缺陷可分为导致返修及报废等2种，各种文献资料对导致返修的缺陷进行了详细描述，本文不再赘述，而主要针对上述11类没有提及的，在生产过程中不易发现的，但确实存在的暗裂缺陷进行描述。

2暗裂缺陷的产生及危害

暗裂的产生在于在冲压成型过程中，某一局部因为结构设计的需要，需要有较大的拉延与弯曲，导致材料在此处的流动性不好，拉伸过程中受到过大拉应力的作用，拉伸变形产生的拉应力大于开裂处材料的实际有效抗拉强度，导致板料变薄失稳，该部位材料的变薄率大于材料本身的最大变薄率，断裂即将发生，即该部位材料已发生暗裂。如做材料拉伸试验，低碳钢的应力-应变曲线如图1所示，暗裂发生在ef区段，曲线上f点之后材料已拉裂。

图1　低碳钢的应力-应变曲线

由于轿车车身是承载式车身结构，要求轿车车身钣金件应有一定强度和刚度要求，若刚度不足，汽车在行驶过程中就会产生共振现象，产生很大噪声，并会使车身钣金件过早损坏。暗裂区如果不能被及时发现并解决，在整车出厂后会存在极大的安全隐患，经颠簸、振动后存在暗裂区的车身钣金件内部拉应力增大，会导致暗裂部位开裂，产生暗裂的车身钣金件的强度和刚度会大大降低，严重影响整车外观质量及安全性能。

3暗裂产生的原因及影响因素

为了减小车身质量，降低车身制造成本，车身复盖件应尽可能采用高强度的薄板材制造[2]。由于采用的板料都很薄(一般是0.6～0.8 mm)，尽管强度高，在冲压成型过程中还是不可避免地出现拉裂现象，可见，拉裂是汽车车身钣金件深冲工艺产生的常见缺陷。根据拉裂程度不同，可将拉裂分为宏观拉裂和微观拉裂等2种情况。对车身钣金件而言，宏观拉裂是指车身钣金件上出现肉眼可见的裂纹和断裂，宏观拉裂通常主要是由板料的过度拉伸造成的；微观拉裂(即暗裂)是指车身钣金件中产生肉眼难以看清的裂纹，尽管裂纹深度很浅，但一部分材料已失效，微观拉裂则通常是由过度拉伸或弯曲引起的。无论是微观拉裂还是宏观拉裂，都是由于板料在拉伸过程中与模具的表面直接接触时压料力过大，或者模具的凹、凸模之间的拉伸间隙过小，使板料在模具中的流动性不好，板料在模具凹模表面滑动时产生根大的摩擦力，从而增加了拉伸所需的压力和材料内部的拉应力，造成板料局部拉应变过大所致。

对于单纯的弯曲件而言，因可用简单的方法较为准确地计算弯曲区的最大拉应变，拉裂(或暗裂)相对容易避免一些；而对于复杂的拉伸件(例如轿车车门内板)而言，在某些既有拉伸又有弯曲的局部区域，用传统的方法很难准确地计算给定条件下材料的塑性流动情况，因而，也就难以事先判别在该局部区域到底是拉伸还是弯曲时产生的拉裂(或暗裂)缺陷。为了消除拉裂(或暗裂)现象，应降低拉裂区的拉应变值，使其不超过板料的实际有效抗拉强度。通常可采用调整压边力，改善润滑条件，以及采用多次拉伸工序等手段，来改变材料法向接触力和切向摩擦力的分布，从而改变材料的流动状况。

4解决轿车车门内板冲压成型暗裂的主要措施

轿车车门内板冲压成型开裂(或暗裂)的根本原因在于拉伸变形时，拉应力大于开裂处材料的实际有效抗拉强度，主要原因是采用的加工工艺不当和模具结构设计不合理，导致零件变形区的材料塑性变形过大。可通过采用合理的工艺方法来改善板材在成型过程中的应力状态，还可通过选用合理的模具工艺参数及更换拉伸性能更好的材料来解决。

综上所述，解决轿车车门内板冲压成型拉裂(或暗裂)的主要调整方法[3]如下：1)调整冲压成型时板料压料力，使压料力变小；2)调整模具凹、凸模之间的拉伸间隙，使间隙变大，并使间隙变得均匀；3)调整模具凹模圆角半径，凹模圆角半径太小，零件易拉裂，加大凹模圆角半径可减小拉裂程度；4)调整模具凸模圆角半径；5)调整模具凸模与凹模的相对位置；6)毛坯尺寸太大或形状不当，板料材质、质量及润滑不好也会使零件拉裂，故应改变毛坯尺寸或形状，调整冲压工艺。

由于更换拉伸性能更好的材料会导致制造成本增加，一般不建议采用此方法。

5生产一线解决轿车车门内板冲压成型暗裂的几点体会

5.1暗裂的检验方法

拉裂可以用眼睛直接观察，隐形的暗裂一般用眼睛直接观察不易发现，用油石推只能用来检查坑、包缺陷，不能用来检查暗裂缺陷。唯一可行的办法是使用光照法，在可能发生暗裂的部位用光进行照射，根据光在被检查表面的反射是否有暗影来判断是否有隐形的暗裂缺陷，并应翻过边来对背面进行检查。

