汽車沖壓件中滑移線問題的產(chǎn)生及解決方案

文/張宇，秦海斌，馬延峰·恒大新能源汽車集團天津公司

滑移線是汽車外覆蓋件在沖壓生產(chǎn)中一種常見的表面缺陷，滑移線的出現(xiàn)嚴(yán)重影響了沖壓件的表面質(zhì)量和產(chǎn)品外觀。本文主要對滑移線的產(chǎn)生原因和解決方案進行了詳細(xì)的研究，為沖壓設(shè)計和生產(chǎn)時避免滑移線的出現(xiàn)，提供了參考。

伴隨時代的進步，大家對于車輛的審美標(biāo)準(zhǔn)也在不斷提高，汽車的產(chǎn)品造型也在不斷地變化。伴隨汽車造型設(shè)計的演變，車輛外觀有一個明顯的變化趨勢，就是越來越“見棱見角”。但是，這種造型大大增加了車身沖壓件的生產(chǎn)難度。

在汽車業(yè)有這樣一種分類法：A 面，車身外表面，白車身；B 面，不重要表面，比如內(nèi)飾表面；C 面，不可見表面。這其實就是A 級曲面的基礎(chǔ)。A 級曲面，必須滿足相鄰曲面間之間隙在0.005mm以下(有些汽車廠甚至要求到0.001mm)，切率改變(Tangency Change)在0.16度以下，曲率改變(Curvature Change)在0.005 度以下，符合這樣的標(biāo)準(zhǔn)才能確保外板件噴漆后在光照條件下不會出現(xiàn)嚴(yán)重的光反射問題，常見的汽車A 級曲面表面缺陷有壓痕、塌陷、面畸變、沖擊線以及滑移線等，其中滑移線是模具車間調(diào)試時最難解決的問題。

滑移線是沖壓成形后金屬板料在非接觸面上的可見帶狀曲線，在沖壓過程中，當(dāng)板料流經(jīng)模具圓角時經(jīng)歷彎曲、反彎曲和拉伸時會產(chǎn)生滑移線。本文主要從產(chǎn)生原因，解決方案兩方面對滑移線進行研究，為實際沖壓生產(chǎn)中解決滑移線問題提供指導(dǎo)。

滑移線定義

成形過程中板料在凸模棱線上滑過時，在最終產(chǎn)品上出現(xiàn)目視可見的二重線形狀(可見帶狀曲線)，此目視缺陷稱為滑移線。

通過圖1 可以看到一個后背門外板的拉延工藝，沖壓件在兩條棱線處均有不同程度的滑移情況發(fā)生。主棱線A 沿箭頭方向最大滑移4.2mm，副棱線B 沿箭頭最大滑移2mm。由于板料在拉伸過程中，存在流動性，板料在接觸棱線(圖1 中黃色線處)發(fā)生材料局部硬化后，會繼續(xù)流動，當(dāng)流出圓角后，就會形成缺陷痕跡。

圖1 滑移線

圖2 展示的是側(cè)圍角窗處，生產(chǎn)現(xiàn)場實際的滑移線缺陷。這種滑移線缺陷(圖示中現(xiàn)場漆筆標(biāo)記的二重線位置)嚴(yán)重影響了汽車車身覆蓋件的表面質(zhì)量，極大增加了模具開發(fā)的工作周期及生產(chǎn)成本。因此，在沖壓工藝設(shè)計階段，必須對模具開發(fā)前的滑移線風(fēng)險進行預(yù)測，以防止沖壓生產(chǎn)中對模具和工藝進行大量的變更。

在車身上主要發(fā)生部位

通過圖3 中的紅色線條，可以看到滑移線頻發(fā)的位置，主要集中于車身外表面的特征線上。如車輛的腰線、機蓋的造型線、行李廂的彎折線、輪眉造型線、角窗燈口等。這些位置是體現(xiàn)車輛造型特征的地方，滑移線缺陷頻發(fā)，給車身造型和觀感造成極大減分，滑移線也成了必須要解決掉的問題。

滑移線產(chǎn)生原因

大多數(shù)滑移線發(fā)生于成形初期或成形中間，滑移線的生成過程分為4 個階段。第1 階段，板料接觸凸模高點棱線A。但由于壓邊圈與上模未閉合，此時板料接觸應(yīng)力小，板料在A 點處不會留下硬化痕跡。第2 階段，壓邊圈閉合，壓邊圈伴隨模具下行，此時板料在凸模高點棱線A 處接觸應(yīng)力增大，硬化開始出現(xiàn)。第3 階段，隨著板料下行和材料的流動，在A點硬化的材料，會向高亮紅點處流動。而B 處高點棱線，在此時也接觸板料并伴隨硬化發(fā)生。最后，在模具到底型面閉合時，就會出現(xiàn)圖1 中A 與B 兩處高點棱線，分別向外側(cè)滑移，也就是在頂點發(fā)生的材料硬化，結(jié)束時到了紅點的位置，即在紅點處出現(xiàn)了滑移線缺陷。

