文/邵陽·賽科技術工程集團大中華區(qū)武漢分公司

尾門內板三動拉延沖壓工藝研究

文/邵陽·賽科技術工程集團大中華區(qū)武漢分公司

邵陽，沖壓工藝工程師，主要從事新車型的沖壓工藝開發(fā)及工業(yè)化，主持完成過眾泰A00/ A11等車型沖壓工藝開發(fā)項目。參與了神龍公司T88/ T93/T91/P84的沖壓覆蓋件工業(yè)化開發(fā)。

尾門內板是常見的三廂車型覆蓋件，造型復雜、不易成形。拉延成形的方式至關重要，很大程度上決定了沖壓工藝的成敗。本文主要闡述了某車型尾門內板沖壓工藝方案的確定過程，包括拉延成形方式（三動拉延）的確定和工藝補充兩個方面；同時，針對生產(chǎn)現(xiàn)場調試中出現(xiàn)的問題及解決措施予以匯總說明。

尾門內板作為常見的三廂車覆蓋件，其特點為造型復雜、成形難度大、尺寸精度要求高。拉延工藝是該類零件沖壓工藝設計的關鍵。國內模具制造商針對尾門內板的沖壓工藝設計研究和生產(chǎn)實踐不少，也積累了一些成熟的方法和經(jīng)驗。

近年來，為滿足消費者的多樣性、獨特性需求，各汽車廠家推陳出新，新產(chǎn)品新造型層出不窮，汽車覆蓋件也越來越復雜。同時，汽車廠家也越來越重視成本和零件質量精度控制。常用的針對尾門內板的沖壓工藝方法對某些造型夸張的零件已不適用，或達不到廠家對零件的成本控制及質量精度要求，這就要求在沖壓工藝方法上作出創(chuàng)新設計。本文即以某車型尾門內板為例，介紹三動拉延成形方式在該類零件上的應用，并對目前調試過程出現(xiàn)的問題進行了說明和總結。

零件分析

產(chǎn)品信息

本文尾門內板的厚度為0.7mm，材料為DX56 D+Z 100 MBO，重量為5kg，理論毛坯尺寸為1660mm×1255mm，零件如圖1所示，材料參數(shù)見表1。

表1 零件材料主要參數(shù)

零件成形難點

經(jīng)過初步CAE分析及工藝規(guī)劃判斷，有以下成形難點：

⑴拉延開裂。圖2a紅圈所示位置零件造型變化陡，拉延極易開裂。若按常規(guī)思路，采用先降低拉延深度，再后序整形到位的工藝設計，其成形表面質量不如直接拉延成形好。本文示例即為三動拉延成形到位。

⑵拉延產(chǎn)生波紋。圖2b中紅圈處由于造型下塌及周圍造形復雜、變化急劇，變形不充分也容易出現(xiàn)表面質量缺陷。

⑶翻邊起皺。圖2c所示法蘭面區(qū)域較大，無法直接拉延成形，只能采取拉延時降低此處高度，后工序整形得到產(chǎn)品形狀。但翻邊高度較大，易產(chǎn)生表面質量缺陷。

圖1 尾門內板零件圖

圖2 零件成形難點

沖壓工藝性分析

拉延板料需要落料處理以滿足零件的成形，落料外形如圖3所示。

圖3 落料形狀

現(xiàn)對零件的沖壓工藝性分析介紹如下：

確定沖壓方向

在汽車坐標系下，產(chǎn)品的狀態(tài)如圖4所示，常見的拉延成形（單動拉延）沖壓方向示例如圖5所示，拉延深度較淺且均勻，與其他成形方式相比毛坯較小，后工序設計相對簡單，整套設計、制造、調試經(jīng)驗豐富。

圖4 坐標系下的產(chǎn)品狀態(tài)

圖5 常見的拉延成形沖壓方向

但本文示例零件限于沖孔及翻邊實現(xiàn)可能性，常見的拉延沖壓方向設置不適用。

因此，設置拉延沖壓方向時，零件繞+Y向旋轉-235°，用Autoform軟件檢查沖壓方向未發(fā)現(xiàn)負角。

確定拉延成形方式

根據(jù)生產(chǎn)線設備條件，拉延成形方式可采用單動拉延和三動拉延，兩種成形方式特點對比如下：

⑴單動拉延。設置有外壓料面、窗框內壓料面，拉延深度較大，毛坯尺寸偏大，易出現(xiàn)表面質量缺陷，但模具設計、制造相對簡單，經(jīng)驗成熟。

⑵三動拉延：設置有上、下外壓料面及獨立凹模，拉延深度淺，毛坯尺寸相對較小，材料利用率高，成形表面質量穩(wěn)定；但模具設計、制造復雜，成本較高、調試難度大。

考慮材料利用率及零件成形質量，本文示例采用三動拉延成形方式。

工藝補充設計

工藝補充設計的目的是均勻進料，使壓料面與上模接觸面積最大，壓料面作用力能夠得到更好的分布，毛坯在拉延過程中不容易產(chǎn)生波紋。波紋是起皺的趨勢，無波紋則表面質量會更完美。在實際生產(chǎn)中，也可以通過改變摩擦力系數(shù)來調整拉延面的作用力大小。

