文/朱立贊·杭州吉利汽車有限公司

汽車的零件外覆蓋件的要求嚴(yán)格，例如機(jī)蓋外板、側(cè)圍外板、左右翼子板等等。和一般沖壓件相比，覆蓋件具有材料比一般沖壓件的材料要薄、形狀較為復(fù)雜、形狀由多個(gè)曲面組成、零件較大、外觀表面質(zhì)量要求高、剛性好等特點(diǎn)。其中涉及的大型弧形外覆蓋件屬淺拉深，且表面形狀簡(jiǎn)單的零件在拉深成形過(guò)程中也會(huì)出現(xiàn)開(kāi)裂、變形、凹陷、起皺、剛性不足等問(wèn)題，造成零件外觀質(zhì)量達(dá)不到預(yù)定的質(zhì)量要求。覆蓋件表面質(zhì)量的高低取決于覆蓋件拉延的結(jié)果，而拉延模是拉出合格零件的關(guān)鍵。

頂蓋變形缺陷的研究與分析

下面針對(duì)頂蓋的幾種典型缺陷進(jìn)行分析：

拉延后四角凹陷

頂蓋拉延件成形后四周的凹陷是頂蓋拉延中最為常見(jiàn)的一種缺陷(圖1)。缺陷的原因主要有：凸模在局部淬火后成形面有隆起，導(dǎo)致型面整體不平順，零件成形過(guò)程中體現(xiàn)在零件上；零件成形過(guò)程中材料沒(méi)有充分展開(kāi)，導(dǎo)致零件成形后多料。

圖1 四角凹陷

天窗翻邊面

由于頂蓋天窗處一般為周圈翻邊且翻邊深度較大、R角較小、翻邊料邊不一致、應(yīng)力集中比較嚴(yán)重(圖2)。造成此缺陷的原因主要有：翻邊序的翻邊間隙過(guò)大、過(guò)小或不均勻，翻邊時(shí)周圈的翻邊順序不同步造成剪切式翻邊；翻邊時(shí)天窗處的壓料力不足導(dǎo)致翻邊時(shí)無(wú)法抵消零件的應(yīng)力變化。

圖2 天窗翻邊面

天窗四角塌陷

天窗四角塌陷(圖3)具體表現(xiàn)為型面處存在一定大小的凹坑，可用油石、光亮油、手感等檢驗(yàn)方式檢驗(yàn)。此缺陷一般是由于四角處為伸長(zhǎng)翻邊，翻邊圓角處有向上拱起的趨勢(shì)，如果此處壓料力不足或壓料芯研合不到位極易出現(xiàn)此類缺陷。

圖3 天窗四角塌陷

其他缺陷

在制件調(diào)試過(guò)程中有些缺陷可能不是由于工藝設(shè)計(jì)導(dǎo)致，如出氣孔過(guò)少導(dǎo)致拉延時(shí)整個(gè)制件無(wú)法及時(shí)排氣，造成零件成形過(guò)程中扭曲，實(shí)際生產(chǎn)中材料成形速度與前期工藝分析(理論值)存在差異等。

由于模具問(wèn)題導(dǎo)致零件報(bào)廢率達(dá)到10%，返修率100%。按每年5萬(wàn)臺(tái)計(jì)算，一臺(tái)的返修成本50 元，報(bào)廢成本200 元，一年損失300 萬(wàn)元，造成生產(chǎn)成本的嚴(yán)重超標(biāo)。為了降低零件返修率，節(jié)約成本，提升產(chǎn)品的品質(zhì)，對(duì)模具進(jìn)行整改，消除因上述原因所導(dǎo)致的返修。

現(xiàn)狀與問(wèn)題機(jī)理分析

⑴頂蓋剛性問(wèn)題，根據(jù)零件局部的造型進(jìn)行比較，由于頂蓋面積大，造型比較單一，大部分是沒(méi)有任何的加強(qiáng)造型，除MPV 之類的特大頂蓋之外，所以頂蓋剛性問(wèn)題是一直都存在的。采用CAE 分析方法對(duì)零件的沖壓負(fù)角，開(kāi)裂，起皺等問(wèn)題進(jìn)行分析比較準(zhǔn)確，可以相對(duì)精確的算出我們所需要的一些參數(shù)結(jié)果。