滑移線解決方案

工藝設(shè)計上的解決辦法

⑴調(diào)整沖壓方向，使模具型面兩側(cè)均衡，減少滑移缺陷。如圖4 所示，一個行李廂外板的工藝設(shè)計所示，在此零件最初的工藝設(shè)計時，沖壓方向是沿車身方向旋轉(zhuǎn)45°，進行模擬計算后，結(jié)果顯示，在頂端棱線高點處，會發(fā)生沿箭頭方向的滑移線缺陷。而后，在不斷的試驗?zāi)M過程中，當(dāng)我們將沖壓方向調(diào)整為沿車身方向旋轉(zhuǎn)30°時，模擬計算的結(jié)果實現(xiàn)，滑移線消除。

圖2 側(cè)圍角窗滑移線

圖3 滑移線在車身上的常發(fā)位置

圖4 調(diào)整沖壓方向減輕滑移線缺陷

圖4 所示工藝的斷面，在模具剛剛閉合時，我們沿凸模頂點棱線到分模線這一距離，對模具型面和板料，分別計算斷面線長度，會發(fā)現(xiàn)在將沖壓方向調(diào)整到30°后，型面兩側(cè)的斷面線差與板料在凸模頂點兩側(cè)的斷面線差基本一致，如圖5 所示。

考慮到板料在拉深過程中的流入，為避免滑移線發(fā)生，當(dāng)我們在確定沖壓方向時，應(yīng)盡量使模具型面和板料在壓邊圈閉合時沿凸模頂點兩側(cè)斷面平衡差值一致。

圖5 模具閉合階段，板料與型面的斷差

圖6 增加工藝造型減緩輪旋棱線滑移

圖7 增加工藝造型減緩車燈處棱線滑移

圖8 調(diào)節(jié)流入量減緩副棱線滑移

⑵調(diào)整工藝補充造型，延遲滑移時間。滑移線的發(fā)生是由于板料在凸模頂點的硬化，為避免滑移線發(fā)生，故當(dāng)我們在確定沖壓方向后，若能使棱線晚一些發(fā)生硬化，便能延緩滑移線的發(fā)生。

舉例說明，如圖6 中的斷面所示，圖中深藍色線是產(chǎn)品斷面圖，綠色線是工藝設(shè)計的補充造型。翼子板的輪旋是翼子板的主棱線，輪旋特征線圓角尖半徑小，容易發(fā)生滑移缺陷，在設(shè)計時需要首先注意。圖示工藝為避免滑移線的產(chǎn)生，在紅圈位置即工藝補充處，設(shè)計了凸包的造型，目的是延遲主棱線與板料發(fā)生接觸硬化的時間，消除滑移缺陷。

如圖7 的斷面圖所示，翼子板車燈處也頻發(fā)滑移線缺陷，在工藝設(shè)計時為避免滑移線的產(chǎn)生，在工藝補充白色圈的位置，設(shè)計了凸包的造型，目的是最大限度的延遲主棱線與板料發(fā)生接觸硬化的時間，從而消除滑移缺陷。

⑶調(diào)整拉延筋及壓邊力，控制板料流動。有時，由于工藝設(shè)計的需要，當(dāng)不可避免的存在型面斷差時，為避免滑移線的發(fā)生，需要通過拉延筋控制板料的流動，來減緩滑移缺陷的程度。

如圖8 所示，后背門零件的主棱線是零件中間的高點特征棱線，圖示與頂蓋搭接處是副棱線，如果工藝設(shè)計不做處理，此特征線會沿箭頭方向滑移。在工藝設(shè)計調(diào)整沖壓方向時，會以主棱線的成形情況作為調(diào)整依據(jù)，故不能通過調(diào)整沖壓方向的手段來調(diào)整此處滑移，只能尋找其他手段消除。由圖8 的斷面圖可見，此棱線位于凸模低點，本身接觸板料硬化時間較晚，加上旁邊有很多內(nèi)板區(qū)域造型，故工藝補充對于此棱線滑移的減輕效果也有限。通過斷面圖可見，此工藝設(shè)計已經(jīng)在背門的尾窗處設(shè)計了補充造型，用來控制板料流動，減緩滑移線缺陷，但效果應(yīng)該僅占20%。此處流入量較大，工藝設(shè)計時，調(diào)整此處拉延筋的高度，通過控制流入量，結(jié)合補充造型的影響，可以有效減緩此處滑移線缺陷。