5.2解决暗裂的各种方法

生产一线的实践证明，当板料冲压成型时，如果出现较多的拉裂现象，在调整压料力，调整凸模与凹模之间的拉伸间隙都不能解决问题的情况下，可以确定是由于模具结构设计不合理所引起，应对模具结构参数进行修改与调整，具体修改与调整的主要与重点参数包括模具的拉伸间隙、模具凹和凸模圆角半径等。如果不出现拉裂现象，只有极少量的暗裂现象发生，那就证明模具结构设计没有问题，冲压成型工艺方法也基本合理，待冲压板料材质的选择与材料本身质量也没有问题。

在某整车制造厂生产一线碰到车门内板冲压成型没有明显的拉裂现象出现，仅有极少量的暗裂现象发生。证明其模具结构设计没有问题，采用的工艺方法也基本合理，板料材质与质量也没有问题。唯一的问题是材料在冲压成型过程中流动性不好，解决材料在冲压成型过程中流动性问题一般有如下2种方案。

1)调整压料力。因为压料力过大，会导致板料在冲压成型过程中流动性不好，使压料力变小，在不出现叠料缺陷的情况下，通过减少压料力来增加材料的流动性。通过反复试验表明，采用该方案没有明显效果。

2)在待冲压材料表面涂抹拉延油。此方案经实践证明对消除暗裂现象的发生有很好的效果。对于汽车车身大型外观覆盖件、车门内板等，在冲压成型过程中通过涂抹拉延油来增加材料的流动性，消除了暗裂缺陷的同时，又提高了工件的表面质量，还可提高工件的防锈能力，保证冲压件在存储期不生锈。这似乎是一个非常完美的解决方案，采用该方法尽管对消除暗裂现象发生确实有很好的效果，但它对后续的焊装及涂装工序会造成严重的不利影响；因此，它并不是一个完美的解决方案。

按照车身生产四大工艺流程(即冲压、焊装、涂装和总装)，首先通过冲压工艺把板料加工成各种车身钣金单件；然后通过焊装工艺把冲压成型的各种车身钣金单件焊接成白车身整体；再对焊接成的白车身进行涂装(做油漆)；最后在做好油漆的车身上进行汽车所有零部件的总装。板料表面涂抹拉延油经过冲压成型加工成各种车身钣金单件后，拉延油仍然残留在车身钣金单件上。车身钣金单件在焊接过程中，由于油污的污染，使板料的导电性能变差，焊接过程中会产生很大的火花，影响焊装质量。特别是对后续的涂装工序，车身钣金单件上残留的油污，影响就更为严重。虽然喷涂前对白车身进行了除油处理，但由于大规模生产的节拍较快，只能将车身钣金单件上残留的较轻的油污处理干净，固化或膏状以及夹缝中的油污则较难处理，会造成磷化不完全、电泳缩孔等缺陷，严重影响涂装质量；因此，从后续焊装与涂装工序考虑，不建议使用该方法。

通过在生产一线的反复试验，研究了一种新方法：冲压前，在待成型材料表面覆盖一层塑料薄膜，该塑料薄膜在冲压成型过程中可拉伸变薄，起到润滑油的作用，以此增加材料在冲压成型过程中的流动性。通过大量实践证明，该方法是最经济、最行之有效(该方法既不改变模具结构，也未对生产工艺进行大的改变)，且对后续焊装、涂装工序没有任何不良影响，完全可以杜绝暗裂缺陷的发生；因此，推荐大批量流水线生产中使用该方法。

参考文献

[1] 李少岩,齐宝军.汽车覆盖件冲压成型过程中的常见缺陷及分析[J].西部交通科技,2009(1): 53-57.

[2] 潘利波，胡吟萍，魏星，等.轿车车门内板拉深成形过程的有限元分析[J].精密成形工程，2012(4)：17-19，68.

[3] 陈元芳，石军，李小平.汽车车门内板冲压成形工艺分析[J].CAD/CAM与制造业信息化，2009(6)：91-93.

责任编辑郑练

Prevention and Countermeasure of Plate Stamping Formingdark Crack in the Car Door

WANG Deyun

(Automotive Engineering Department of Changde Vocational Technical College, Changde 415000, China)

Abstract：Sheet metal stamping forming is the key technology of automobile sheet metal parts processing. In particular, the car door plate stamping molding is easy to have cracking or dark crack defects due to the defect repair, and it will resalt in raw materials high scrap, which is the technical problem that many vehicle manufacturers have not completely solved. In the in-depth analysis of the car door panel stamping forming dark crack defects, and on the basis of the cause and influencing factors through a vehicle factory stamping workshop production line of various possible solutions for trial and validation, find a way to change the mould structure, increase the oil pollution on the surface of the material, and not do large stamping technology improvement to the existing process. The plastic film mulching method completely solves the problem the car door plate stamping molding is easy to have cracking or dark crack defects. This method is economic, practical, and is suitable for mass production assembly line work.

Key words:sheet metal pieces, stamping molding, dark crack, defect, prevention, countermeasures

收稿日期：2013-11-12

作者简介：王德云(1964-)，男，高级工程师，主要从事汽车车身设计与制造等方面的研究。

中图分类号：TG 306

文献标志码:B