⑵頂蓋零件前后擋部位高度不一致，模具是由于前期設(shè)計(jì)工藝不完全，導(dǎo)致拉延模前后部位拉深深度不一致，前部拉深淺，后部深，導(dǎo)致板件在拉深過(guò)程中受力不均勻，材料在拉深過(guò)程中不能充分展開(kāi)，凸模在到底前過(guò)程中始終由拉深筋阻止前端材料往后端移動(dòng)，工藝設(shè)計(jì)時(shí)，沒(méi)有考慮該過(guò)程中成形力的轉(zhuǎn)變，所有拉深筋參數(shù)設(shè)定都一致，產(chǎn)生了前端小部分材料被拉到凹模中，無(wú)法充分成形，導(dǎo)致缺陷的產(chǎn)生從而導(dǎo)致板件頂部大面剛性差，產(chǎn)生變形、平面不順，局部B 面出現(xiàn)開(kāi)裂、隱裂、型面回彈等現(xiàn)象。

⑶網(wǎng)格分析技術(shù)直接反映出測(cè)量區(qū)域的變形(圖4)，材料的成形性能決定零件生產(chǎn)的穩(wěn)定性，分析發(fā)現(xiàn)后擋風(fēng)部分B 面進(jìn)料較多，而且走料不均勻，前擋進(jìn)料較少，造成零件產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力，零件不能充分拉深導(dǎo)致零件表面波浪不平。

圖4 網(wǎng)格分析

⑷頂蓋、機(jī)蓋這樣的大平面型的零件，模具內(nèi)的空氣要及時(shí)、有效的得到釋放，如無(wú)法及時(shí)的將空氣排出，就會(huì)造成壓縮空氣對(duì)零件擠壓，出現(xiàn)起皺、變形等情況，沖壓完成之后還會(huì)產(chǎn)生真空狀態(tài)，出現(xiàn)吸附零件現(xiàn)象。

⑸頂蓋剛性不足，天窗位置修邊后由于大面應(yīng)力釋放，造成整個(gè)天窗周邊區(qū)域沒(méi)有剛性，屬于坍塌的狀態(tài)，造成在翻邊成形之前與凸模表面不符，翻邊過(guò)程中上模壓料板的研合率和壓料面積不夠造成壓料不足，正常使用翻邊工作部位周邊70 ～100mm，同時(shí)上模氮?dú)鈴椈商峁┑膲哼吜Σ蛔?圖5)。

圖5 上模氮?dú)鈴椈商峁┑膲哼吜Σ蛔?/p>

解決方案

⑴針對(duì)開(kāi)裂位置進(jìn)行研合，確認(rèn)凸凹模之間的間隙，將凸凹模之間的間隙增大，同時(shí)增大凸模上出現(xiàn)開(kāi)裂的R 角使在成形過(guò)程中不會(huì)出現(xiàn)頂角，結(jié)合CAE分析確定材料流入方向，查看材料流入方向，找出開(kāi)裂位置材料流入的方向，增大此部位的材料流入，工藝包大小可以控制進(jìn)料的速度，所以將原有的高度5mm工藝包增加到10mm，很好的控制起皺部位的材料流入。

⑵頂蓋形狀單一簡(jiǎn)單，成形深度淺，變形、應(yīng)力比較均勻，成形過(guò)程中材料的變薄率比一般零件要低，采用方筋取代普通拉延筋。另外在原有阻料筋的基礎(chǔ)上，再外加一根，形成雙層拉延筋結(jié)構(gòu)。減少材料成形過(guò)程中材料的流入速度，達(dá)到零件型腔內(nèi)部材料自延展成形，頂蓋后擋部分工藝面選用前移13mm，使補(bǔ)充面面積增大，同時(shí)在增加壓邊面材料的流動(dòng)阻力，減小外部材料流入，在變形端面的兩處R 角使用工藝補(bǔ)充面，經(jīng)調(diào)試工藝補(bǔ)充面的高度約8 ～10mm，優(yōu)化進(jìn)料阻力，優(yōu)化壓邊圈拉深筋R 角，改變X 方向的進(jìn)料阻力。

