文/戴長征，劉澤宇，聶雙喜，熊瑞，時培新·一汽-大眾汽車有限公司佛山分公司

在全球汽車市場競爭日益激烈的形勢下，客戶對整車質(zhì)量要求日漸高漲，汽車側(cè)圍外板是吸引消費(fèi)者眼球的關(guān)鍵，也代表著沖壓模具制造商乃至汽車整車廠的制造水平。側(cè)圍外板以造形復(fù)雜、匹配多重、表面質(zhì)量要求嚴(yán)格以及成形困難而著稱，壓邊圈是直接影響側(cè)圍外板成形質(zhì)量、面品質(zhì)量的關(guān)鍵部件，能起到調(diào)整板料各部位進(jìn)料阻力，控制板料流入量的作用，從而使各部位主次應(yīng)變均勻且拉深充分。在本行業(yè)中處理壓邊圈基體大程度斷裂問題，一般都選擇重新復(fù)制壓邊圈，但周期長且成本高。本文將介紹運(yùn)用熱鋦技術(shù)快速修復(fù)壓邊圈基體裂紋做最大程度還原的經(jīng)典案例。

拉延成形過程中，板料與壓邊圈之間產(chǎn)生的摩擦力與板料流動方向相反，其中有一部分抵消切向壓應(yīng)力，所以修復(fù)后壓邊圈強(qiáng)度必須得到保證。側(cè)圍外板造形復(fù)雜，曲率較大，拉深深度大，多處成形區(qū)域裕度較低，故成形困難。而壓邊圈筋槽與拉延筋的配合又是解決成形困難的關(guān)鍵，使拉延件表面承受足夠的拉應(yīng)力，所以斷裂修復(fù)后的壓邊圈也必須保證極高的還原精度。運(yùn)用熱鋦技術(shù)修復(fù)壓邊圈能同時滿足強(qiáng)度與精度要求。

問題現(xiàn)狀

側(cè)圍外板拉延模線下合模未使用預(yù)導(dǎo)向，L 形定位受壓向內(nèi)部彎曲，自動化裝模時L 形定位壓入C柱尾部上方壓邊圈，導(dǎo)致基體斷裂(圖1)。側(cè)圍外板庫存量僅滿足64 小時供應(yīng)，按照損壞的嚴(yán)重程度，制定特殊維修方案。

方案思路

如圖2 所示壓邊圈基體裂紋長度近1000mm，寬度2.8mm，斷裂分為兩種，分別為壓邊圈基體斷裂(主裂紋)和壓邊圈工作面開裂(次裂紋)?？紤]運(yùn)用熱鋦技術(shù)修復(fù)功能區(qū)與基體裂紋，整個修復(fù)過程必須保障壓邊圈的復(fù)原精度和強(qiáng)度，主要思路見以下五點(diǎn)。

圖2 基體斷裂樣圖

⑴基體主裂紋下方機(jī)加鉆孔。

⑵機(jī)加45 號鋼棒加熱至800℃嵌入孔內(nèi)。

⑶利用材料熱脹冷縮原理將斷裂處裂紋熱鋦，抵消基體裂紋斷裂應(yīng)力。

⑷加裝U 形壓板提高壓邊圈斷裂位置強(qiáng)度。

⑸機(jī)加坡口，用手工多層堆焊研修等工藝手段修復(fù)次裂紋。

方案實(shí)施

主裂紋修復(fù)

如圖3 所示，利用車床加工一根直徑65mm 長500mm的45號鋼棒，在垂直基體主裂紋下方150mm處數(shù)控機(jī)加一個直徑65mm 的通孔，兩孔端面銑出平面(圖4)。

將壓邊圈倒扣合入上模，經(jīng)壓力機(jī)對其二級托桿施加1200kN 壓力，使其最大程度隨形于凹模，保障復(fù)原精度(圖5)。45 號鋼棒經(jīng)加熱爐加熱至800℃，嵌入壓邊圈基體下方的機(jī)加孔進(jìn)行熱鋦，兩端面用螺母緊固(圖6)。

圖3 車床加工鋼棒

圖4 機(jī)加通孔

圖5 壓力機(jī)施加壓力

圖6 鋼棒熱鋦

鋼棒自由收縮量約為4.42mm，不考慮基體受力面局部變形產(chǎn)生的反作用力。圖7 所示鋼棒冷卻到室溫時壓邊圈基體主裂紋寬度從2.8mm 減小到了0.25mm，最大程度上減小裂紋范圍，控制裂紋應(yīng)力。

圖7 鋼棒熱鋦效果圖

壓邊圈基體加固

圖8 機(jī)加U 形槽

圖9 U 形板熱鋦效果圖

在壓邊圈裂紋處的工作面和底面各機(jī)加一個U形槽，如圖8 所示。U 形板尺寸為180mm×60mm× 45mm，材質(zhì)為45 號鋼，加熱至800℃后嵌入U 形槽，用螺釘使其與基體固定(圖9)。通過U 形板再次熱鋦控制局部次裂紋應(yīng)力，利用金屬冷卻收縮產(chǎn)生的拉應(yīng)力將裂紋鋦在一起，最大程度提高壓邊圈裂紋處的剛性，保證修復(fù)后壓邊圈強(qiáng)度。

