曹 彪，黃必志

（上汽通用五菱汽車股份有限公司 技術(shù)中心，廣西 柳州 545007）

淺談不同類型壓力機(jī)對(duì)汽車覆蓋件模具調(diào)試的影響

曹 彪，黃必志

（上汽通用五菱汽車股份有限公司 技術(shù)中心，廣西 柳州 545007）

通過對(duì)比油壓機(jī)和機(jī)械壓力機(jī)工作原理及其工作特性，分析板料在不同壓力機(jī)上的成型過程，闡明模具由油壓機(jī)轉(zhuǎn)到機(jī)械壓力機(jī)上可能產(chǎn)生的鈑金件品質(zhì)問題及其解決措施。

油壓機(jī)；機(jī)械壓力機(jī)；板料成型；鈑金問題

汽車已經(jīng)成為人們?nèi)粘Ｉ钪胁豢苫蛉钡囊徊糠郑鶕?jù)最新的數(shù)據(jù)表明，我國已經(jīng)成為世界最大的汽車生產(chǎn)國和銷售國。汽車產(chǎn)業(yè)的飛速發(fā)展也帶動(dòng)了其他相關(guān)產(chǎn)業(yè)，特別是模具制造業(yè)的發(fā)展。對(duì)于模具制造商而言，模具在制造開發(fā)階段往往是在沖壓速度較低的液壓機(jī)進(jìn)行調(diào)試。而對(duì)于汽車廠而言，為了最大地提高生產(chǎn)效率，模具特別是覆蓋件模具都是安裝在高速的機(jī)械壓機(jī)上進(jìn)行零件生產(chǎn)。

本文通過分析壓力機(jī)的特性及板料成型原理等方面來具體分析模具在油壓機(jī)和機(jī)械壓機(jī)上的差別以及對(duì)鈑金件品質(zhì)產(chǎn)生的影響。

1 壓力機(jī)的類型

目前沖壓廠應(yīng)用最廣泛的壓力機(jī)有兩類：油壓機(jī)和機(jī)械壓力機(jī)。

1.1 油壓機(jī)

油壓機(jī)是以專用油為工作介質(zhì)，用來傳遞能量以實(shí)現(xiàn)各種工藝的機(jī)械，其通過液壓泵作為動(dòng)力源，靠泵的作用力使液壓油通過液壓管路進(jìn)入油缸/活塞，通過控制閥使液壓油在油箱循環(huán)使油缸/活塞循環(huán)做功從而完成一定機(jī)械動(dòng)作。油缸/活塞里有幾組互相配合的密封件，不同位置的密封都是不同的，但都起到密封的作用，使液壓油不能泄露。圖1是利用壓力傳感器記錄的液壓機(jī)一個(gè)工作循環(huán)內(nèi)壓力隨時(shí)間和位移變化曲線。

油壓機(jī)不僅可以獲得大的工作壓力和工作空間，并且壓力和速度可以在很大范圍內(nèi)方便地進(jìn)行無級(jí)調(diào)節(jié)，同時(shí)可以按照工藝要求在某一行程上進(jìn)行長時(shí)間的保壓。但缺點(diǎn)是效率低，運(yùn)動(dòng)速度慢，生產(chǎn)效率低下。

圖1 油壓機(jī)滑塊壓力隨時(shí)間和位移變化示意圖

1.2 機(jī)械壓力機(jī)

機(jī)械壓機(jī)是通過曲柄滑塊機(jī)構(gòu)將電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為滑塊的直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而對(duì)坯料進(jìn)行成形加工的。壓力機(jī)滑塊下滑過程中的沖擊力就是壓力機(jī)的壓力。壓力的大小隨滑塊下滑的位置不同，也就是隨曲柄旋轉(zhuǎn)的角度不同而不同。圖中曲線1為壓力機(jī)的公稱壓力，即滑塊離下止點(diǎn)前某一特定的距離曲柄旋轉(zhuǎn)到距下極點(diǎn)某一特定角度，滑塊上所允許承受的最大作用力。公稱壓力的大小，表示壓力機(jī)本身能夠承受沖擊的大小。在滿足公稱壓力的條件下，沖壓工序中實(shí)際的沖壓力的大小也是隨壓力機(jī)滑塊的行程而變化的。在圖2中曲線2表示沖裁工藝沖裁力的實(shí)際變化曲線，曲線3表示拉深的實(shí)際沖壓力曲線。可以看出，在沖壓過程中，隨著滑塊到下極點(diǎn)運(yùn)行過程中，沖壓力先增大，當(dāng)達(dá)到最大值時(shí)立即減小，滑塊運(yùn)行到下極點(diǎn)時(shí)，沖壓力減小到零[1]。

