靳玉涛，李斌

（长城汽车股份有限公司技术中心、河北省汽车工程技术研究中心，河北保定 071000）

0 引言

随着汽车行业的快速发展以及新车型的不断开发升级，工程样车试制试验阶段愈显重要。然而，在工程样车试制过程中，由于整车钣金件数据不冻结等因素导致整车全套模具开发周期较长，在试制阶段大部分钣金件没有合格的全序件。因此，在试制阶段，需对部分制件进行人工敲制修改工作。

而随着车型的升级，越来越多的制件材料采用高强板，高强板本身硬度大，敲制难度大，敲制时间长，人员体力消耗大。而且部分钣金件材料较厚，更增加了敲制的难度。

由于工艺需要，且为了提高工作效率、节省人员体力，在敲制过程中，对高强板进行局部受火作业。高强板经过火烤作业后，敲制成型难度降低，且用时短、人员体力消耗小。但是，高强板通过火烤作业加上钣金锤对高强板的敲打后材料性能发生了变化，虽然一般情况下，这种作业不会影响整车焊接质量及整车外观效果。但是为了做好前期的验证和分析，确定高强板火烤作业后发生的性能变化及性能变化趋势，为以后钣金敲制提供数据指导，我们运用DOE正交表分析板材在受火作业下材料性能的变化规律，并确定影响材料性能变化的主要因素。

文中主要是对工程样车板材在手工敲制时，板材受“火焰矫正”发生性能变化的过程进行了分析。针对四种不同牌号、不同料厚的某款汽车车身部分钣金件的材料受火作业后性能的变化采用DOE正交表实验方法进行分析，最终确定了这几种材料在受火作业后性能变化具体情况，有效地掌握了其受火后性能的变化及变化趋势，为后续工作提供了有效指导依据。

1 试验部分

表1四种牌号的试片均为某款汽车车型板材，以下列举了一种牌号不同料厚的试片的试验数据，及采用DOE正交实验表对试验数据进行分析的过程。

表1 某汽车板材四种牌号的试片

首先优先选择确定的因子有“板材料厚”、“火焰矫正时间”、“钣金锤敲击时间”、“淬火方式 （水冷、空冷）”四个主要影响因素，将其作为因子;采用三种不同的料厚定为3个水平。选择正交设计表L9（43）来试验，各个水平的取值参照表2、3。

表2 各试片取值

表3 各试验取值

为了保证数据有效性及准确性，将每次试验投入3个试片，每个试片上测取3个数据。以3个数据的平均值作为最终结果，且准备每种牌号不同料厚的试片各1片，不作任何处理，作为原始标定值。

1.1 试验前处理

先将试片按照表4进行受火试验处理，将试片板材进行标记 （标记位置为试片压紧部位），再将试片按照表4进行线切割。对切割后的试片进行拉伸试验，采集抗拉强度、屈服强度、延伸率、应变强化指数 （n值），并对其进行分析（表5）。

表4 各类牌号标距

1.2 试片试验结果数据分析

（1）利用表5的方法将每种牌号测量数据进行数据分析，根据各列3个数据的极差，即最大数减去最小数。利用每项指标的极差值将每项的主次因子列出，再根据DOE综合平衡法，将每项的指标综合对比，得到最优方案 （为了节省篇幅，其他参数的求和得到的数据没有列出，仅仅列出了每种牌号各因素在每一水平下的平均值和各因素的极差值）。

表5 每种牌号的测量数据

根据表5将不同牌号不同料厚的试验数据分别计算出每项指标各项数据值，表6数据为DC04（冲压用冷连轧钢）每项指标数据及最终优选方案。

表6 抗拉强度分析

根据数据分析，对于抗拉强度，因子B（“火焰矫正”时间）影响最大，因子A（板料厚度）次之，因子D（淬火方式）再次之，因子C（钣金锤敲击时间）影响最小，较优方案为B1A2D1C3。

表7 规定非比例延伸

根据数据分析，对于规定非比例延伸强度分析表，因子B（“火焰矫正”时间）影响最大，因子C（钣金锤敲击时间）次之，因子A（板料厚度）再次之，因子D（淬火方式）影响最小，较优方案为B1C3A2D1。

表8 延伸率分析

根据数据分析，对于延伸率分析表，因子B（“火焰矫正”时间）影响最大，因子C（钣金锤敲击时间）次之，因子D（淬火方式）再次之，因子A（板料厚度）影响最小，较优方案为B1C3D1A2。

表9 应变指数 （n值）分析

根据数据分析，对于延伸率分析表，因子B（“火焰矫正”时间淬火方式）影响最大，因子A（板料厚度）次之，因子C（钣金锤敲击时间）次之，因子D（淬火方式）影响最小，较优方案为B1A2C3D1。

