某车型拼焊门内板开裂问题研究

本文针对现场拼焊门内板开裂问题，结合模具状态及开裂问题实际发生阶段进行问题原因的查找，借用CAE 分析软件进行稳健性分析验证，筛选出重点影响因素，明确问题原因，针对性制定解决方案，并再次采用CAE 分析手段进行方案可行性验证。本文对拼焊门内板开裂问题原因分析及整改方案制定进行详细总结，为类似零件问题的解决给出分析思路和解决方法。

伴随着汽车行业的迅猛发展势头，冲压技术在汽车制造中的应用也得到了巨大的发展。汽车冲压零件批量生产过程中的起皱、开裂等质量缺陷严重影响到冲压线生产效率，并造成废品率增高，生产成本增加。本文主要围绕拼焊门内板批量生产过程中出现的拉延开裂问题，结合现场模具实际调试过程，借用CAE 模拟分析手段识别拉延成形开裂风险点、分析开裂问题产生原因并进行整改方案验证，为拼焊门内板开裂问题的原因分析及问题解决提供了一种新思路。文章源自好焊孙辉博客 https://www.sunhui.me好焊孙辉-https://www.sunhui.me/weldgyzb/autoweld202411447.html

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图1 为前门内板结构图，该车型所采用的拼焊门内板是一种材质为St06D ＋Z 的不等料厚激光拼焊板，厚板料的料厚为1.2mm，薄板料的料厚为0.65mm。文章源自好焊孙辉博客 https://www.sunhui.me好焊孙辉-https://www.sunhui.me/weldgyzb/autoweld202411447.html

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图1 前门内板结构图文章源自好焊孙辉博客 https://www.sunhui.me好焊孙辉-https://www.sunhui.me/weldgyzb/autoweld202411447.html

板料信息文章源自好焊孙辉博客 https://www.sunhui.me好焊孙辉-https://www.sunhui.me/weldgyzb/autoweld202411447.html

板料为热镀纯锌拼焊板，牌号为St06D+Z-60/60，厚度为0.65mm/1.2mm，材料性能参数见表1。文章源自好焊孙辉博客 https://www.sunhui.me好焊孙辉-https://www.sunhui.me/weldgyzb/autoweld202411447.html

表1 材料性能参数文章源自好焊孙辉博客 https://www.sunhui.me好焊孙辉-https://www.sunhui.me/weldgyzb/autoweld202411447.html

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生产开裂问题

在前门内板的现场批量连续生产过程中，拉延成形不稳定，在单批次批量生产300 台(份)以上后，拼焊缝附近开裂(图2)、缩颈问题不定时发生，严重影响正常批量生产，并且造成废品率增加。

图2 前门内板开裂区域示意图

问题原因的分析

因前门内板开裂为批量生产时的偶发问题，针对本次问题原因计划先借用CAE 分析软件，从拉延成形性的理论分析结果入手，分析拉延成形安全裕度及稳定性，并针对性制定整改措施。

考虑现场实际，拉延调试状态已与最初拉延工艺分析结果存在差异，为保证理论分析结果和现场实际状态一致，对原始拉延模拟分析文件进行调整，保证理论收料线与现场实际状态一致，进而再进行成形状态确认。具体问题原因分析思路：现场拉延流入量检测→拉延模拟分析优化→成形风险点识别→开裂影响因素分析→拉延稳健性分析验证。

拉延板料流入量检测

对生产过程中的门内板拉延件进行板料流入量测量并记录测量结果，测量点位及测量方式如图3 所示。

图3 现场拉延板料流入量情况(单位：mm)

拉延模拟分析

按现场拉延实际板料流入量状态调整拉延工艺，模拟分析拉延成形性，识别拉延成形性问题点。拉延板料流入量状态见图4，成形性分析结果见图5。

图4 拉延板料流入量状态

图5 拉延模拟分析结果

拉延成形风险点

从图6 可以看出，位置1、2 处拉延成形减薄率过大，存在开裂风险；位置3 处拉延成形过程有褶皱趋势，存在起皱风险，具体情况如下。

图6 拉延成形风险点

位置1(图7)：减薄率24.2%超差，最大失效0.782 临界，存在开裂风险。

图7 位置1 模拟分析结果(原始)

