超高强度钢板DP980门槛内板成形问题及整改

2022-03-24杨庆波徐子祺王建军

模具工业 2022年3期

0 引言

为实现汽车轻量化、节能、环保等方面的要求，越来越多的新型高强度钢板被应用于汽车车身制造，其强度也在不断增加，不断刷新冲压强度极限。超高强度双相钢DP980具有良好功能特性，被广泛应用于车身门槛内板等安全类零件，以提高车辆行驶的安全性。门槛内板是车身上重要的安全零件，当车辆发生侧面碰撞时，门槛内板对保护驾乘人员的安全起着重要的作用。现以门槛内板为例，分析超高强度钢板在冲压成形过程中存在的侧壁反弧、型面回弹造成的精度差、生产稳定性差等问题，探寻最优解决方案及超高强度钢板在冲压领域的技术突破。

1 技术背景

1.1 DP980门槛内板结构特点及公差要求

门槛内板结构如图1所示，零件长1 686 mm，宽185 mm，属于“细长”类零件，零件主体截面为U形，两侧成形深度不一致，成形深度差值约为21 mm，属于非对称零件。零件的结构特点导致冲压成形工艺要求较高。

门槛内板零件材质为DP980，为保证车身质量，门槛内板的匹配要求较高，其型面尺寸精度达±0.3 mm，如图2所示，这对冲压工艺、模具结构及现场调试都是挑战。图2中，与左侧围前柱下部加强板焊接贴合面共3处，标记为

；与左门槛内板焊接贴合面共5处，标记为

；与左中柱加强板焊接贴合面共5处，标记为

。

1.2 双相钢组织结构及功能特性

双相钢（dual phase steel）简称DP钢，是目前应用范围最广的一种先进高强度钢板，是汽车产业实现车身轻量化的重要金属板材。DP钢的显微组织主要为铁素体和马氏体，马氏体组织以岛状弥散分布在铁素体基体上，如图3所示。铁素体较软，使钢材具备较好的成形性；马氏体较硬，使钢材具备较高的强度。DP钢的强度随较硬的马氏体所占比例提高而增强。根据用途，可生产不同强度级别和不同屈强比（YS/TS）的双相钢，其成形零件以抗拉强度数值为标准分为490、590、780、980 MPa级。

双相钢的性能：①屈强比较低（一般为0.5～0.65），不仅易于加工，而且具有仅次于TRIP钢的高延伸率；②应变集中在低强度的铁素体相上，使其具有独特的高加工硬化率，尤其在低的应变区（2%～3%），屈服强度提高很快（140～220 MPa），具有较高的初始瞬态

值；③无屈服延伸，无时效；④呈烘烤硬化特性（可达30～150 MPa）。

2 DP980门槛内板侧壁回弹问题

矿区及周边主要出露三叠纪火山岩，侏罗系及白垩系、古近系。下侏罗统漾江组(J1y)主要为灰紫色中细粒岩屑砂岩、粉砂质泥岩碎屑岩和橄榄玄武岩、安山玄武岩等火山岩；中侏罗统花开左组(J2h)主要为为紫红色泥质粉砂岩夹暗紫红色岩屑石英砂岩。上侏罗统坝注路组(J3b)为紫红色泥岩、粉砂质泥岩夹紫红色细砂岩。

侧壁及法兰回弹严重，侧壁回弹4～5 mm，法兰面回弹2～3 mm，如图6所示。

基于门槛内板的结构特点及公差要求，结合DP980材料的工艺特性，选择合适的冲压工艺方案，可以消除U形零件侧壁回弹问题。

2.1 冲压工艺方案的分析

结合超高强度钢板DP980的功能特性及零件结构特点，门槛内板为U形非对称非等高零件，其截面为等截面，如图4（a）所示，零件平面特征呈“一”字形，如图4（b）所示，空间特征呈“一”字形，如图4（c）所示。基于零件上述特点，冲压工艺第2工序采用“W”成形工艺可有效抑制零件侧壁反弧，如表1所示；冲压工艺第4工序采用侧整形工艺，如表2所示，选择合适的斜楔角度，可有针对性地控制侧壁法兰回弹；冲压工艺第1、3、5工序为零件分离工艺（落料、修边、冲孔）。

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2.2 冲压工艺方案的制定

图5所示为门槛内板冲压工艺方案：①落料；②“W”成形；③侧整形；④修边冲孔；⑤修边冲孔、斜楔修边、斜楔冲孔。

3 DP980门槛内板型面精度问题

3.1 存在的问题

Ⅱ号矿体：出露在3343高地向北延伸的山脊的东坡上，位于Ⅰ号矿体的330°方向460m处。矿体向西受SN向的断裂控制尖灭，向东延伸被第四系冰碛层覆盖，呈EW向分布，总体产状与灰岩一致产状，355°∠55°。矿体呈较规则的板状、似层状，矿体内有大小不等的灰岩夹石或灰岩残留体，造成矿体边界参差不齐和矿石品位的贫化。矿体出露地表长度为90m，矿体厚度为2～3m，铅+锌平均品为8.73%。