完成后的三動拉延工藝補充與單動拉延工藝補充的效果對比如圖6所示。三動拉延形式的拉延深度比單動拉延降低了75mm左右，由于拉延深度降低了，毛坯走料更容易，零件內部開裂風險減小，成形質量更易保障，同時廢料區(qū)較少，材料利用率也得到提高。

圖6 單動拉延與三動拉延效果對比

CAE分析

確定成形方式后，對零件進行CAE分析，本文示例采用Autoform軟件。三動拉延的工具設置如圖7所示，下壓邊圈有效行程60mm，上壓邊圈與上凸模之間行程130mm，上模獨立凸模比上凸模提前20mm成形到底。

圖7 三動拉延的工具設置

CAE計算結果如圖8所示，零件總體成形充分，無明顯缺陷。

圖8 CAE分析結果

對于模具結構及壓邊力設置，需要注意以下兩點：

⑴上模分拆獨立凸模的CAE結果較上模未分拆獨立凸模的CAE結果略好，如圖9所示。從圖9可以看到，拆分獨立凸模前，該區(qū)域變形不充分，有明顯的起皺趨勢，而拆分獨立凸模后變形充分，成形質量變好。同時，獨立凸模的工藝補充深度要適中，成形凸R不要太大，需要反復調整工藝補充設計并進行CAE驗證，從而得到理想的結果。

圖9 上模有無獨立凸模的效果分析

⑵上、下壓邊圈的壓邊力關系。本文示例中，下壓邊力較上壓邊力大，目的是讓上凸模與上壓邊圈先成形到位，盡量多儲料以保證零件內部成形質量。若下壓邊力較上壓邊力小，下凹模成形前儲料不足，則成形開裂風險較大。同時，如果生產(chǎn)設備的氣墊需要考慮預加速行程，則必須保證下凸模接觸板料前，下氣墊壓力已到位。

因本文主要討論拉延成形，后工序沖壓工藝設計雖復雜但較常規(guī)，這里就不一一贅述了。

生產(chǎn)現(xiàn)場問題及解決措施

生產(chǎn)現(xiàn)場問題及解決措施

三動拉延模具設計、制造比較復雜，各種關聯(lián)因素較多，因而在生產(chǎn)現(xiàn)場還是遇到了一些問題。

尾燈處拉延開裂

尾燈處在上模獨立凸模到底時拉延開裂，如圖10所示。

圖10 尾燈處拉延開裂

原因分析：通過調試觀察，上凸模與上壓邊圈成形到底時，板料流入量與CAE分析相差太多，在下凸模成形前儲料不足導致拉延開裂。又查模具圖紙及現(xiàn)場實物得知，上壓邊力設計為90t，比CAE分析壓邊力70t多出20t。上壓邊力過大，導致板料流動困難及拉延開裂。

解決方案：參照CAE分析，減少上壓邊圈氮氣缸數(shù)量以減小上模壓邊力至70t，同時適當降低尾燈處外壓料面的拉延筋高度，開裂問題得到解決。

獨立凸模處拉延開裂

上模獨立凸模與上凸模分型處拉延開裂，如圖11所示。

圖11 上模獨立凸模處拉延開裂

原因分析：產(chǎn)品該處R角過小，成形過程中材料變薄過快，導致拉延開裂。

解決方案：放大該處R角，通過后工序整形得到產(chǎn)品形狀。經(jīng)CAE分析及現(xiàn)場驗證，開裂問題得到解決。需要注意的是，采取放大R角的措施，要保證與周圍區(qū)域的過渡自然、平緩，避免次生缺陷。

結束語

前期的沖壓工藝設計對零件的最終質量起到關鍵作用，但汽車覆蓋件種類繁多，成形難度各異，不同零件的沖壓工藝設計的成形工藝要求也不同，因而需要具體問題具體分析，全面考慮，選擇最優(yōu)的沖壓工藝方案，以達到最理想的成形效果。本文所采用的三動拉延工藝方式在生產(chǎn)實際中取得了不錯的效果，得到了客戶的認可。當然也遇到了一些問題，這正需要我們積極思考，解決問題，積累經(jīng)驗，在總結中不斷優(yōu)化創(chuàng)新，為以后類似零件沖壓工藝設計提供技術理論和實踐支撐。