圖9 調(diào)整副棱線大小減緩副棱線滑移

產(chǎn)品設(shè)計上的解決辦法

⑴調(diào)整特征棱線的斷面R 大小(15 ～20 倍料厚尺寸)。

當(dāng)特征棱線所在的部位特殊，通過模具工藝無法解決時，應(yīng)增加棱線R 的大小，根據(jù)棱線兩側(cè)型面的角度不同(產(chǎn)生的接觸應(yīng)力大小不同)，按實際設(shè)計經(jīng)驗，棱線斷面R 需要放大到零件料厚的15 ～20 倍。

圖9 行李廂的主棱線由于造型需要，外側(cè)出現(xiàn)拐彎，生產(chǎn)時虛線處會出現(xiàn)滑移，考慮到此處造型的影響，在將此局部圓角變更為20 倍料厚即R13 后，滑移缺陷消失。同樣，圖示機蓋虛線處棱線，由于處于兩側(cè)，結(jié)合工藝設(shè)計和產(chǎn)品造型的要求，在將此圓角放大到15 倍料厚即R10 后，滑移缺陷消失。

⑵棱線R 無法增加時，需要滿足的設(shè)計條件。當(dāng)由于產(chǎn)品造型的需要，棱線圓角無法放大，而工藝設(shè)計又沒有解決方案的售后，我們往往需要考慮與產(chǎn)品造型部門溝通，嘗試調(diào)整周圍造型，來解決現(xiàn)場的生產(chǎn)缺陷。

例如，圓角小而尖時，可嘗試將圓角兩側(cè)型面的角度增加，或在發(fā)生滑移線的方向，在凸圓角下增加凹圓角來解決。由于現(xiàn)代車輛外觀講求獨特化，造型都比較復(fù)雜，零件的設(shè)計方案也不可一味按照車企的產(chǎn)品造型標(biāo)準(zhǔn)進行設(shè)計(圖10)，必須通過模擬仿真進行驗證，才能避免將制造問題帶到生產(chǎn)現(xiàn)場。

車間現(xiàn)場的解決辦法

有時，由于產(chǎn)品造型的局限性，或工藝設(shè)計的需要，滑移線必不可少的留到了生產(chǎn)車間，此時車間就只能在生產(chǎn)允許范圍內(nèi)盡可能減輕滑移線缺陷。但由于生產(chǎn)階段應(yīng)對此問題的手段確實有限，主要還是應(yīng)該在產(chǎn)品造型和工藝設(shè)計階段解決，下面給出3 種車間調(diào)整方法。

⑴移動缺陷位置。車間的調(diào)整只能基于可調(diào)參數(shù)進行，如機床參數(shù)，模具上的標(biāo)準(zhǔn)件等。一般可通過調(diào)整機床壓力配合模具上板料定位件，來改變模具的壓邊力，改變材料的流動速度來消除滑移線缺陷。當(dāng)零件本身存在內(nèi)板區(qū)域時，也可控制材料流動，使滑移線滑動到內(nèi)板區(qū)域，來達到掩蓋缺陷的目的。

⑵減少接觸沖擊。滑移線的生成，最初的原點還是板料與凸模圓角發(fā)生接觸硬化，所以減弱接觸沖擊，便可以最大化的減弱滑移線缺陷。而在車間現(xiàn)場能夠調(diào)整的手段有以下3 條：①降低滑塊速度，減小沖擊速度，以此減緩沖擊，但此方法會降低生產(chǎn)效率。②在不改變產(chǎn)品造型和保證檢驗合格的基礎(chǔ)上，盡量將棱線圓角打磨均勻，減緩沖擊尖點。但此方法由于需要手工打磨，所以存在改變產(chǎn)品造型特征的風(fēng)險。③更換板材，提高材料的抗沖擊能力，但同樣會改變其他成形條件，也存在成形風(fēng)險。

圖10 翼子板產(chǎn)品造型標(biāo)準(zhǔn)

⑶返工打磨。有時，在一些特殊情況下，車間生產(chǎn)的零件不可避免地存在滑移線缺陷，此時就只能通過返工，由車間工人手工打磨的方式去除。

結(jié)束語

本文全面的研究了車身外板件滑移線的問題。介紹了滑移線的成因，并從沖壓工藝設(shè)計、產(chǎn)品造型設(shè)計和車間現(xiàn)場調(diào)試三個方面提出了解決方法，可以為滑移線的消除提供現(xiàn)實可靠的參考價值。