汽车外覆盖件这个部位滑移线的探测及解决方法

2019家电模具高峰论坛征文

汽车外覆盖件A面表面质量直接影响车身喷漆后的光线反射效果，冲压生产的A面缺陷主要表现为：凹陷、滑移线、压伤等。

A面缺陷的产生增加了模具开发阶段的调试工作周期及成本，由于模具开发调试阶段的生产条件与量产阶段的生产条件存在一定的差异性，导致在量产过程中会放大A面缺陷或新增其他缺陷。滑移线是A面的主要缺陷，对模具开发周期、成本及制件表面质量起着制约作用。

因此，冲压工艺开发阶段对滑移线进行探测及调试阶段对未探测到的滑移线进行研究尤为重要。

滑移线产生机理及分类

01

滑移线产生机理

滑移线是材料冲压成形过程中，材料表面与模具零件表面外凸特征发生接触，并在一定接触压力下，随着成形过程的进行，材料表面与模具零件表面外凸特征的接触点发生变化，同时材料在模具零件的作用下发生弯曲与反弯曲，最终成形结束后在材料外表面留下滑移痕迹。

02

滑移线分类

图1 滑移线分类

根据滑移线出现的位置分为以下3种类型（见图1）：①棱线滑移线，成形过程中材料通过弯曲与反弯曲流过制件的棱线形成的滑移线；②凹模圆角滑移线，成形过程中材料通过弯曲与反弯曲流过凹模圆角行程的滑移线；③冲击类滑移线，成形过程中模具零件对材料表面的冲击痕迹。

后车门外板轮眉滑移线问题

01

问题描述

制件的材料性能如表1所示，拉深成形参数设置：压边力为1300kN，拉深行程为70mm，摩擦系数为0.15，上滑块速度为1.4m/s，虚拟拉深筋如图2所示。

图2 材料尺寸及拉深筋阻力系数

滑移线在有限元分析结果的探测通过对接触压强与材料抗拉强度的比值、制件特征圆角、成形后材料减薄率、反弯曲应变（unbendingstrain）等进行综合判定。

图3 接触压强-行程曲线

图4 反弯曲应变-行程曲线

图5 减薄率-行程曲线

后门外板轮眉处成形过程中的接触压强、反弯曲应变、材料减薄率分别如图3~图5所示，材料成形过程中与轮眉特征的接触点移动情况如图6所示。

图6 接触点移动距离-行程曲线

图7 滑移线

根据判定标准分析（棱线圆角R=13mm），在后门外板轮眉处不会出现滑移线，但现场拉深成形后的制件在轮眉处（图6中N1至N4）出现明显的滑移线，如图7所示。

02

问题分析

按图8所示在后门外板轮眉棱线处取截面，对制件的拉深成形过程进行分析，结果如图9所示。

图8 截面示意图

（a）初始状态

（b）压边圈闭合

（c）初始接触

（d）成形

图9 成形过程

在制件成形过程中，轮眉特征棱线顶部高点和拉深补充面的顶部高点同时与材料发生接触，一直到成形结束。接触点部位材料发生了图7所示的移动，金属材料表面有一定的抗划伤能力，即摩擦划伤与变薄率造成的损伤超过材料所能承受的极限，才会在材料的另外一面产生痕迹。

造成分析判定结果与实际结果不同的原因，主要是轮眉特征处成形过程中材料接触压力与实际接触压力的差异及制件材料性能与经验判断的差异造成的，轮眉处出现的滑移属于第一类棱线滑移线。

03

滑移线影响因素

根据第四强度理论，选取Mises应力作为指标衡量成形参数对滑移线的影响。

图10 试验模型

基于动态显式算法设计图10所示的模型，通过表2的正交试验，分析成形速度V、圆角半径R、约束距离D及材料厚度T对Mises应力影响的主次顺序，结果如图11所示。

图11 Mises应力

对结果进行极差分析（见表3），对Mises应力影响的主次顺序为：D＞V＞T＞R。

轮眉滑移线解决方法

图12 材料流入量

综合分析滑移线的影响因素、产生机理、外板A面质量、拉深后的材料流入量（见图12）、整改成本以及整改后模具的使用寿命，采用延迟材料与凸模轮眉处棱线接触的时间对拉深模的工艺补充面进行更改；通过在补充面上增加凸筋，将材料与凸模的初始接触点由原来的轮眉特征处变换到凸筋特征顶点处，如图13所示，凸筋高度对材料与凸模接触点的滑移距离影响的有限元分析结果如图14所示。

图13 整改后的接触状态

图14 高度-滑移距离曲线

图15 整改后的拉深件

以材料与凸模轮眉棱线的接触点移动在棱线R范围内为判定指标，确定采用凸筋高度为8mm的方案，整改后的拉深件如图15所示，解决了轮眉特征棱线处的滑移线问题。