前门内板后下角开裂的解决方法

代建文，黄敏鸫，谢 双，杨胜统

（上汽通用五菱汽车股份有限公司，广西 柳州 545007）

0 引 言

汽车覆盖件一般由形状复杂的空间曲面构成，具有结构尺寸大、材料厚度薄、成形难度大及质量要求高等特点[1]。复杂的造型使板材在拉深成形过程中因各区域受力不均匀、进料速率不一致、润滑条件不良等因素易产生起皱、开裂、滑移线等表面缺陷；其中，起皱与开裂是汽车覆盖件冲压生产过程中最常见的失效形式[2]。

汽车前门内板是典型的冲压件，具有深度深、截面变化大、宽度窄等成形困难的因素，易出现缩颈、开裂、材料流动不均匀等现象[3]，增加了过程控制难度及返修或报废成本。现以某车型前门内板零件为例，分析在开发调试过程中后下角开裂的产生原因及解决措施。

1 前门内板开裂实例

图1所示为某车型左前门内板，其后下角造型复杂，成形截面线长较长，内凹面圆角R5mm及圆角所在面拔模角度小，拉深成形过程容易产生褶皱或缩颈开裂。零件在企业内项目调试过程中，小批量生产50件即出现图2所示的开裂问题，严重影响项目调试及小批量生产。经现场跟踪与排查，缺陷在拉深工序产生，因此，消除拉深开裂缺陷并提升拉深工序稳定性是解决问题的关键。

图1 某车型左前门内板

图2 前门内板后下角开裂

2 前门内板开裂的原因分析

2.1 压边圈研合分析

拉深模压边圈研合是模具制造及回厂调试阶段的基础工作，研合评价标准为：筋条内侧管理面强压泛白，着色率≥90%；筋条外侧20 mm以内虚着色，着色均匀；筋条外侧20 mm以外不着色；凹角清根，压边圈凹角没有明显硬点痕迹。对前门内板压边圈着色评估，如图3、图4所示，工序件及模具零件表面着色均满足研合评价标准。

图3 工序件压边圈研合效果

图4 拉深模管理面研合效果

2.2 材料流入量分析

零件成形的过程实际上是材料在外力作用下，各晶体在形状和位置上的变化，材料流入量是材料拉深成形吻合性的重要评价方法。调试工序件与CAE分析结果对比，满足评价标准后将其作为随模件运回主机厂，并将其作为厂内调试工序件标准。现场调试出件，采用图5所示的扣合方法分析，零件后下角开裂对应位置流入量，厂内成形件与随模件板料边缘流入差异＜1 mm，材料流入量符合设计要求。

图5 顶盖尾部不同区域拉深和整形线长变化量

2.3 CAE成形极限分析

现场分析评估的同时，通过AutoForm分析软件对前门内板进行成形极限分析。图6所示为零件拉深工序成形极限图，图7所示为零件成形极限状态，零件后下角开裂区域成形极限均＜20%，处于成形安全区。图8所示为零件拉深工序减薄状态，零件后下角开裂区域减薄率最大18.5%，符合＜25%的模具工艺技术要求。

图6 成形极限图

图7 成形极限状态

图8 拉深减薄率

2.4 CAE成形过程分析

通过上述分析，模具成形极限及研配基础工作均符合工艺技术要求，为持续分析解决零件后下角开裂问题，进一步通过AutoForm分析成形过程，以寻找降低材料减薄的方法。图9所示为开裂位置拉深到底前10 mm的截面状态，黑色线条为板料，开裂位置右侧靠近板料边缘，板料受力拐点多，板料流动阻力大；开裂位置右侧为零件本体，圆角大，与凸模接触面大、与凹模离空，板料流动阻力小。

图9 开裂位置拉深到底前10 mm的截面

对开裂区域成形过程板料流动及最大减薄率量化分析，如图10和表1所示，选取2个特征线的4个测点，分别在拉深到底前15、10、5 mm和拉深到底时测量板料滑移量，其中，测点3和测点4是开裂区域，同步测量最大减薄率。测点1和测点2板料从内向外流动，拉深到底前10 mm开始滑移量增加明显，此区域板料拉深成形主要由内侧提供；测点3和测点4板料从外向内流动，拉深到底前10 mm开始滑移量增加缓慢，此区域板料拉深成形贡献小。观察测点3和测点4附近的最大减薄率变化，发现拉深到底前5 mm开始此区域急剧减薄。