位置2(图8)：减薄率23.3%超差，最大失效0.771 临界，存在开裂风险。

图8 位置2 模拟分析结果(原始)

位置3(图9)：成形过程褶皱，到底状态指标未超差。

图9 位置3 模拟分析结果(原始)

开裂影响因素分析

综合考虑设备、板料及模具等波动因素，门内板开裂发生阶段为大批量生产之后偶发的生产开裂问题，初步判定造成拉延开裂的主要因素为模具状态波动。因为该门内板拉延模具采用了侧推定位，板料定位状态相对稳定，而模具随着生产批量的加大温度会增高，模具摩擦系数会发生波动，并且摩擦系数波动为主要影响因素，如图10 所示。

图10 开裂问题影响因素

拉延影响因素：稳健性分析验证

针对摩擦系数波动对焊缝位置成形性的影响，采用AutoForm 软件进行拉延成形稳健性分析，摩擦系数±10%波动，焊缝位置最大减薄率超过28%，最大失效为0.95，焊缝位置减薄率Cpk超差，废品率增高。减薄率Cpk 结果见图11，减薄／最大失效见图12。

图11 减薄率Cpk 结果

图12 减薄／最大失效

拉延开裂问题整改方案

经过以上的模拟分析，拼焊门内板拉延成形安全裕度存在不足，模具状态波动时会造成现场生产开裂，废品率增加。其中摩擦系数波动为开裂问题的主要影响因素，从稳健性分析结果可以确认，摩擦系数降低可有效改善拉延成形的减薄率和最大失效，为解决摩擦系数波动引起的开裂问题可从降低拉延摩擦系数入手。

降低拉延摩擦系数的手段：⑴拉延模具镀铬(已采用)；⑵板料涂油(不稳定)；⑶更换板料镀层(相对稳定)。针对拼焊门内板开裂问题，当前模具已是镀铬状态，相对板料涂油措施，更换板料镀层来降低摩擦系数能够使生产过程更为稳定。本次问题整改采用更换板料镀层方案，用锌铝镁镀层板料进行可行性分析验证。

拉延工艺优化

采用锌铝镁板料进行拉延模拟分析，锌铝镁镀层板料摩擦系数调整为0.13，其他模具参数保持不变，因摩擦系数降低，拉延四周整体多走料10mm。

图13 为镀锌板和锌铝镁板料收料线对比，为保证替换板料前后收料线一致，对工艺参数进行调整。从图14 可以看出，压边力220t 保持不变，将图示4条拉延筋加高1.5mm，优化拉延走料至原始状态。

图13 镀锌板和锌铝镁板料收料线对比

图14 工艺调整方案

拉延成形性模拟分析结果

根据现场实际板料流入状态，调整拉延工艺的拉延筋高度，替换锌铝镁板料、降低摩擦系数进行拉延成形性模拟分析；从图15 可以看出，摩擦系数降低后，原焊缝位置开裂风险点的减薄率降低2%，最大失效降低0.2；通过替换锌铝镁板料，使摩擦系数降低，可提高焊缝位置拉延成形安全裕度，说明此方案可行。

图15 拉延成形性分析结果

位置1(图16)：减薄率21.8%，最大失效0.642；减薄率降低2%，最大失效降低0.15，安全裕度有所提升。

图16 位置1 模拟分析结果(工艺优化后)

位置2(图17)：减薄率20.7%，最大失效0.544；减薄率降低3%，最大失效降低0.2，安全裕度有所提升。位置3(图18)：成形过程有起皱趋势，到底状态指标未超差；锌铝镁板料成形过程与热镀锌板料相差不大。

图17 位置2 模拟分析结果(工艺优化后)

图18 位置3 模拟分析结果(工艺优化后)

结束语

拼焊门内板开裂问题为实际现场批量生产过程中常见问题，针对现场已发生问题可借用CAE 分析手段进行问题查找及整改方案可行性验证，可有效提高问题原因查找效率及整改方案的准确性，缩短现场整改周期、降低整改成本。针对该车型的门内板开裂问题，采用更换板料镀层降低摩擦系数的方式，可有效提高拉延成形的安全裕度，避免因模具摩擦系数波动造成生产开裂、废品率增加，为其他车型类似问题的分析、整改提供一种新的思路。

孙树森， 李晶影， 代晓旭， 李建军， 刘国磊·中国第一汽车集团有限公司