张春华

上汽通用五菱汽车股份有限公司 广西柳州市 545007

1 引言

汽车门内板是汽车覆盖件的一种，具有形状复杂，拉伸深度深，成型过程板料流入量大等特性，此特性决定了在门内板拉延成型过程中极容易出现拉伤缺陷。随着客户对于汽车质量的要求越来越高，目前主流主机厂家出于防腐防锈蚀的需求，门内板多数采用镀锌板件，生产过程中锌粉的脱落黏着加剧了板件的拉伤问题。同时由于汽车行业竞争激烈，主机厂对于模具工装降本要求迫切，拉延模材质降低后模具筋条，凹模刮料圆角等区域材料表面致密性变差，同样会导致板件拉伤问题加剧。拉伤问题频发不仅影响零件表面质量和企业生产效率，严重时还可能降低车身覆盖件抗腐蚀性和抗疲劳性等性能。因此研究门内板拉伤问题形成原因及抑制措施对于整车质量及企业生产运行效率具有重要意义。

2 现状描述及问题调查

某车型前门内板，采用左右件双腔合模工艺，板件材质为DC56D+Z镀锌板，OP10拉延模具凸模、压边圈、上模材质出于降本考虑，由行业内普遍采用的GM246降等级为GM241。在模具生产过程中，前门内板B/C柱区域出现了严重的拉伤问题，且通过以往常规的抛光，模具表面镀铬提高光洁度等措施无法得到有效解决。拉伤缺陷如图1，主要集中在门内板零件侧壁，从根部圆角开始，呈条状分布。

图1 前门内板拉伤缺陷图

将零件拉伤位置对应到拉延模具上，位置如下图2所示，发现拉伤主要集中在B/C柱板料流入量超过60mm的区域，且拉伤从凹模口圆角位置开始出现。

图2 门内板板料流入量及拉伤位置示意

3 板件拉伤机理

拉延成型过程中，模具凸、凹模与被加工材料表面相互接触并相对滑动组成一对摩擦副。由于材料表面不可能完全平整，所以真正的接触只发生在微观接触面上。分析表明微观真实接触面积只是名义上的几何接触面积的一个小部分，在微观接触面上将产生很大的机械应力这些应力由于切向相对运动还会加强，导致受到负荷作用的粗糙面凸峰发生弹性或弹塑性变 形。这样摩擦副双方表面的吸附层或反应层会遭到破坏，结果使暴露在表面的原子键联结或多或少地得到加强这种现象称为黏着作用。当摩擦副发生相对运动时，这种原子键又会相互脱开，原子键脱开并不一定都在原始微观接触处断开，而有可能在摩擦副双方表面层附近断开其结果是材料从摩擦副的一方转移到摩擦副的另一方上去这就是所谓的黏着磨损。实验证明出现粘着磨损的摩擦副的表面非常粗糙，并有拉伤。其程度与法向力、摩擦副之间相对运动速度以及温度等负荷参数有关。在实践中减少黏着磨损消除拉伤缺陷主要从以下几点考虑①模具凸圆角硬度，实践表明模具走料凸圆角通过热处理提高表面硬度后将明显降低黏着磨损作用并缓解拉伤缺陷出现频次。②模具表面光洁度，通过镀铬在模具凹凸模表面形成一层镀层，有效提高模具光洁度，从而有效解决拉伤。③模具材质，通过补焊等措施消除凸圆角铸件表面的细小沙眼、气孔等缺陷，提高材质致密性。

4 问题原因分析

根据板件拉伤产生机理，从出现拉伤区域的模具刮料圆角硬度、表面光洁度、材质致密性等方面对此车型前门内板拉伤问题进行分析。

4.1 拉伤区域刮料圆角硬度分析

测量采集了如图3出现拉伤区域的圆角硬度数据，如表1所示测量数据均在HRC48以上，可知图示圆角热处理后表面硬度符合≥HRC48的要求，硬度不是导致板件拉伤的主要原因。

表1 门内板拉伤区域圆角硬度数据

图3 门内板拉伤区域圆角硬度位置示意及编号

4.2 拉伤区域黏着物分析

批量生产过程中发现在拉伤区域凹模凸圆角位置黏附有大量的异物，对黏着物进行能谱分析，发现主要黏着异物主要为锌，如图4和表2所示。且局部异物为片状。表明在拉延成型材料流动过程中，板材表面镀锌层与刮料凸圆角表面产生摩擦，锌层出现不同程度的剥落。而锌层剥落堆积形成的异物加剧了黏着磨损效应，使板件拉伤问题更为严重。经检测，板材锌层附着力满足要求。锌层剥落的主要原因为板材流入量大，成型过程中产生剧烈摩擦导致黏着磨损加剧，而刮料圆角表面光洁度无法达到要求从而导致拉伤区域板材锌层大面积剥落。