表10 综合平衡表

由综合平衡表 （表10）可知:

因子选取方法:

A因子的选取:A因子对各个指标都是主要因子，所以A因子经过综合平衡后定为A2;

B因子的选取:B因子对于抗拉强度、规定非比例延伸强度为较为重要因子，所以B因子经过综合平衡后定为B1;

C因子的选取:C因子对于延伸率为重要因子，对于其要素指标是次要因子，所以C因子经过综合平衡后定为C3;

D因子的选取:D因子对于任何指标都均为次要因子，所以D因子经过综合平衡后定为D1。

最终较优方案为:A2B1C3D1。最终板材厚度为1.0 mm，火焰矫正20 s，钣金锤敲击20 s，空冷方式为最优方案。

从表11中推断出，动火作业后0.7 mm、1.0 mm的板材抗拉强度比未动火抗拉强度变小，受火时间越长抗拉强度越小，而1.4 mm的板材抗拉强度无论受火时间长短其抗拉强度不发生变化;材料的规定非比例延伸强度、断后伸长率和应变指数均受火时间越短其变化量越小，而其1.4 mm料厚应变指数未发生变化。

表11 DC04板材动火作业与未动火数据对比

（2）根据表5将不同牌号不同料厚的试验数据分别计算出每项指标各项数据值，表12为B250P1（加磷高强度钢）每项指标数据。

表12 抗拉强度分析

根据数据分析，对于抗拉强度，因子A（板料厚度）影响最大，因子D（淬火方式）次之，因子B（“火焰矫正”时间）再次之，因子C（钣金锤敲击时间）影响最小，较优方案为A1B3C3D3。

表13 规定非比例延伸强度分析

据数据分析，对于规定非比例延伸强度分析表13，因子A（板料厚度）影响最大，因子C（钣金锤敲击时间）次之，因子D（淬火方式）再次之，因子B（“火焰矫正”时间）影响最小，较优方案为A1B0C3D3。

表14 延伸率分析

根据数据分析，对于延伸率分析表，因子A（板料厚度）影响最大，因子C（钣金锤敲击时间）次之，因子D（淬火方式）再次之，因子B（“火焰矫正”时间）影响最小，较优方案为A1B0C1D1。

综合平衡表如表15所示。

表15 综合平衡表

因子选取方法:

A因子的选取:A因子对各个指标都是主要因子，A因子水平都为1水平。所以A因子经过综合平衡后定为A1。

B因子的选取:B因子对各个指标都是次要因子，所以B因子经过综合平衡后定为B0。

C因子的选取:C因子对规定非比例延伸强度、延伸率为主要因子，对于抗拉强度为次要因子，所以B因子经过综合平衡后定为C3。

D因子的选取:D因子对抗拉强度为主要因子，对于规定非比例延伸强度、延伸率为次要因子，所以D因子经过综合平衡后定为D3。

最优方案:A1B0C3D3。最终板材厚度为1.0 mm，火焰矫正时间任取，钣金锤敲击20 s，采用水冷方式为最优方案。

表16 B250P1动火作业与未动火作业数据

从此表推断出B250P1牌号板材经过受火作业后抗拉强度变化区间为－2%至3%之间;规定非比例延伸强度受火时间越长板材1.2 mm、2.0 mm均为下降趋势，而1.0 mm板材呈上升趋势;延伸率受火时间越长板材1.2 mm、2.0 mm呈上升趋势，反而1.0 mm板材出现下降趋势。

（3）根据表5将不同牌号不同料厚的试验数据分别计算出每项指标各项数据值，以下为B180H1（烘烤硬化高强钢）每项指标数据 （表16）及最终优选方案。

表17 抗拉强度分析

据数据分析，对于抗拉强度因子B（火焰矫正时间）影响最大，因子A（板料厚度）次之，因子C（钣金敲击时间）再次之，因子D（淬火方式）影响最小，最终较优方案:B1A2C1D0。

表18 屈服强度分析

根据数据分析，对于屈服强度，因子B（火焰矫正时间）影响最大，因子A（板料厚度）与因子C（钣金敲击时间）影响次之，因子D（淬火方式）最小;最终较优方案:B1A2C3D1。

表19 断后伸长率分析表

根据数据分析，对于断后伸长率，因子B（火焰矫正时间）影响最大，因子A（板料厚度）影响次之，因子C（钣金敲击时间）影响再次之，因子D（淬火方式）影响最小;最终较优方案为B1A2C2D0。

表20 应变指数n值

根据数据分析，对于n值，因子B（火焰矫正时间）影响最大，因子C（钣金敲击时间次之）、因子A（板料厚度）再次之，因子D（淬火方式）影响最小;最终较优方案:B1C2A0D2。