⑶上下凸凹模的研合率要達(dá)到90%以上，在拉深模的調(diào)試過(guò)程中，間隙的可靠與否直接影響著拉深件的質(zhì)量。若調(diào)整不當(dāng)，在間隙大的一側(cè)，拉深件的走料過(guò)快容易變形，甚至在周邊會(huì)出現(xiàn)波浪形缺陷；而在間隙小的一側(cè)，拉深時(shí)材料不能貼緊型面，而是要向上鼓起，從而產(chǎn)生折皺。天窗部位在修沖之后造成四周剛性不足，成形天窗后角區(qū)域型面需要進(jìn)行強(qiáng)壓，以緩解該區(qū)域板料存在沖孔修邊后應(yīng)力釋放帶來(lái)的彈性回復(fù)。零件由于修邊之后剛性不足型面變軟，后工序凸模型面要符型前道工序型面，不然會(huì)出現(xiàn)零件型面整體下塌的情況，整改后零件剛性強(qiáng)。

⑷根據(jù)模具邊界會(huì)分出封閉空間氣腔相對(duì)應(yīng)的區(qū)域，每個(gè)區(qū)域至少分布一個(gè)排氣孔，位置取凹模的R 角部位，或者廢料區(qū)域，不可在凸模型面之上開(kāi)孔，零件成形會(huì)產(chǎn)生缺陷，在頂蓋凹模中心部分進(jìn)行了加大、追加一部分排氣孔，將4mm 的孔徑改制成8mm，如果追加部分排氣孔仍達(dá)不到預(yù)期的情況下可以開(kāi)孔徑200mm 的大排氣孔。

⑸對(duì)翻邊工序的上模壓料板進(jìn)行研合，上下模研合率達(dá)到95%，同屬將原有翻邊工作部位周邊的100mm 寬度的壓料面增加到150mm，增加成形時(shí)的壓料受力面受力。

⑹上模氮?dú)鈴椈稍O(shè)計(jì)氣壓是10MPa，在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中偏小，增加內(nèi)部氮?dú)鈴椈傻膲毫蠚鈮褐?5MPa。

⑺翻邊過(guò)程中由于翻邊間隙偏小造成零件在翻邊結(jié)束后，上模翻邊鑲塊在上行過(guò)程中給零件翻邊的側(cè)壁一個(gè)向上的摩擦力，造成翻邊對(duì)壓料有一個(gè)反作用力，所以將翻邊間隙調(diào)整至合格的最大狀態(tài)，壓料面研合率達(dá)到90%以上。

實(shí)施及驗(yàn)證

生產(chǎn)調(diào)試驗(yàn)證

⑴參數(shù)調(diào)整：前面提到整個(gè)頂蓋變形的首要原因是剛性不夠，拉深不夠充分，在現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試階段要加足氣墊壓力(圖6)，經(jīng)調(diào)試在零件不開(kāi)裂的情況下氣壓最高穩(wěn)定在0.30MPa，當(dāng)氣墊高度高于凸模形狀高度時(shí)，成形過(guò)程中，上模首先接觸到壓邊圈，使材料四周壓力均勻，氣墊高度一般高于型面20 ～30mm之間，保證氣墊壓力，拉深就越充分，所以優(yōu)化氣墊高度，使氣墊高度由175mm(與凸模平齊)提高至200mm(高于凸模)。

圖6 參數(shù)調(diào)整

⑵模具調(diào)整：調(diào)整四周平衡塊(如圖7)，模具的四個(gè)角都需要布置平衡塊，相距約400mm 布置一個(gè)，其基本參數(shù)是面壓值。注意，平衡塊安裝在壓邊圈上，調(diào)整上模與下模之間的間隙，以此來(lái)調(diào)整四周板件走料速度使四周的走料均勻，但是在保證走料均勻零件不開(kāi)裂的前提下，盡量將板件壓死，增加材料成形的阻力，使零件形成一個(gè)慢走料，這樣零件在拉深過(guò)程中才能充分的伸展。

