滑移線是汽車(chē)外覆蓋件在沖壓生產(chǎn)中一種常見(jiàn)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(duì)滑移線的產(chǎn)生原因和解決方案進(jìn)行了詳細(xì)的研究，為沖壓設(shè)計(jì)和生產(chǎn)時(shí)避免滑移線的出現(xiàn)，提供了參考。

伴隨時(shí)代的進(jìn)步，大家對(duì)于車(chē)輛的審美標(biāo)準(zhǔn)也在不斷提高，汽車(chē)的產(chǎn)品造型也在不斷地變化。伴隨汽車(chē)造型設(shè)計(jì)的演變，車(chē)輛外觀有一個(gè)明顯的變化趨勢(shì)，就是越來(lái)越“見(jiàn)棱見(jiàn)角”。但是，這種造型大大增加了車(chē)身沖壓件的生產(chǎn)難度。

在汽車(chē)業(yè)有這樣一種分類法：A 面，車(chē)身外表面，白車(chē)身；B 面，不重要表面，比如內(nèi)飾表面；C 面，不可見(jiàn)表面。這其實(shí)就是A 級(jí)曲面的基礎(chǔ)。A 級(jí)曲面，必須滿足相鄰曲面間之間隙在0.005mm以下(有些汽車(chē)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(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重的光反射問(wèn)題，常見(jiàn)的汽車(chē)A 級(jí)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(chē)間調(diào)試時(shí)最難解決的問(wèn)題。

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

滑移線定義

2015年12月，陽(yáng)光佳苑一期一條主管線突然崩裂，無(wú)法正常供暖。為盡快恢復(fù)供暖，陳建華脫掉棉衣，只穿著單薄的工作服，第一個(gè)跳進(jìn)臟水溝里更換主管線，刺骨冰冷的水凍得他瑟瑟發(fā)抖。經(jīng)過(guò)幾小時(shí)的搶修，才將管線安裝完成。

通過(guò)圖1 可以看到一個(gè)后背門(mén)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(guò)程中，存在流動(dòng)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(huì)繼續(xù)流動(dòng)，當(dāng)流出圓角后，就會(huì)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(chǎng)實(shí)際的滑移線缺陷。這種滑移線缺陷(圖示中現(xiàn)場(chǎng)漆筆標(biāo)記的二重線位置)嚴(yán)重影響了汽車(chē)車(chē)身覆蓋件的表面質(zhì)量，極大增加了模具開(kāi)發(fā)的工作周期及生產(chǎn)成本。因此，在沖壓工藝設(shè)計(jì)階段，必須對(duì)模具開(kāi)發(fā)前的滑移線風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行預(yù)測(cè)，以防止沖壓生產(chǎn)中對(duì)模具和工藝進(jìn)行大量的變更。

在車(chē)身上主要發(fā)生部位

通過(guò)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(chē)身外表面的特征線上。如車(chē)輛的腰線、機(jī)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(chē)輛造型特征的地方，滑移線缺陷頻發(fā)，給車(chē)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(wèn)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(guò)程分為4 個(gè)階段。第1 階段，板料接觸凸模高點(diǎn)棱線A。但由于壓邊圈與上模未閉合，此時(shí)板料接觸應(yīng)力小，板料在A 點(diǎn)處不會(huì)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(shí)板料在凸模高點(diǎn)棱線A 處接觸應(yīng)力增大，硬化開(kāi)始出現(xiàn)。第3 階段，隨著板料下行和材料的流動(dòng)，在A點(diǎn)硬化的材料，會(huì)向高亮紅點(diǎn)處流動(dòng)。而B(niǎo) 處高點(diǎn)棱線，在此時(shí)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(shí)，就會(huì)出現(xiàn)圖1 中A 與B 兩處高點(diǎn)棱線，分別向外側(cè)滑移，也就是在頂點(diǎn)發(fā)生的材料硬化，結(jié)束時(shí)到了紅點(diǎn)的位置，即在紅點(diǎn)處出現(xiàn)了滑移線缺陷。

滑移線解決方案

工藝設(shè)計(jì)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(gè)行李廂外板的工藝設(shè)計(jì)所示，在此零件最初的工藝設(shè)計(jì)時(shí)，沖壓方向是沿車(chē)身方向旋轉(zhuǎn)45°，進(jìn)行模擬計(jì)算后，結(jié)果顯示，在頂端棱線高點(diǎn)處，會(huì)發(fā)生沿箭頭方向的滑移線缺陷。而后，在不斷的試驗(yàn)?zāi)M過(guò)程中，當(dāng)我們將沖壓方向調(diào)整為沿車(chē)身方向旋轉(zhuǎn)30°時(shí)，模擬計(jì)算的結(jié)果實(shí)現(xiàn)，滑移線消除。

圖4 所示工藝的斷面，在模具剛剛閉合時(shí)，我們沿凸模頂點(diǎn)棱線到分模線這一距離，對(duì)模具型面和板料，分別計(jì)算斷面線長(zhǎng)度，會(huì)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(diǎn)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(guò)程中的流入，為避免滑移線發(fā)生，當(dāng)我們?cè)诖_定沖壓方向時(shí)，應(yīng)盡量使模具型面和板料在壓邊圈閉合時(shí)沿凸模頂點(diǎn)兩側(cè)斷面平衡差值一致。

⑵調(diào)整工藝補(bǔ)充造型，延遲滑移時(shí)間?；凭€的發(fā)生是由于板料在凸模頂點(diǎn)的硬化，為避免滑移線發(fā)生，故當(dāng)我們?cè)诖_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。