综合平衡表如表21所示。

表21 综合平衡表

因子选取方法:

A因子的选取:A因子对应板料厚度均为0.7 mm，故A因子水平无需考虑记为A0。

B因子的选取:B因子对于每个指标都是重要因子，B因子的水平都为1水平，所以B因子经过综合评定后定为B1。

C因子的选取:C因子对于n值为较为主要因子，对于抗拉强度、屈服强度、断后伸长率为次要因子，所以C因子经过综合评定后定为C2。

D因子的选取:D因子对于每项指标都为次要因子，所以D因子经过综合评定后定为D0。

最终较优方案:A0B1C2D0。最终板材厚度为0.7 mm，火焰矫正20 s，钣金锤敲击时间10 s，空冷水冷均可，为最优方案。

表22 B180H1板材动火作业与未动火作业数据

从表中能推断出B180H1板材抗拉强度动火作业后呈下降趋势区间为－3%至－10%，受火时间越长抗拉强度越小，屈服强度受火时间越短，其变化数值越小;断后伸长率均为下降趋势，其区间为－6%至－26%，受火时间越长差值变化越大;应变强化指数基本维持不变状态，与板材受火时间长短无关。

（4）根据表5将不同牌号不同料厚的试验数据分别计算出每项指标各项数据值，以下为B340LA（低合金高强度钢）每项指标数据及最终优选方案。

表23 抗拉强度分析

根据数据分析，对于抗拉强度，因子A（板料厚度）影响最大，因子D（淬火方式）次之，因子C（钣金锤敲击时间）再次之，因子B（“火焰矫正”时间）影响最小，较优方案为A1B3C3D3。

表24 屈服强度分析

根据数据分析，对于屈服强度分析表24，因子A（板料厚度）影响最大，因子B（“火焰矫正”时间）次之，因子C（钣金锤敲击时间）再次之，因子D（淬火方式）影响最小，较优方案为A1B1C2D3。

表25 断后伸长率分析

根据数据分析，对于断后伸长率，因子D（淬火方式）影响最大，因子A（板料厚度）次之，因子C（钣金锤敲击时间）再次之，因子B（“火焰矫正”时间）影响最小，较优方案为A2B0C2D2。

综合平衡表如表26所示。

表26 综合平衡表

因子选取方法:

A因子的选取:A因子对于抗拉强度、屈服强度均为重要因子，所以A因子经过综合平衡后为A1。

B因子的选取:B因子对于任何指标都是次要因子，但对于屈服强度是较为重要因子，所以B因子经过综合平衡后为B1。

C因子的选取:C因子对于任何指标都是次要因子，所以C因子经过综合平衡后为C2。

D因子的选取:D因子对断后伸长率为重要因子，但对于抗拉强度、屈服强度都为次要因子，所以D因子经过综合平衡后为D3。

最终较优方案:A1B1C2D3。最终板材厚度为1.0 mm，火焰矫正20 s，钣金锤敲击10 s，采用水冷方式，为最优方案。

从表27中能推断出B340LA板材都出现增大趋势，板材1.4 mm、1.8 mm基本保持不变状态，板材1.0 mm受火时间越长抗拉强度越大;屈服强度受火作业后都比原始数据大，其区间为11%至20%;板材受火作业后断后伸长率呈下降趋势且数值较大。

表27 B340LA动火作业与未动火作业数据

2 结论

（1）通过 DOE正交实验表把 DC04、B250P1、B180H1、B340LA四种不同牌号且不同料厚的板材进行了分析，分析出每种牌号的板材最为较优的受火方案分别是:

DC04牌号板材:较优受火方案为A2B1C3D1（板材厚度为1.0 mm，火焰矫正20 s，钣金锤敲击20 s，空冷方式）;

B250P1牌号板材:较优受火方案为A1B0C3D3（板材厚度为1.0 mm，火焰矫正时间可任取，钣金锤敲击20 s，水冷方式）;

B180H1牌号板材:较优受火方案为A0B1C2D0（板材厚度为0.7 mm，火焰矫正20 s，钣金锤敲击时间10 s，空冷水冷均可）;

B340LA牌号板材:较优受火方案为A1B1C2D3（板材厚度为1.0 mm，火焰矫正20 s，钣金锤敲击10 s，采用水冷方式）。

（2）采用一般试验方法共需做试片312片，采用DOE需要做试片120片，共节省192片。采用DOE正交表分析，从时间上节约很多，同时也减少了材料的浪费，降低成本，提高工作效率。

（3）通过动火作业后的板材与未动火板材数值对比能确定出每种牌号的板材具体性能变化趋势。

（4）高强板通过此方法既能推算出一组较优的受火方案，又为后续工程样车试制及验证工作提供了指导依据。