圖2 機(jī)械壓機(jī)許用壓力曲線

相比油壓機(jī)，機(jī)械壓機(jī)在壓力和速度以及行程調(diào)節(jié)方面都受到了較大限制，在沖壓過程中，沖壓力隨滑塊位置變化迅速。但其優(yōu)點(diǎn)是沖壓速度高，生產(chǎn)效率高。油壓機(jī)和機(jī)械壓機(jī)的主要區(qū)別如表1所示。

表1 油壓機(jī)和機(jī)械壓機(jī)的區(qū)別

2 對(duì)板料沖壓的影響

板料沖壓是在常溫下，依靠模具通過壓力機(jī)對(duì)金屬板料施加壓力，使金屬板料內(nèi)部產(chǎn)生變形的內(nèi)力，當(dāng)內(nèi)力達(dá)到一定值時(shí)，板料分離或者產(chǎn)生塑性變形，進(jìn)而得到所需尺寸和形狀的零件。對(duì)于拉深和成型而言，依靠的是金屬板料的塑性變形。而影響金屬塑性變形的因素很多，其中變形速率就是一個(gè)重要因素。從圖3可以看出，高速下的極限變形程度δ1明顯小于低速時(shí)的δ2[2]。

圖3 應(yīng)變速率對(duì)變形抗力和塑性的影響示意圖

對(duì)于油壓機(jī)而言，在拉深過程中，滑塊移動(dòng)速率低，板料流動(dòng)速度慢，特別是滑塊在板件到底位置上可以進(jìn)行長時(shí)間的保壓，這樣板料有充足的時(shí)間進(jìn)行塑性變形。對(duì)于大型覆蓋件而言，板料各部分的變形程度差異較大，在油壓機(jī)上有利于減小應(yīng)變寬度的分布速率，維持較低的變形速率，進(jìn)而能保證坯料整體塑性良好，得到良好的拉深效果。而對(duì)于機(jī)械壓力機(jī)而言，由于沖壓速度較高，板料流入凹模的速度跟不上滑塊運(yùn)行速度，影響拉深件表面品質(zhì)。

3 對(duì)鈑金件品質(zhì)的影響

模具在由油壓機(jī)轉(zhuǎn)到機(jī)械壓機(jī)上時(shí)，由于沖壓速度和機(jī)床精度的差異，零件狀態(tài)往往會(huì)發(fā)生很大變化。圖4所示是CN100ENJOY發(fā)動(dòng)機(jī)罩內(nèi)板拉延件在不同類型壓力機(jī)上的對(duì)比照片，拉深件材質(zhì)為BLD，料厚0.6mm。圖4（a）是模具在液壓機(jī)上最終調(diào)試狀態(tài)，可以看出板件沒有開裂，并且起皺現(xiàn)象很輕微，模具型面和壓邊圈面貼合率達(dá)到80%。而當(dāng)模具轉(zhuǎn)到機(jī)械壓力機(jī)上之后（見圖4（b）），拉延件上端開裂，兩側(cè)壓料面起皺嚴(yán)重，并且型面和壓邊圈紅丹貼合率大幅下降。

圖4 發(fā)動(dòng)機(jī)罩內(nèi)板拉深件在不同類型壓機(jī)上的對(duì)比照片

模具在轉(zhuǎn)換壓機(jī)之后，常見的鈑金件問題包括：

（1）拉延件表面局部變薄，拉裂

產(chǎn)生原因主要包括：在拉延時(shí)局部位置壓料過緊，板料流入凹模的速度跟不上滑塊運(yùn)行速度，造成板件縮頸或者拉裂；在拉延時(shí)氣墊壓力過大，零件成型過程中板料流入凹模困難；在拉延時(shí)氣墊的行程過大，零件的成形力曲線與氣墊的壓力曲線不一致；氣墊頂桿頂起高度不一致，造成壓邊圈的壓料力不均勻，局部位置的壓料力火，拉延時(shí)零件局部出現(xiàn)變薄和拉裂。

解決措施主要有：針對(duì)拉延后零件四周材料的進(jìn)料情況和零件局部變薄、拉裂情況調(diào)整拉延模中平衡塊的高度以及局部轉(zhuǎn)角間隙，控制板料流入速度；在拉延時(shí)的氣墊壓力人小調(diào)整合適，并將參數(shù)固定化；在拉延時(shí)的氣墊行程調(diào)整到最佳參數(shù)，并將參數(shù)固定；檢測(cè)氣墊頂桿的長度尺寸及氣墊的平行度，保證頂桿的頂起高度一致[3]。