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

如圖7 的斷面圖所示，翼子板車(chē)燈處也頻發(fā)滑移線缺陷，在工藝設(shè)計(jì)時(shí)為避免滑移線的產(chǎn)生，在工藝補(bǔ)充白色圈的位置，設(shè)計(jì)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(shí)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(dòng)。有時(shí)，由于工藝設(shè)計(jì)的需要，當(dāng)不可避免的存在型面斷差時(shí)，為避免滑移線的發(fā)生，需要通過(guò)拉延筋控制板料的流動(dòng)，來(lái)減緩滑移缺陷的程度。

如圖8 所示，后背門(mén)零件的主棱線是零件中間的高點(diǎn)特征棱線，圖示與頂蓋搭接處是副棱線，如果工藝設(shè)計(jì)不做處理，此特征線會(huì)沿箭頭方向滑移。在工藝設(shè)計(jì)調(diào)整沖壓方向時(shí)，會(huì)以主棱線的成形情況作為調(diào)整依據(jù)，故不能通過(guò)調(diào)整沖壓方向的手段來(lái)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(jiàn)，此棱線位于凸模低點(diǎn)，本身接觸板料硬化時(shí)間較晚，加上旁邊有很多內(nèi)板區(qū)域造型，故工藝補(bǔ)充對(duì)于此棱線滑移的減輕效果也有限。通過(guò)斷面圖可見(jiàn)，此工藝設(shè)計(jì)已經(jīng)在背門(mén)的尾窗處設(shè)計(jì)了補(bǔ)充造型，用來(lái)控制板料流動(dòng)，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(jì)時(shí)，調(diào)整此處拉延筋的高度，通過(guò)控制流入量，結(jié)合補(bǔ)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(jì)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(guò)模具工藝無(wú)法解決時(shí)，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(shí)際設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，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(shí)虛線處會(huì)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(jī)蓋虛線處棱線，由于處于兩側(cè)，結(jié)合工藝設(shè)計(jì)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(wú)法增加時(shí)，需要滿足的設(shè)計(jì)條件。當(dāng)由于產(chǎn)品造型的需要，棱線圓角無(wú)法放大，而工藝設(shè)計(jì)又沒(méi)有解決方案的售后，我們往往需要考慮與產(chǎn)品造型部門(mén)溝通，嘗試調(diào)整周?chē)煨?，?lái)解決現(xiàn)場(chǎng)的生產(chǎn)缺陷。

例如，圓角小而尖時(shí)，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(lái)解決。由于現(xiàn)代車(chē)輛外觀講求獨(dú)特化，造型都比較復(fù)雜，零件的設(shè)計(jì)方案也不可一味按照車(chē)企的產(chǎn)品造型標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì)(圖10)，必須通過(guò)模擬仿真進(jìn)行驗(yàn)證，才能避免將制造問(wèn)題帶到生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)。

車(chē)間現(xiàn)場(chǎng)的解決辦法

有時(shí)，由于產(chǎn)品造型的局限性，或工藝設(shè)計(jì)的需要，滑移線必不可少的留到了生產(chǎn)車(chē)間，此時(shí)車(chē)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(duì)此問(wèn)題的手段確實(shí)有限，主要還是應(yīng)該在產(chǎn)品造型和工藝設(shè)計(jì)階段解決，下面給出3 種車(chē)間調(diào)整方法。

⑴移動(dòng)缺陷位置。車(chē)間的調(diào)整只能基于可調(diào)參數(shù)進(jìn)行，如機(jī)床參數(shù)，模具上的標(biāo)準(zhǔn)件等。一般可通過(guò)調(diào)整機(jī)床壓力配合模具上板料定位件，來(lái)改變模具的壓邊力，改變材料的流動(dòng)速度來(lái)消除滑移線缺陷。當(dāng)零件本身存在內(nèi)板區(qū)域時(shí)，也可控制材料流動(dòng)，使滑移線滑動(dòng)到內(nèi)板區(qū)域，來(lái)達(dá)到掩蓋缺陷的目的。

⑵減少接觸沖擊?；凭€的生成，最初的原點(diǎn)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(chē)間現(xiàn)場(chǎng)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(huì)降低生產(chǎn)效率。②在不改變產(chǎn)品造型和保證檢驗(yàn)合格的基礎(chǔ)上，盡量將棱線圓角打磨均勻，減緩沖擊尖點(diǎn)。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(xiǎn)。③更換板材，提高材料的抗沖擊能力，但同樣會(huì)改變其他成形條件，也存在成形風(fēng)險(xiǎn)。

圖10 翼子板產(chǎn)品造型標(biāo)準(zhǔn)

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

結(jié)束語(yǔ)

本文全面的研究了車(chē)身外板件滑移線的問(wèn)題。介紹了滑移線的成因，并從沖壓工藝設(shè)計(jì)、產(chǎn)品造型設(shè)計(jì)和車(chē)間現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試三個(gè)方面提出了解決方法，可以為滑移線的消除提供現(xiàn)實(shí)可靠的參考價(jià)值。

張宇

沖壓工藝工程師，主要從事沖壓SE 分析、沖壓項(xiàng)目管理、沖壓現(xiàn)場(chǎng)管理、沖壓工藝設(shè)計(jì)、沖壓模具設(shè)計(jì)等，在14 年的工作中獨(dú)立設(shè)計(jì)沖壓模具120 余套，獨(dú)立設(shè)計(jì)沖壓工藝40 余套，SE 分析制件60 余套，積累大量的技術(shù)經(jīng)驗(yàn)，并擁有1 項(xiàng)專利、2 篇論文。