AUDI 側圍外板壓邊圈斷裂修復

文/戴長征，劉澤宇，聶雙喜，熊瑞，時培新·一汽-大眾汽車有限公司佛山分公司

在全球汽車市場競爭日益激烈的形勢下，客戶對整車質量要求日漸高漲，汽車側圍外板是吸引消費者眼球的關鍵，也代表著沖壓模具制造商乃至汽車整車廠的制造水平。側圍外板以造形復雜、匹配多重、表面質量要求嚴格以及成形困難而著稱，壓邊圈是直接影響側圍外板成形質量、面品質量的關鍵部件，能起到調整板料各部位進料阻力，控制板料流入量的作用，從而使各部位主次應變均勻且拉深充分。在本行業中處理壓邊圈基體大程度斷裂問題，一般都選擇重新復制壓邊圈，但周期長且成本高。本文將介紹運用熱鋦技術快速修復壓邊圈基體裂紋做最大程度還原的經典案例。

拉延成形過程中，板料與壓邊圈之間產生的摩擦力與板料流動方向相反，其中有一部分抵消切向壓應力，所以修復后壓邊圈強度必須得到保證。側圍外板造形復雜，曲率較大，拉深深度大，多處成形區域裕度較低，故成形困難。而壓邊圈筋槽與拉延筋的配合又是解決成形困難的關鍵，使拉延件表面承受足夠的拉應力，所以斷裂修復后的壓邊圈也必須保證極高的還原精度。運用熱鋦技術修復壓邊圈能同時滿足強度與精度要求。

問題現狀

側圍外板拉延模線下合模未使用預導向，L 形定位受壓向內部彎曲，自動化裝模時L 形定位壓入C柱尾部上方壓邊圈，導致基體斷裂(圖1)。側圍外板庫存量僅滿足64 小時供應，按照損壞的嚴重程度，制定特殊維修方案。

方案思路

如圖2 所示壓邊圈基體裂紋長度近1000mm，寬度2.8mm，斷裂分為兩種，分別為壓邊圈基體斷裂(主裂紋)和壓邊圈工作面開裂(次裂紋)?？紤]運用熱鋦技術修復功能區與基體裂紋，整個修復過程必須保障壓邊圈的復原精度和強度，主要思路見以下五點。

圖2 基體斷裂樣圖

⑴基體主裂紋下方機加鉆孔。

⑵機加45 號鋼棒加熱至800℃嵌入孔內。

⑶利用材料熱脹冷縮原理將斷裂處裂紋熱鋦，抵消基體裂紋斷裂應力。

⑷加裝U 形壓板提高壓邊圈斷裂位置強度。

⑸機加坡口，用手工多層堆焊研修等工藝手段修復次裂紋。

方案實施

主裂紋修復

如圖3 所示，利用車床加工一根直徑65mm 長500mm的45號鋼棒，在垂直基體主裂紋下方150mm處數控機加一個直徑65mm 的通孔，兩孔端面銑出平面(圖4)。

將壓邊圈倒扣合入上模，經壓力機對其二級托桿施加1200kN 壓力，使其最大程度隨形于凹模，保障復原精度(圖5)。45 號鋼棒經加熱爐加熱至800℃，嵌入壓邊圈基體下方的機加孔進行熱鋦，兩端面用螺母緊固(圖6)。

圖3 車床加工鋼棒

圖4 機加通孔

圖5 壓力機施加壓力

圖6 鋼棒熱鋦

鋼棒自由收縮量約為4.42mm，不考慮基體受力面局部變形產生的反作用力。圖7 所示鋼棒冷卻到室溫時壓邊圈基體主裂紋寬度從2.8mm 減小到了0.25mm，最大程度上減小裂紋范圍，控制裂紋應力。

圖7 鋼棒熱鋦效果圖

壓邊圈基體加固

圖8 機加U 形槽

圖9 U 形板熱鋦效果圖

在壓邊圈裂紋處的工作面和底面各機加一個U形槽，如圖8 所示。U 形板尺寸為180mm×60mm× 45mm，材質為45 號鋼，加熱至800℃后嵌入U 形槽，用螺釘使其與基體固定(圖9)。通過U 形板再次熱鋦控制局部次裂紋應力，利用金屬冷卻收縮產生的拉應力將裂紋鋦在一起，最大程度提高壓邊圈裂紋處的剛性，保證修復后壓邊圈強度。

