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前门内板起皱开裂问题分析及解决方案

http://www.qctester.com/ 来源: 本站原创  浏览次数:255 发布时间:2020-3-25 QC检测仪器网

由于前门内板在车门开启后存在部分型面可见,其外观质量要求高于其他内板零件,某车型前门内板结构如图1所示,最大拉深深度为163mm,材料为BUFD激光拼焊板,采用厚度分别为0.7mm和1.4mm的2种板材拼焊而成,工艺路线为拉深→切边冲孔→整形→冲孔分离,左右件共模生产。

图1 前门内板结构及产生问题区域
模具在主机厂调试前期,前门内板锁扣孔下部开门可视区域出现起皱(图1中方框处),通过常规调试如增大压边力、调整压边圈间隙与板料定位等,制件起皱得到一定程度的改善。但在小批量试生产过程中制件起皱状态不稳定,并且随着模具持续工作发热而引起压边圈间隙及摩擦阻力的变化,起皱位置上部侧壁及R角区域容易出现开裂或缩颈,无法得到质量合格的制件,模具不能满足量产要求。
 
 
 

前门内板成形性分析

(a)制件实际成形到底前10 mm起皱状态

(b)CAE分析到底前10 mm起皱状态

图2 制件实际成形与CAE分析成形对比

从制件结构及工艺性分析可知,侧壁起皱区域内凹且型面变化急剧,成形过程中板料流动速度不均且伸展不充分,容易出现材料积聚现象。采用AutoForm分析成形过程并结合实际模具调试过程发现,前门内板在拉深到底前10mm位置出现起皱,如图2所示。在制件结构或成形工艺无法改变的情况下,通过常规的模具调试手段如增减压边力、调整板料定位及模具零件型面研合间隙等对起皱问题的改善程度有限,难以获得成形质量稳定合格的制件。

图3 开裂部位减薄率
针对前期小批量试生产中起皱区域侧壁及R角出现的缩颈与开裂,检查原始CAE分析数据得到缩颈区域减薄率约19%,在正常范围内,如图3所示。但在实际模具调试过程中为了优化起皱,对该区域的板料流入量进行控制,推测制件减薄率超过原始CAE分析值,从而导致生产过程出现缩颈与开裂。常规调试方式是通过减小局部板料流入来优化起皱至可接受的状态,但并不能有效控制材料在成形过程中的流入速度,容易使制件侧壁减薄率达到临界值。生产过程的轻微波动则会造成起皱状态的变化或缩颈开裂的产生,因此保证材料流入速度均匀与适当的板料流入量才能得到成形质量合格的制件。

图4 网格试验测量区域

为了验证上述分析并快速指导现场对冲压工艺或模具的调整和改善,需要进一步确认板料在实际成形过程中的流入状态及减薄率。模具实际调试过程中,采用网格试验测量了板料的厚度应变和网格应变,如图4所示,开裂区域制件减薄率最高为26.1%,对应区域安全裕度最低值为5.9%,最大减薄率处于临界状态且安全裕度过低,制件量产稳定性差,网格试验结论与实际情况和推论分析基本一致,如表1所示。
 
 
 

解决方案分析

在项目节点紧急和调试时间有限的情况下,为改善起皱程度至可接受状态并实现稳定量产,前期对模具进行了以下调试。
(1)压边圈间隙检查:首先检查压边圈研合及平衡块着色情况,发现压料面研合较差,间隙不均匀。为保证后续批量生产的稳定性,需重新研合压边圈并将平衡块调平至均匀着色状态,完成后冲压检查制件起皱情况,与之前并无改善。
(2)压边力调整:逐步提升压边力进行调试,制件起皱改善有限,但仍处于不可接受状态,并发现压边力提升后开裂风险加大。
(3)板料尺寸及定位:将板料位置往起皱侧方向移动5mm,加大该侧压料面积,并垫砂纸以增大局部进料阻力,冲压后制件起皱改善明显,达到可接受状态,但测量制件起皱区域的减薄情况发现已接近极限值,存在较高的开裂风险,如图5所示。

图5 调整板料位置及局部垫砂纸后的起皱状态
根据前期的试模结果,推测增加起皱敏感区域的压边圈筋条高度、减少材料流入量及控制进料速度可有效改善制件起皱状态。故对模具进行以下更改措施:将图6所示制件起皱中心区域对应上模的第1条拉深筋进行补焊,加高3mm。

图6 上模补焊加高第1条拉深筋
拉深筋间隙研配抛光后进行试压,制件起皱改善明显,达到预期要求,但是在小批量生产取样时,生产15~20件后出现了缩颈现象,无法满足量产的稳定性要求。针对起皱部位进行分析,起皱中心区域对应45°进料方向的拉深筋对起皱控制有效,垂直方向进料对起皱改善不明显,因此决定对模具实施以下调整:①适当降低起皱中心对应的拉深筋高度,增加进料量以平衡开裂位置的材料减薄;②降低反拉深特征工艺补充的高度;③适当打磨锁孔位置顶面和立面相交的R角并进行抛光处理,如图7所示。

(a)拉深筋加高后起皱改善效果

(b)拉深筋加高后R角缩颈

图7 局部拉深筋加高后试模结果

上述模具调整实施后,材料流入量增加,零件局部仍有轻微起皱,但较之前已明显改善,在可接受范围内。再次检查拉深筋加高后板料成形过程发现,零件拉深到底前10mm位置仍然存在起皱,因此判断在当前零件结构与现有工艺基础上,仅能尽量在起皱与开裂状态中找到平衡,起皱无法完全消除,如图8所示。
在原有冲压工艺及模具结构更改不大的情况下,结合以往经验及现场调试验证的结果,对模具拉深筋进行更改,优化起皱程度以达到质量目标。从最终结果来看,起皱无法完全消除,要彻底解决起皱及生产稳定性问题,必须从原有工艺方面进行改进,结合CAE分析软件重新分析制件成形过程中材料流动趋势,保证制件在成形过程中无材料积聚及起皱问题发生。原工艺AutoForm分析设定的参数如表2所示,起皱部位的2条拉深筋形状及参数如图9所示。

图9 拉深筋设计参数

(a)到底前10 mm状态

(b)到底前3 mm状态

图10 原工艺CAE成形分析结果

板料在拉深到底前10mm出现了起皱,如图10(a)所示,说明拉深筋控料能力不足,该区域材料流速过快且流入量过多,成形后无法完全延展拉平,因此起皱部位需要增加拉深筋来控制材料流入量及流入速度。测量起皱部位分模线离凸模最高点的距离约180mm,距离较远,使拉深筋对该处的进料控制能力减弱,因此需调整分模线位置使其尽可能靠近制件。最终对原始工艺进行了以下优化:①对应起皱部位的拉深筋由2条改为3条,如图11所示;②分模线向内移动最大约25mm,如图12所示。

(a)原工艺筋条布置

(b)增加1条拉深筋

图11 增加1条拉深筋

图12 分模线向内调整

(a)到底前10 mm状态

(b)到底前3 mm状态

图13 更改工艺后CAE成形分析

使用AutoForm计算并分析,板料成形过程均无起皱产生,如图13所示,对应区域的减薄率在17%~19%,如图14所示,达到期望值要求。为了验证该方案的效果,在开发该零件的第2副模具时,实施上述工艺更改,实际调试制件状态与CAE分析结果相符,无起皱与开裂,量产稳定,如图15所示。

图14 更改工艺后减薄率

图15 采用新工艺成形的制件

 
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