图4 拉伤区域凹模刮料圆角黏附异物

表2 黏附异物能谱分析数据

4.3 拉伤区域模具光洁度及模具材质致密性分析

行业内门内板拉延模在表面抛光镀铬处理以后，拉伤问题一般能得到有效解决。但此车型门内板模具在抛光镀铬处理后，拉伤问题并未消除且在小批量生产后急剧加重，模具镀铬层迅速脱落，远远低于镀铬层正常寿命。考虑到此门内板出于降成本考虑，凹模、凸模、压边圈材质由行业内普遍使用的GM246降为GM241，初步判断此问题为模具材料特性导致。

检查拉伤区域凹模刮料圆角，发现表面有密集的针孔状麻点，如图5所示。使用显微镜放大100倍观察，如图6所示，发现在微观状态下凹模圆角表面凹凸不平，麻点密集。判断为此门内板产生拉伤缺陷的主要原因。

图5 凹模刮料圆角表面针孔状麻点

图6 使用显微镜放大100倍麻点状态

以下对比了GM246与GM241两种模具材质的特性，图7为GM241金相组织图，图8为GM246金相组织图，不难发现在GM241金相组织中石墨呈片状形态，在GM246金相组织中石墨呈球状形态，GM246材质组织致密性要远好于GM241。同时从表3中可以看出GM246材质在抗拉强度、硬度等性能上亦远优于GM241，机械加工以后GM241表面会出现轻微钼铬麻点，而GM246加工后表面致密光亮。综合二者材质特性不难得出零件拉伤主要为凹模圆角表面多处针孔状钼铬麻点增加了模具表面的摩擦系数，导致模具表面与板材相对滑动时，板材表面镀锌剥落黏附在凹模R角表面，黏着磨损加剧，从而出现大范围的拉伤。

图7 GM241金相组织图

图8 GM246金相组织图

表3 GM241与GM246材质差异对比

5 问题对策

根据以上原因分析，因抛光和模具表面镀铬无法完全覆盖GM241材质表面麻点，考虑从更改拉伤区域凹模圆角基体材质的角度制定整改对策。具体措施如下：①数控开槽+人工补焊+机加工的方式更换拉伤区域凹模刮料圆角基体材质，从根上解决GM241材质表面麻点的问题。数控设备在拉伤区域凹模刮料圆角位置加工深度5mm，长度800mmU型槽，提升坡口一致性，减少焊接造成的应力集中。采用TM系列焊材，采用打底+盖面+气锤锤击的焊接工艺，焊材与焊丝结合，减少裂纹及气孔等焊接缺陷。机加工时R角在数模基础上增大0.5mm，预留0.2-0.5mm钳工研配余量。机加工完成后对补焊加工区域基体表面进行探伤，检查因补焊带来的表面裂纹和沙眼缺陷，并对缺陷位置用焊丝进行补焊修复，如图9所示。

图9 补焊、机加工、探伤

②补焊替换拉伤区域凹模圆角基体材质后依次采用800#、1200#、1500#砂纸，并采用研磨膏与羊毛轮对模具型面进行备光，最大化提升模具光洁度，降低模具与板料摩擦系数。③模具抛光完成后再次进行镀铬处理。

6 整改后效果

上述对策措施实施后，门内板拉伤区域凹模刮料圆角光顺，无明显麻点、气孔、沙眼等缺陷，如图10所示。同时在批量生产过程中两件拉伤问题得到明显改善，如图11所示。

图10 整改后凹模刮料圆角

图11 整改后原零件拉伤区域表面状态

同时，整改以后门内板生产效率亦得到大幅提升，图表12统计了几个批次批量生产的停线率，从中可以看出拉伤问题整改后以后，模具生产停线率显著下降。达到了预期整改效果。

图12 前门内板停线率

7 结语

从板件成型过程中的拉伤机理出发，通过对门内板拉伤缺陷产生的原因进行分析，最终确定了解决方案并从根本上解决了此问题，提高了生产运行效率。在汽车门内板使用镀锌板料时，为了减少黏着磨损，对模具材质表面致密性光洁度有更高的要求。通过此问题可知GM241材质并不适用于此种工况，虽然模具材质成本得到了降低，但后期整改拉伤问题的成本及生产效率的损失大幅增加。建议浅拉深且使用裸板板材的零件模具材质可以使用GM241材质，对于门内板这种深拉伸且板件材质为镀锌板的尽量使用表面组织致密性及各项性能更好的GM246材质。同时对本问题的公关也给类似问题提供了一定的经验。