此階段涉及到45 號鋼U 形板加熱至800℃的收縮變化量計算，U 形板自由收縮量約0.55mm。壓邊圈通過金屬冷卻收縮的拉應力將工作面裂紋寬度從0.7mm 減小到0.2mm。

壓料面次裂紋修復

圖10 機加坡口樣圖

壓邊圈裂紋深度大，范圍較廣，普通焊接工藝無法深入焊縫底部，故采用三層堆焊工藝(二層鋪底，一層蓋面)對壓邊圈次裂紋進行修復。如圖10 所示沿裂紋表面紋路數控機加深度為8mm 的U 形坡口，坡口尺寸為1000mm×30mm×8mm，坡口R 角不能過小，防止燒焊時應力集中開裂，便于焊條與基體充分熔合。圖11 為了保障焊接質量，使用氣焊沿坡口進行烘烤除去表面油污，防止焊接時出現氣孔、砂眼現象。 ⑴第一層焊接。

圖11 氣焊烘烤

側圍壓邊圈基體材質為球墨合金鑄鐵，因此采用型號為UTP86FN 直徑3.2mm 的電焊條作過渡焊接鋪底，焊接電流控制在90 ～110A 之間，以獲得較大熔深。為避免焊接應力過于集中，使用冷焊法中的短弧蠕蟲式運條方式進行分段焊接，焊接次序如圖12所示。焊接時注意焊接接頭錯開并不斷錘擊，分段焊道長度在3 ～50mm 之間，焊接方向垂直于坡口，焊接高度約為2.5mm。在第一層焊接收尾時需把弧坑填滿或略高，這樣在焊接第二層收尾時，不會因焊縫溫度增高而產生弧坑過低的現象。

圖12 一層鋪底焊接次序

此焊接鋪底工藝不僅能有效控制焊接溫度，防止焊道附近金相組織改變，還能使焊接區域處在較小的應力范圍內，減少壓邊圈受熱不均勻而產生局部變形。

⑵第二層焊接。

第二層鋪底焊接覆蓋第一層焊道，焊道接頭分段錯開，焊接次序如圖13 所示，焊條與坡口夾角改為65°～80°。繼續使用UTP86FN 鑄鐵焊條，硬度約20HRC。加快燒焊速度，短焊道，控制溫度在230℃以下，防止局部過熱產生淬硬組織開裂，并不斷的錘擊消除內應力。

圖13 二層鋪底焊接次序

⑶焊接第三層。

第三層焊接蓋面，則采用型號為TM2000 直徑5mm 的電焊條, 并降低燒焊速度，焊接電流選擇在60 ～70A 之間，避免電流過大產生咬邊缺陷。焊接方向垂直于裂紋，交叉焊接，焊接順序與第一層相同，硬度約40HRC。

凹模壓印坑修復

凹模同樣采用三層堆焊工藝修復表面凹陷，焊接用UTP86FN 焊條鋪底(含鎳量百分之四十三)，再用TM2000 蓋面，三種焊條搭配，更好地提升焊接質量。既有較強的熔合性，穩定性，表面還具備硬度和耐磨性，使得修補后的表面硬度更接近工作面的本身硬度。最后手工研配至工作面著色均勻。三層堆焊效果圖如圖14 所示。注意：凹模穩定后需要電鍍，當鎳含量超過百分之十電鍍層很容易脫落，TM2000 焊條焊后的表面在模具穩定后可進行電鍍。

效果驗證

在熱鋦技術中，合理利用金屬材料熱脹冷縮的特性，使壓邊圈裂紋得到最大補償。壓邊圈只需進行普通表面著色研修和進料阻力調整，側圍外板面品質量和尺寸精度均達生產要求。壓邊圈所有二級托桿底部著色、導滑面著色以及平衡塊著色均恢復至98%，三次生產后探傷檢測均無問題，修復至今，未出現裂紋。藍光掃描(GOM)數據與設計數據基本吻合，偏差量為±0.01mm。

圖14 三層堆焊效果圖

結束語

通過側圍外板壓邊圈斷裂修復案例可以看出，熱鋦技術具有成本低、還原性強、效率高，強度高等特點，此熱鋦技術可以在行業內推廣。如遇類似基體開裂可用此技術做最大補償，高精度還原至原始狀態。

棋：指圍棋。據文獻記載，堯舜（公元前2205年-公元前2110年）發明圍棋。圍棋古稱“弈”，意即“你投一子，我投一子”。而名稱“圍棋”的含義是“一種以包圍和反包圍戰術決出勝負的棋戲”。