汽车车门外板新材料的应用

文/章敏·江铃汽车股份有限公司合资冲压厂

汽车车门外板新材料的应用

文/章敏·江铃汽车股份有限公司合资冲压厂

对于制造业来说，21世纪是新产品、新材料的竞争。在过去几年里，汽车行业异军突起，江铃集团在日益壮大的汽车市场中，也紧随市场开发新的车型。然而，激烈的市场竞争驱使汽车制造商从各方面设法提高其新开发车型的质量。在整个新产品、新车型的开发过程中，由于新材料、新工艺、新设备的运用以及不断提高的产品质量要求，技术人员同时存在某些方面的经验欠缺，势必会出现一些开发阶段未曾考虑的新问题，这些问题关键而棘手，寻找正确有效的解决方案迫在眉睫。本文主要针对新车型N350车门外板出现的板材抗凹性能差的问题，进行分析与解决。

缺陷问题的产生

根据评审人员反馈，N350左右前后侧车门总成区域轻微手按及触碰后有明显凹坑，如图1所示，严重影响整车外观质量。

缺陷产生的原因

针对产生缺陷车辆反应的问题点，项目开发组成立了专案小组分析原因并寻找切实有效的解决方案。

车门外板单件成形性分析

从车门外板总成表现出来的问题来看，首先易考虑到的是外板件强度不够，即板件在成形过程中不到位，没有完全达到塑性变形硬化的状态要求。为此，对现有板件重新进行了CAE分析，分析结果表明板件拉延率足够，且拉延充分，如图2所示。

车门外板冲压件生产稳定性分析

车门外板冲压件是在一条全新的自动化线生产的，机台台面水平度、顶杆尺寸精度及压机生产参数等生产因素状态较好，并且进行每批次生产参数稳定性确认，如图3所示。

图1 车门外板造型棱线上部

图2 车门外板CAE分析

对冲压件产品涉及到的性能问题，如原材料延伸率和生产稳定性，经过分析都没问题。项目小组的技术人员决定，在不影响板件成形的前提下采用不同牌号、不同厚度的材料进行试验，来对比板件易出现的凹坑问题能否得到改善。具体试验过程中，选用材料的原则是：⑴对原DC04材料加厚0.05mm进行验证；⑵料厚不变，选用延伸率更佳的DC06材料进行验证；⑶选用延伸率更佳的DC06材料，且料厚增加0.05mm进行验证；⑷采用高强度板材进行验证，同时进行同牌号同厚度不同材料供应商的验证。按照以上4种方式进行验证，结果如表1所示。

市场调研分析

常用的材料经过验证无效后，项目小组进行了市场调研。对比同类车型门总成，寻找其他汽车制造厂所采用的新兴材料取长补短，希望能解决问题，调研结果如表2所示。经过对比分析，决定选用B180H1，对厚度不变的新材料进行验证。

最优方案效果验证

材料性能理化试验对比

图3 设备生产参数监视器及气垫气压曲线

表1 不同材料选用原则下的板材成形效果

表2 对相同厚度不同材质选用原则下的板材成形效果

B180H1为烘烤硬化钢，由无间隙原子钢(IF钢，如DC系列)发展而来。无间隙原子钢尽管碳/氮含量低，但由于加入了较强的碳氮化合物形成元素钛和铌，铁素体中几乎不存在间隙碳/氮原子。因此，材料的抗拉强度与屈服强度较低，特别是屈服强度低(屈强比低)，具有良好的冲压成形性能，同时也具有相对的时效稳定性。烘烤硬化钢加入强的碳/氮化合物形成元素钛和铌相对较少（控制一定的比例），使得铁素体中存在一定的间隙原子碳/氮，在随后的烘烤过程中(人工时效)，或长时间室温（自然时效）放置，使碳/氮原子重新聚集阻碍金属的滑移，达到固溶强化的效果，也即屈服强度明显提高。但烘烤硬化钢的室温时效强化，使冲压性能降低，因此尽快使用为好。BH值越高，间隙的碳氮原子越多，室温时效就会越差。

对原材料各项性能进行理化试验分析对比，结果如表3所示，所有板材采用同一标距L0＝80mm，b＝20mm。结果显示，与普通板料DC04相比，烘烤硬化钢B180H1屈服强度增加了25%～30%，经过烘烤后B180H1的屈服强度与DC04相比增加了55%～70%，屈强比也有明显增加。烘烤硬化钢B180H1所反应出来的这种性能，从理论上正好可以弥补DC04板料抗凹性不足的缺陷，即从理论上可以解决门总成轻按后易出现凹坑的问题。

板件成形CAE分析对比

针对普通板DC04及烘烤硬化钢B180H1的不同力学性能，对问题板件进行板料成形CAE分析对比，如图4所示。分析结果显示，采用原始拉延筋模型下，材料由DC04切换为B180H1前后，板件都有局部区域处于开裂风险状态，即为圆角较小处，切换前后开裂风险位置基本一致。在实际生产中，普通钢板DC04的板件已调试合格，在切换烘烤硬化钢B180H1成形试验时，现板件圆角较小处较DC04的零件相比有缩紧缺陷。若装车验证成功，在后期正式生产切换后，模具可通过修模微调来消除使用新材料所出现的板件缺陷。

表3 原材料各项性能的理化试验报告

图4 板料成形CAE分析对比

新材料板件最终装车效果验证

烘烤硬化高强度钢应用于汽车外覆盖件，可以增加外覆盖件的表面强度和硬度，但涂装温度需达到170℃，保温时间在（20±0.5）min的范围。加工成形后，在一定的温度下烘烤后，由于时效硬化时钢的屈服强度进一步升高，涂装可以满足烘烤硬化钢的温度和保温时间要求。采用新材料烘烤硬化钢B180H1生产的门外板，经整车涂装烘烤面漆后，门的总成较之前普通板材DC04有明显改善（图5），经相关人员进行评审，认定门总成抗凹性能增加，正常轻按后门外板无凹坑现象，可以达到海马T和长城哈弗H6的水平，满足市场要求。

固化落实

本项目实施前，使用原材料DC04导致N350SUV所有门外板轻微手按及碰触后出现凹坑，该问题如果已经售出需花费5000元/台的返修费用，经过市场调研、寻找的新材料生产的门外板，整车成本只增加7.4元/台，在后期项目开发中，同类车型及问题点有很大的参考及借鉴作用，项目适用范围大、推广性较强。

图5 新材料板件缺陷解决

经过后期售后跟踪验证，原材料更换后，同类问题没有再出现。在实际生产中，门外板除采用普通板材、烘烤硬化钢外，国内其他汽车厂家还选用了其他牌号等级的材料，上述的问题解决只能作为一类问题的借鉴与参考，具体能否适用还有多方面因素的制约，例如板件造型、模具状态、生产设备状态等等因素，不是所有的都可以拿来使用，经过理性的分析试验，取其精华，去其糟粕。