Краткое содержание

Поверхностные дефекты при автомобильной штамповке являются основной причиной высокого уровня брака и задержек в запуске производства, которые, как правило, делятся на Косметические дефекты класса A (которые портят внешний вид) и структурные дефекты (которые компрометируют безопасность). Эффективная диагностика требует различения между статические дефекты (вызванными загрязнением или повреждением оснастки) и динамические дефекты (вызванными технологическими переменными, такими как поток, тепло и деформация)

Для достижения производства без дефектов инженеры должны оптимизировать технологические параметры — в частности, усилие прижима заготовки (BHF), смазку и радиусы инструмента — и использовать передовые методы обнаружения. В данном руководстве рассматриваются коренные причины критических дефектов, таких как «апельсиновая корка», ударные линии и разрывы, а также предлагаются практические решения — от цифрового моделирования до технического обслуживания на производстве.

Эстетические дефекты класса А («убийцы бренда»)

Для внешних панелей кузова, таких как капоты, двери и крылья, даже микроскопические отклонения поверхности могут испортить требуемую автопроизводителями отделку «класса А». Эти дефекты не влияют на прочность детали, но создают видимые искажения после покраски. Для их устранения требуется точный контроль над свойствами материала и распределением деформаций.

Апельсиновая корка

Диагностика: Шероховатая, текстурированная поверхность, напоминающая кожуру цитрусового фрукта. После покраски она становится особенно заметной, рассеивая свет и придавая поверхности матовость.

Коренная причина: Это в первую очередь проблема на уровне материала. Она возникает, когда отдельные зерна металла деформируются независимо, а не совместно. Материалы с крупным зерном более подвержены этому явлению при глубокой вытяжке. В некоторых случаях чрезмерная смазка также может удерживать капли масла, создавая похожую текстуру поверхности.

Решение:

• Выбор материала: Перейдите на листовой металл с мелким зерном и более строгим контролем размера зерна.
• Управление деформацией: Обеспечьте достаточное растяжение материала для натяжения поверхности, но не настолько сильное, чтобы вызвать нестабильность на уровне зерен.
• Контроль смазки: Оптимизируйте вязкость смазки и количество её нанесения, чтобы предотвратить гидростатическое шероховатое формирование.

Следы скольжения и ударные линии

Эти два дефекта часто путают, но они имеют разные механические причины. Их различие критически важно для выбора правильного решения.

• Следы скольжения: Вызываются листовым металлом физическое скольжение по радиусу инструмента (например, по входному радиусу матрицы или линии рельефа). Это движение полирует поверхность, оставляя видимый след. Решение: Полируйте радиусы инструмента до зеркальной поверхности, применяйте смазки высокой эффективности или корректируйте конструкцию добавления для уменьшения перемещения металла по этому конкретному радиусу.
• Ударные линии (или линии контакта): Вызвано гистерезис деформации . Когда металл изгибается вокруг радиуса, а затем распрямляется, быстрое изменение деформации может оставить видимую линию, даже если скольжения не происходило. Это часто происходит вблизи линий рельефа. Решение: Увеличьте радиус инструмента, чтобы снизить интенсивность цикла изгиба-распрямления, или используйте программное обеспечение для моделирования для оптимизации распределения деформаций на этапе проектирования.

Неровности поверхности и усадочные следы

Диагностика: Слабо выраженные впадины или «впадины», которые часто невидимы невооружённым глазом, пока деталь не будет окрашена или отшлифована. Обычно они возникают вокруг углублений для ручек дверей или крышек топливного бака.

Коренная причина: Это часто дефекты типа "вмятины", вызванные неравномерным распределением напряжений. Когда область с высокой скоростью деформации окружена областью с низкой скоростью деформации, материал релаксирует неравномерно, создавая углубление. Упругое восстановление (откидывание) вокруг сложных геометрий также может затягивать поверхность внутрь.

Решение: Увеличить Усилие прижима заготовки (BHF) создать достаточное натяжение по всей панели, обеспечивая равномерный поток материала. Избыточное выгибание рабочей поверхности матрицы также может компенсировать ожидаемую релаксацию.

Дефекты, нарушающие целостность конструкции ("убийцы деталей")

Структурные дефекты приводят к немедленному отбракованию детали, поскольку они нарушают физическую целостность компонента. Эти дефекты определяются диаграммой предельной формовки (FLD) и балансом между растягивающими и сжимающими напряжениями.

Трещины и разрывы

Диагностика: Видимые разрывы на металле — от микротрещин до катастрофических расслоений. Обычно они возникают в зонах сильного утонения, например, в углах глубокой вытяжки.