图10 板料成形过程开裂区域滑移状态

表1 板料成形过程开裂区域滑移测量

因此，前门内板后下角开裂主要原因为材料成形到底前5 mm开始，内侧材料流动不足；次要原因为拉深到底前10 mm材料流入量不足。

3 前门内板开裂的解决方法

通过分析原因可知，在不允许改变零件造型的前提下，从成形工艺上解决此问题需增加成形到底前0～5 mm内侧板料流动或辅助增加成形到底前＞10 mm时外侧板料流动，具体解决方法如表2所示。

表2 开裂问题解决方法

3.1 增加成形到底前＞10 mm时外侧板料流动

前门内板生产气垫压力设计为0.3 MPa，现场调试及小批量生产过程将气垫压力降低20%至0.24 MPa，用双尖头数显千分尺，实测最大减薄率由20%降低至18.9%，刚开始生产存在起皱，如图11位置2所示，生产至120件开始出现后下角开裂问题。

降低筋条高度或放大筋条R角的作用一致，为便于现场修复，放大图11中位置1和位置4处对应筋条R角，使材料对比正常情况多流入5 mm左右，工序件减薄改善不明显，依然存在开裂情况。

降低工艺补充减少了拉深线长，如图11中位置3的工艺补充打磨降低直到试模位置2出现起皱，但生产时依然存在开裂情况。

图11 后下角外侧流入量调整

3.2 增加成形到底前0～5 mm内侧板料流动

零件内侧靠近后下角的废料区存在2个深度为10 mm的刺破刀，若在现有刺破刀基础上加高15 mm，刺破刀工作时零件内部还未开始成形，刚性不足，容易造成局部顶起板料，产生毛刺。

通过AutoForm软件模拟，在刺破刀中间增加1个同为10 mm高的刺破刀（见图12），使刺破刀中间撕裂，加快拉深到底前10 mm的流料速度，以达到内部材料补充的目的，最大减薄18.5%的位置降低至8.5%，局部减薄率控制在17%以内。现场实际在刺破刀中间区域各增加1个50 mm×10 mm的三角刺破刀，零件成形状态如图13所示，达到分析效果。正常气垫压力0.3 MPa，实测开裂区域零件减薄率9.2%，加压至0.36 MPa和0.4 MPa，试模无开裂。

图12 新增刺破刀分析

图13 新增刺破刀后零件成形状态

现场实物如图14所示，零件压边圈附近存在拉伤，主要原因为模具零件表面粗糙度值过高，经钳工砂光保养，多批次生产到300多件出现拉伤，引起附近区域缩颈泛白，在线砂光处理后继续生产。采取对模具凸、凹模和压边圈镀铬的方式提升模具整体粗糙度，增加材料在成形过程中的各向流动性，连续生产900件以上无缩颈开裂问题。改进后零件在正常压力和加压20%的条件下成形不会产生开裂。

图14 现场实物

4 结束语

针对前门内板后下角开裂问题进行分析，首先在现场进行研配试验，当常规筋条外侧的材料流入量、减薄率和成形极限分析等评价方式都满足工艺技术要求时，通过分析关键特征线的材料滑移及减薄变化过程，识别材料急剧减薄的阶段，得出拉深到底前主要由内部材料流动补充零件的成形过程，从而采取工艺措施。为得到稳定高质量的零件，做好零件结构的成形性分析及设计良好的冲压工艺是前提条件[4]。对于类似前门内板拉深深度深、造型复杂的零件，在尖点拐角或拔模斜度小的侧壁容易产生缩颈开裂和起皱，CAE成形极限及减薄分析的标准将越来越严格，在前期零件工艺分析阶段应尽可能分析调试及小批量生产阶段可能采取的措施，模拟成形过程材料的流动，使材料减薄率小于17%。模具零件粗糙度影响模具生产，针对门内板，按连续正常生产300件评价其工艺稳定性，达到后可进行镀铬等表面处理。