汽車沖壓件中滑移線問題的產生及解決方案

FMMM

2021年3月29日 16:18

滑移線是汽車外覆蓋件在沖壓生產中一種常見的表面缺陷，滑移線的出現嚴重影響了沖壓件的表面質量和產品外觀。本文主要對滑移線的產生原因和解決方案進行了詳細的研究，為沖壓設計和生產時避免滑移線的出現，提供了參考。

伴隨時代的進步，大家對于車輛的審美標準也在不斷提高，汽車的產品造型也在不斷地變化。伴隨汽車造型設計的演變，車輛外觀有一個明顯的變化趨勢，就是越來越“見棱見角”。但是，這種造型大大增加了車身沖壓件的生產難度。

在汽車業有這樣一種分類法：A 面，車身外表面，白車身；B 面，不重要表面，比如內飾表面；C 面，不可見表面。這其實就是A 級曲面的基礎。A 級曲面，必須滿足相鄰曲面間之間隙在0.005mm以下(有些汽車廠甚至要求到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，符合這樣的標準才能確保外板件噴漆后在光照條件下不會出現嚴重的光反射問題，常見的汽車A 級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間調試時最難解決的問題。

滑移線是沖壓成形后金屬板料在非接觸面上的可見帶狀曲線，在沖壓過程中，當板料流經模具圓角時經歷彎曲、反彎曲和拉伸時會產生滑移線。本文主要從產生原因，解決方案兩方面對滑移線進行研究，為實際沖壓生產中解決滑移線問題提供指導。

滑移線定義

成形過程中板料在凸模棱線上滑過時，在最終產品上出現目視可見的二重線形狀(可見帶狀曲線)，此目視缺陷稱為滑移線。

通過圖1 可以看到一個后背門外板的拉延工藝，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。由于板料在拉伸過程中，存在流動性，板料在接觸棱線(圖1 中黃色線處)發生材料局部硬化后，會繼續流動，當流出圓角后，就會形成缺陷痕跡。

圖1 滑移線

圖2 展示的是側圍角窗處，生產現場實際的滑移線缺陷。這種滑移線缺陷(圖示中現場漆筆標記的二重線位置)嚴重影響了汽車車身覆蓋件的表面質量，極大增加了模具開發的工作周期及生產成本。因此，在沖壓工藝設計階段，必須對模具開發前的滑移線風險進行預測，以防止沖壓生產中對模具和工藝進行大量的變更。

圖2 側圍角窗滑移線

在車身上主要發生部位

通過圖3 中的紅色線條，可以看到滑移線頻發的位置，主要集中于車身外表面的特征線上。如車輛的腰線、機蓋的造型線、行李廂的彎折線、輪眉造型線、角窗燈口等。這些位置是體現車輛造型特征的地方，滑移線缺陷頻發，給車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題。

圖3 滑移線在車身上的常發位置

滑移線產生原因

大多數滑移線發生于成形初期或成形中間，滑移線的生成過程分為4 個階段。第1 階段，板料接觸凸模高點棱線A。但由于壓邊圈與上模未閉合，此時板料接觸應力小，板料在A 點處不會留下硬化痕跡。第2 階段，壓邊圈閉合，壓邊圈伴隨模具下行，此時板料在凸模高點棱線A 處接觸應力增大，硬化開始出現。第3 階段，隨著板料下行和材料的流動，在A點硬化的材料，會向高亮紅點處流動。而B 處高點棱線，在此時也接觸板料并伴隨硬化發生。最后，在模具到底型面閉合時，就會出現圖1 中A 與B 兩處高點棱線，分別向外側滑移，也就是在頂點發生的材料硬化，結束時到了紅點的位置，即在紅點處出現了滑移線缺陷。

滑移線解決方案

工藝設計上的解決辦法

⑴調整沖壓方向，使模具型面兩側均衡，減少滑移缺陷。如圖4 所示，一個行李廂外板的工藝設計所示，在此零件最初的工藝設計時，沖壓方向是沿車身方向旋轉45°，進行模擬計算后，結果顯示，在頂端棱線高點處，會發生沿箭頭方向的滑移線缺陷。而后，在不斷的試驗模擬過程中，當我們將沖壓方向調整為沿車身方向旋轉30°時，模擬計算的結果實現，滑移線消除。

圖4 調整沖壓方向減輕滑移線缺陷

圖4 所示工藝的斷面，在模具剛剛閉合時，我們沿凸模頂點棱線到分模線這一距離，對模具型面和板料，分別計算斷面線長度，會發現在將沖壓方向調整到30°后，型面兩側的斷面線差與板料在凸模頂點兩側的斷面線差基本一致，如圖5 所示。

圖5 模具閉合階段，板料與型面的斷差

考慮到板料在拉深過程中的流入，為避免滑移線發生，當我們在確定沖壓方向時，應盡量使模具型面和板料在壓邊圈閉合時沿凸模頂點兩側斷面平衡差值一致。

⑵調整工藝補充造型，延遲滑移時間。滑移線的發生是由于板料在凸模頂點的硬化，為避免滑移線發生，故當我們在確定沖壓方向后，若能使棱線晚一些發生硬化，便能延緩滑移線的發生。