（2）板件局部起皺

板件局部起皺產(chǎn)生原因的主要有：壓邊圈研合率低，局部間隙過大，造成拉延時(shí)板料沒有壓緊。圖4尾門內(nèi)板下端兩轉(zhuǎn)角處壓邊圈壓料松，使得板料流入速度過快，造成多余的板料進(jìn)入凹模進(jìn)而形成轉(zhuǎn)角嚴(yán)重起皺；在拉延時(shí)氣墊壓力太小，材料成形時(shí)壓邊圈的壓料力不夠，造成零件表面起皺；氣墊頂桿頂起高度不一致，零件成形時(shí)壓邊圈壓料松的部位因壓不住料造成起皺；壓機(jī)滑塊的下平面與工作臺(tái)上平面平行度不好，造成模具的壓料力不均勻，零件成形時(shí)壓料緊的部位材料流入凹模困難造成變薄、拉裂，壓料松的部位因壓不住材料造成起皺。

解決局部起皺的措施有：首先提高壓邊圈研合率，保證各處間隙均勻，之后針對(duì)拉延件的起皺情況調(diào)整平衡塊的高度，控制好板料流入量和流入速度，使零件既不出現(xiàn)起皺又不出現(xiàn)局部變薄、拉裂的情況；然后將壓機(jī)的氣墊壓力調(diào)到最佳狀態(tài)，并固定；接著檢測(cè)氣墊頂桿的長度尺寸及氣墊的平行度，保證頂桿的頂起高度一致；最后要定期檢查壓機(jī)滑塊的下平面與工作臺(tái)上平面平行度，使壓機(jī)的滑塊與工作臺(tái)的平行度滿足標(biāo)準(zhǔn)公差要求。

（3）板件表面凹凸不平

板件表面凹凸不平產(chǎn)生原因包括：模具型面研合率不足，板件在成型過程中沒有完全壓緊，板料流動(dòng)中產(chǎn)生起伏不平；在拉延時(shí)壓機(jī)的閉合高度調(diào)整不夠；在拉延時(shí)氣墊壓力不夠。在拉延時(shí)如果氣墊的壓料力小，成形時(shí)材料流動(dòng)速度快，毛坯四周的材料容易流入凹模，最后在零件表面產(chǎn)生凹坑；在拉延時(shí)氣墊行程不夠。拉延時(shí)如果氣墊的行程小，會(huì)造成材料開始流入凹模時(shí)壓邊圈還沒有起作用，部分材料塑性變形不充分，造成零件表面出現(xiàn)凹坑。

預(yù)防產(chǎn)生凹坑的措施主要有：提高模具型面研合率；在拉延時(shí)保證壓機(jī)滑塊的成形力穩(wěn)定；在拉延時(shí)保證壓機(jī)的氣墊壓力穩(wěn)定；在拉延時(shí)氣墊頂桿的頂起高度要相同，且頂起高度要保持定值。

4 結(jié)束語

由于壓力機(jī)性質(zhì)會(huì)對(duì)覆蓋件模具調(diào)試會(huì)產(chǎn)生很大影響，因此，模具在發(fā)往沖壓廠之前最好能在機(jī)械壓機(jī)上進(jìn)行調(diào)試，這樣不但可以提早發(fā)現(xiàn)和消除模具和零件問題，避免大的變異的產(chǎn)生，同時(shí)可以在很大程度上縮短模具在沖壓廠的調(diào)試周期，節(jié)約模具調(diào)試成本。

[1]張大為.冷沖壓模具結(jié)構(gòu)[M].武漢:華中科技大學(xué)，2009.

[2]丁顏彬.最新沖壓新工藝、新技術(shù)與沖模設(shè)計(jì)圖集及典型疑難實(shí)例應(yīng)用手冊(cè)[M].香港:中國科技文化出版設(shè)，2006.

[3]王銀巧，胡治鈺.大型覆蓋件沖壓表面缺陷的產(chǎn)生原因及預(yù)防措施[J].模具工業(yè)，2012，38(7):73-76.

The Influence of Dies Tryouton Different Types of Press for Automotive Panels

CAOBiao，HUANGBi-zhi
(Saic-GM-Wuling Automobile Co.，Ltd TDC，Liuzhou Guangxi545007，China)

By comparing the different working principle and specialty between hydraulic and mechanical press and analyzing theblank forming processon different types of press,this paper givesan introduction that several panel issues may be happened when the automotive panel dies transferred from hydraulic press tomechanical press,meanwhile the measures of modification were given.

hydraulic press；mechanical press；blank forming；panel issues

TG386；TG315

B

1672-545X（2013）04-0107-03

2013-01-05

曹 彪（1985—），男，山西太原人，初級(jí)工程師，本科學(xué)士學(xué)位，主要從事沖壓工藝、汽車模具設(shè)計(jì)及加工工藝工作。