3.2 整改思路

（1）对于门槛内板U形零件有固定的整改顺序，首先确保零件主面上主基准点（RPS）自由状态下贴合良好（间隙≤0.2 mm）。在RPS面贴合良好的状态下，零件的主面（即顶面）全部达到要求的尺寸精度后开始整改零件侧壁，侧壁全部达到要求的尺寸精度后整改零件的法兰面。

该零件模具预验收时，冲压单件合格率达到90%以上，型面尺寸合格接近95%，零件装车无问题。

3.3 侧壁及法兰回弹的解决措施

2种方案对比，方案二明显优于方案一，考虑将2种整改方案结合使用，可将方案一的回弹补偿系数1.6～1.9减小至0.5～0.7，获得更好的整改效果。

本文中我们提出了一个基于BGP的域间二维路由的设计方案，域间二维路由在进行路由决策的时候同时考虑目的地址和源地址，实现了灵活的流量控制，能够满足用户的多样化需求。本文中我们设计了域间二维路由协议的控制层，使用MPBGP的可选属性携带二维路由的配置信息，同时兼容传统路由协议，方便ISP进行增量部署。我们还给出了适用于域间二维路由的数据层设计，使用前人提出的FISE转发表结构，可以解决二维转发表造成的TCAM空间爆炸的问题。整体而言，域间二维路由是一种新型路由方式，灵活和细粒度的流量控制使得其具有很好的应用前景。

3.4 整改方案优选

方案一：对侧壁与法兰进行回弹补偿，如图7所示，侧壁与法兰的回弹补偿系数随着材料强度的增加而加大，DP980回弹补偿系数一般控制在1.6～1.9。

3.5 整改结果

（2）不同区域对应不同的整改方案，整改遵守的原则是在问题产生的工序上进行。零件的主面（即顶面）如果超差，通常在拉深或成形工序进行整改；零件的侧壁及法兰超差，通常在翻边整形工序整改。

4 DP980门槛内板尺寸稳定性问题

将零件型面尺寸精度控制在±0.3 mm，主要从以下2个方面进行考量。

（1）做好模具的基础工作：模具零件型面着色控制在90%以上，提高模具生产的稳定性。

2007—2017年世界锯材出口额排名前5位的国家包括加拿大、瑞典、美国、俄罗斯和德国、奥地利和芬兰，2007年依次为加拿大、瑞典、美国、俄罗斯和德国，2017年为加拿大、美国、俄罗斯、瑞典和德国。加拿大始终居第1位，世界占比2007年达到29%，其余年份均高于15%;瑞典在2007—2013居第2，在2014—2015年居第3或第4位;俄罗斯在2007年居第4，之后稳居第3，且市场份额有上升态势，在2014——2016年排名第2;德国、美国也是重要的锯材出口国，近10年来其份额一直保持在前5;奥地利和芬兰则在个别年份进入前5。

方案二：

角二次整形法。通过对

角的二次成形抑制回弹，“W”成形时适当加大图8（a）所示的

与

的半径值，在侧整时将

与

的半径值二次整形到零件要求的半径，如图8（b）所示。该方法应用的核心要点是Δ

≈5 mm，Δ

≈2～3 mm，对于不同强度的材料Δ

、Δ

的值有所变化。

根据零件的匹配特性及模具的结构特点制定合理的模具理论着色图，如图9所示，现场调试钳工依据模具理论着色图对模具进行研合，研合分3类区域：①重点关键区域：高（强）着色，着色要求95%～100%；②一般重点区域：一般着色，着色要求90%～95%；③非重点区域：虚着色或无着色，无着色率要求。

依据模具理论着色图，将模具着色控制在要求范围内，如图10所示，可有效弥补压力机精度差异、材料性能差异等造成的零件尺寸精度波动。

（2）做好模具符形工作，确保工序件在模具内贴合良好。零件冲压成形后发生回弹，如果后工序（修边冲孔工序）的模具零件型面还按照成形零件型面设计，会出现工序件与模具零件形状不相符的情况，冲压时压料板闭合后会使零件产生严重的附加变形。可对后工序的模具零件型面按照回弹的型面进行符形，避免工序件在后工序压料板闭合时发生附加变形，工序件与模具零件型面贴合后，在模具上定位也更稳定。

零件的定位精度要控制在零件公差带的1/3，依据门槛内板的型面精度公差±0.3 mm，可以得出零件在模具上定位精度应控制在0.2 mm左右，定位精度要求高，只能通过模具上的定位销与工序件的定位孔实现。其次各工序间要定位统一（见图5），尽量避免工序间出现定位转换，造成误差积累，降低零件尺寸精度。

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