Механизм: Материал превысил предел своей прочности на растяжение. Это динамический дефект часто вызвано чрезмерным трением, недостаточной пластичностью материала (коэффициент n) или агрессивной геометрией матрицы.

Меры по устранению:

1. Уменьшите силу прижима заготовки: Снизьте усилие прижима заготовки, чтобы обеспечить более свободное течение материала в полость матрицы.
2. Смазка: Примените смазки с более высокими эксплуатационными характеристиками или установите активные системы смазки в точках повышенного трения.
3. Оптимизация радиусов: Увеличьте радиус входа в матрицу. Острый радиус действует как тормоз, препятствуя течению материала и вызывая его растяжение до разрушения.

Появление морщин

Диагностика: Волнистость и складки на металле, обычно наблюдаются в области фланца или на конических стенках. В отличие от разрывов, складки возникают из-за неустойчивость при сжатии .

Механизм: Когда металл подвергается тангенциальному сжатию (сдавливанию), он имеет тенденцию выпучиваться вне плоскости, если не ограничен. Это характерно для конических стенок, где имеется избыток материала.

Меры по устранению:

• Увеличьте силу прижима заготовки: Увеличьте давление на фланец, чтобы физически подавлять образование выпучивания.
• Использовать вытяжные борта: Установить вытяжные борта для ограничения потока материала и повышения напряжения в стенке, что позволяет вытянуть излишний материал, вызывающий образование морщин.
• Обратите внимание на компромисс: Увеличение силы прижима заготовки (BHF) для устранения морщин повышает риск разрывов. Рабочий диапазон процесса — это безопасная зона между этими двумя видами отказов.

Дефекты, вызванные инструмом и технологическим процессом

Не все дефекты возникают из-за течения материала; многие представляют собой отпечатки состояния инструмента или условий штамповки. Разделение этих статический и динамический источников является первым шагом при поиске неисправностей.

Статические и динамические дефекты

Заедание и заусенцы

Заедания (или адгезионный износ) возникает, когда листовой металл микроскопически сплавляется с инструментальной сталью из-за высокого давления и температуры, вырывая куски материала. Это приводит к глубоким царапинам и разрушению поверхности инструмента. Такой износ часто встречается при штамповке высокопрочной стали и алюминия. Решение заключается в использовании передовых PVD-покрытий инструментов и обеспечении химической совместимости между смазкой и заготовкой.

Заусенцы острые, приподнятые кромки вдоль линии обрезки. Они почти всегда вызваны неправильным зазор матрицы если зазор между пуансоном и матрицей слишком велик (обычно более 10–15% толщины материала), металл рвётся, а не чисто срезается. Если зазор слишком мал, требуется чрезмерное усилие.

Управление этими переменными требует надёжного оборудования и точной инженерии. Для производителей, стремящихся минимизировать эти риски с самого начала, сотрудничество с квалифицированным изготовителем является необходимым. Shaoyi Metal Technology специализируется на устранении этого разрыва, используя прецизионное оборудование и пресс-мощности до 600 тонн, сертифицированные по стандарту IATF 16949, для поставки критически важных компонентов, таких как рычаги подвески, с полным соблюдением требований OEM к поверхностям.

Методы обнаружения и контроля качества

Современные автомобильные стандарты вышли за рамки простой визуальной проверки. Обнаружение дефекта полезно, но его прогнозирование является прорывом.

Ручная и цифровая шлифовка

Ручная шлифовка: Традиционный метод заключается в протирании плоского абразивного камня по штампованной панели. Высокие участки (заусенцы, пики) стираются, в то время как низкие остаются нетронутыми, создавая визуальную карту контрастов. Хотя этот метод эффективен, он трудоемок и зависит от квалификации оператора.

Цифровая шлифовка: Под этим понимается использование программного обеспечения для моделирования (например, AutoForm) или данных оптического сканирования для создания виртуальной карты поверхностных дефектов. Имитируя физический процесс шлифовки в цифровой среде, инженеры могут выявлять дефекты класса A еще до того, как инструмент будет изготовлен . Это перемещает контроль качества из этапа "пробных испытаний" на этап "проектирования", что значительно сокращает время и стоимость разработки.

Оптические измерительные системы

Автоматизированные системы используют структурированный свет (зебровую полоску) или лазерное сканирование для измерения топологии поверхности с точностью до микрометра. Эти системы обеспечивают объективные количественные данные, которые могут быть возвращены в систему управления прессом. Например, если оптическая система обнаруживает тенденцию к образованию «утяжин», линия пресса может автоматически отрегулировать давление подушки для компенсации, создавая замкнутую систему контроля качества.