此階段涉及到45 號鋼U 形板加熱至800℃的收縮變化量計算，U 形板自由收縮量約0.55mm。壓邊圈通過金屬冷卻收縮的拉應(yīng)力將工作面裂紋寬度從0.7mm 減小到0.2mm。

壓料面次裂紋修復(fù)

圖10 機(jī)加坡口樣圖

壓邊圈裂紋深度大，范圍較廣，普通焊接工藝無法深入焊縫底部，故采用三層堆焊工藝(二層鋪底，一層蓋面)對壓邊圈次裂紋進(jìn)行修復(fù)。如圖10 所示沿裂紋表面紋路數(shù)控機(jī)加深度為8mm 的U 形坡口，坡口尺寸為1000mm×30mm×8mm，坡口R 角不能過小，防止燒焊時應(yīng)力集中開裂，便于焊條與基體充分熔合。圖11 為了保障焊接質(zhì)量，使用氣焊沿坡口進(jìn)行烘烤除去表面油污，防止焊接時出現(xiàn)氣孔、砂眼現(xiàn)象。 ⑴第一層焊接。

圖11 氣焊烘烤

側(cè)圍壓邊圈基體材質(zhì)為球墨合金鑄鐵，因此采用型號為UTP86FN 直徑3.2mm 的電焊條作過渡焊接鋪底，焊接電流控制在90 ～110A 之間，以獲得較大熔深。為避免焊接應(yīng)力過于集中，使用冷焊法中的短弧蠕蟲式運(yùn)條方式進(jìn)行分段焊接，焊接次序如圖12所示。焊接時注意焊接接頭錯開并不斷錘擊，分段焊道長度在3 ～50mm 之間，焊接方向垂直于坡口，焊接高度約為2.5mm。在第一層焊接收尾時需把弧坑填滿或略高，這樣在焊接第二層收尾時，不會因焊縫溫度增高而產(chǎn)生弧坑過低的現(xiàn)象。

圖12 一層鋪底焊接次序

此焊接鋪底工藝不僅能有效控制焊接溫度，防止焊道附近金相組織改變，還能使焊接區(qū)域處在較小的應(yīng)力范圍內(nèi)，減少壓邊圈受熱不均勻而產(chǎn)生局部變形。

⑵第二層焊接。

第二層鋪底焊接覆蓋第一層焊道，焊道接頭分段錯開，焊接次序如圖13 所示，焊條與坡口夾角改為65°～80°。繼續(xù)使用UTP86FN 鑄鐵焊條，硬度約20HRC。加快燒焊速度，短焊道，控制溫度在230℃以下，防止局部過熱產(chǎn)生淬硬組織開裂，并不斷的錘擊消除內(nèi)應(yīng)力。

圖13 二層鋪底焊接次序

⑶焊接第三層。

第三層焊接蓋面，則采用型號為TM2000 直徑5mm 的電焊條, 并降低燒焊速度，焊接電流選擇在60 ～70A 之間，避免電流過大產(chǎn)生咬邊缺陷。焊接方向垂直于裂紋，交叉焊接，焊接順序與第一層相同，硬度約40HRC。

凹模壓印坑修復(fù)

凹模同樣采用三層堆焊工藝修復(fù)表面凹陷，焊接用UTP86FN 焊條鋪底(含鎳量百分之四十三)，再用TM2000 蓋面，三種焊條搭配，更好地提升焊接質(zhì)量。既有較強(qiáng)的熔合性，穩(wěn)定性，表面還具備硬度和耐磨性，使得修補(bǔ)后的表面硬度更接近工作面的本身硬度。最后手工研配至工作面著色均勻。三層堆焊效果圖如圖14 所示。注意：凹模穩(wěn)定后需要電鍍，當(dāng)鎳含量超過百分之十電鍍層很容易脫落，TM2000 焊條焊后的表面在模具穩(wěn)定后可進(jìn)行電鍍。

效果驗證

在熱鋦技術(shù)中，合理利用金屬材料熱脹冷縮的特性，使壓邊圈裂紋得到最大補(bǔ)償。壓邊圈只需進(jìn)行普通表面著色研修和進(jìn)料阻力調(diào)整，側(cè)圍外板面品質(zhì)量和尺寸精度均達(dá)生產(chǎn)要求。壓邊圈所有二級托桿底部著色、導(dǎo)滑面著色以及平衡塊著色均恢復(fù)至98%，三次生產(chǎn)后探傷檢測均無問題，修復(fù)至今，未出現(xiàn)裂紋。藍(lán)光掃描(GOM)數(shù)據(jù)與設(shè)計數(shù)據(jù)基本吻合，偏差量為±0.01mm。

圖14 三層堆焊效果圖

結(jié)束語

通過側(cè)圍外板壓邊圈斷裂修復(fù)案例可以看出，熱鋦技術(shù)具有成本低、還原性強(qiáng)、效率高，強(qiáng)度高等特點(diǎn)，此熱鋦技術(shù)可以在行業(yè)內(nèi)推廣。如遇類似基體開裂可用此技術(shù)做最大補(bǔ)償，高精度還原至原始狀態(tài)。

棋：指圍棋。據(jù)文獻(xiàn)記載，堯舜（公元前2205年-公元前2110年）發(fā)明圍棋。圍棋古稱“弈”，意即“你投一子，我投一子”。而名稱“圍棋”的含義是“一種以包圍和反包圍戰(zhàn)術(shù)決出勝負(fù)的棋戲”。