舉例說明，如圖6 中的斷面所示，圖中深藍色線是產品斷面圖，綠色線是工藝設計的補充造型。翼子板的輪旋是翼子板的主棱線，輪旋特征線圓角尖半徑小，容易發生滑移缺陷，在設計時需要首先注意。圖示工藝為避免滑移線的產生，在紅圈位置即工藝補充處，設計了凸包的造型，目的是延遲主棱線與板料發生接觸硬化的時間，消除滑移缺陷。

圖6 增加工藝造型減緩輪旋棱線滑移

如圖7 的斷面圖所示，翼子板車燈處也頻發滑移線缺陷，在工藝設計時為避免滑移線的產生，在工藝補充白色圈的位置，設計了凸包的造型，目的是最大限度的延遲主棱線與板料發生接觸硬化的時間，從而消除滑移缺陷。

圖7 增加工藝造型減緩車燈處棱線滑移

⑶調整拉延筋及壓邊力，控制板料流動。有時，由于工藝設計的需要，當不可避免的存在型面斷差時，為避免滑移線的發生，需要通過拉延筋控制板料的流動，來減緩滑移缺陷的程度。

如圖8 所示，后背門零件的主棱線是零件中間的高點特征棱線，圖示與頂蓋搭接處是副棱線，如果工藝設計不做處理，此特征線會沿箭頭方向滑移。在工藝設計調整沖壓方向時，會以主棱線的成形情況作為調整依據，故不能通過調整沖壓方向的手段來調整此處滑移，只能尋找其他手段消除。由圖8 的斷面圖可見，此棱線位于凸模低點，本身接觸板料硬化時間較晚，加上旁邊有很多內板區域造型，故工藝補充對于此棱線滑移的減輕效果也有限。通過斷面圖可見，此工藝設計已經在背門的尾窗處設計了補充造型，用來控制板料流動，減緩滑移線缺陷，但效果應該僅占20%。此處流入量較大，工藝設計時，調整此處拉延筋的高度，通過控制流入量，結合補充造型的影響，可以有效減緩此處滑移線缺陷。

圖8 調節流入量減緩副棱線滑移

產品設計上的解決辦法

⑴調整特征棱線的斷面R 大小(15 ～20 倍料厚尺寸)。

當特征棱線所在的部位特殊，通過模具工藝無法解決時，應增加棱線R 的大小，根據棱線兩側型面的角度不同(產生的接觸應力大小不同)，按實際設計經驗，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，外側出現拐彎，生產時虛線處會出現滑移，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，圖示機蓋虛線處棱線，由于處于兩側，結合工藝設計和產品造型的要求，在將此圓角放大到15 倍料厚即R10 后，滑移缺陷消失。

圖9 調整副棱線大小減緩副棱線滑移

⑵棱線R 無法增加時，需要滿足的設計條件。當由于產品造型的需要，棱線圓角無法放大，而工藝設計又沒有解決方案的售后，我們往往需要考慮與產品造型部門溝通，嘗試調整周圍造型，來解決現場的生產缺陷。

例如，圓角小而尖時，可嘗試將圓角兩側型面的角度增加，或在發生滑移線的方向，在凸圓角下增加凹圓角來解決。由于現代車輛外觀講求獨特化，造型都比較復雜，零件的設計方案也不可一味按照車企的產品造型標準進行設計(圖10)，必須通過模擬仿真進行驗證，才能避免將制造問題帶到生產現場。

圖10 翼子板產品造型標準

車間現場的解決辦法

有時，由于產品造型的局限性，或工藝設計的需要，滑移線必不可少的留到了生產車間，此時車間就只能在生產允許范圍內盡可能減輕滑移線缺陷。但由于生產階段應對此問題的手段確實有限，主要還是應該在產品造型和工藝設計階段解決，下面給出3 種車間調整方法。

⑴移動缺陷位置。車間的調整只能基于可調參數進行，如機床參數，模具上的標準件等。一般可通過調整機床壓力配合模具上板料定位件，來改變模具的壓邊力，改變材料的流動速度來消除滑移線缺陷。當零件本身存在內板區域時，也可控制材料流動，使滑移線滑動到內板區域，來達到掩蓋缺陷的目的。

⑵減少接觸沖擊。滑移線的生成，最初的原點還是板料與凸模圓角發生接觸硬化，所以減弱接觸沖擊，便可以最大化的減弱滑移線缺陷。而在車間現場能夠調整的手段有以下3 條：①降低滑塊速度，減小沖擊速度，以此減緩沖擊，但此方法會降低生產效率。②在不改變產品造型和保證檢驗合格的基礎上，盡量將棱線圓角打磨均勻，減緩沖擊尖點。但此方法由于需要手工打磨，所以存在改變產品造型特征的風險。③更換板材，提高材料的抗沖擊能力，但同樣會改變其他成形條件，也存在成形風險。

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