圖7 模具調(diào)整

⑶沖次調(diào)整：調(diào)整設(shè)備的沖壓速度，不能過(guò)快，過(guò)快的話，第一會(huì)對(duì)排氣造成不利，第二對(duì)板件在拉深過(guò)程中的成形也非常不好，會(huì)導(dǎo)致不能充分拉深。

CAE 驗(yàn)證

對(duì)頂蓋進(jìn)行CAE 分析，按整改后方案設(shè)置后，頂蓋開(kāi)裂、起皺狀態(tài)見(jiàn)圖8，零件變薄率從1.07 下降到0.766。

圖8 CAE 分析圖

總結(jié)

名揚(yáng)指數(shù)： ★★★★☆名揚(yáng)江湖： 渤海名揚(yáng)詩(shī)句： 郁郁蒼梧海上山，蓬菜方丈有無(wú)間骨灰粉絲： 蘇軾緋聞粉絲： 徐福 秦始皇上榜理由： 云遮霧繞若仙境，方士名人各顯異；文人騷客多遺墨，古今皆是海景房

⑴通過(guò)CAE 方法進(jìn)行分析以及經(jīng)過(guò)對(duì)側(cè)面工藝補(bǔ)充面間隙的實(shí)物鉗工調(diào)整，轎車頂蓋缺陷主要為隱裂、開(kāi)裂、起皺等問(wèn)題。

⑵經(jīng)過(guò)CAE 分析主次應(yīng)變圖后可以對(duì)材料進(jìn)行網(wǎng)格實(shí)驗(yàn)，確定零件在成形中走料的過(guò)程和零件的變薄率，再針對(duì)分析出來(lái)的結(jié)果對(duì)模具進(jìn)行整改，調(diào)整頂蓋后擋部分工藝面選用前移13mm，使補(bǔ)充面面積增大，同時(shí)再增加壓邊面材料的流動(dòng)阻力，減小外部材料流入，在變形端面的兩處R 角使用工藝補(bǔ)充面，經(jīng)調(diào)試工藝補(bǔ)充面的高度約8 ～10mm，優(yōu)化進(jìn)料阻力，優(yōu)化壓邊圈拉深筋R 角，改變X 方向的進(jìn)料阻力，可以解決零件在板料成形過(guò)程中沒(méi)有充分拉深導(dǎo)致的零件剛性不足問(wèn)題。

⑶頂蓋在天窗修邊之后零件無(wú)剛性、應(yīng)力釋放造成的大面變形、剛性不足、回彈等問(wèn)題，經(jīng)過(guò)對(duì)拉深剛性的調(diào)整和對(duì)翻邊壓料面的研合與寬度的增加，增加50MPa 的壓邊力。

⑷經(jīng)過(guò)整改之后，零件調(diào)整側(cè)壁間隙消除開(kāi)裂問(wèn)題，報(bào)廢率從10%降低為0。增加工藝補(bǔ)充面后，零件的剛性達(dá)到所需要的要求，提升了產(chǎn)品的質(zhì)量，降低了產(chǎn)品由于拉深變形造成的返修，返修率降低100%。對(duì)翻邊壓料整改后改善了天窗四角變形。整改后整體效果如圖9 所示。

圖9 零件整改后效果

⑸通過(guò)這次零件所存在問(wèn)題的改進(jìn)，總結(jié)出幾個(gè)優(yōu)化工藝：頂蓋天窗部位在拉深過(guò)程中應(yīng)提前成形，避免在大面修邊之后產(chǎn)生應(yīng)力釋放的現(xiàn)象，同時(shí)周邊料邊部分增加加強(qiáng)造型，增強(qiáng)零件的剛性；天窗在翻邊過(guò)程中，使用托料與壓料翻邊，可以使零件在成形過(guò)程中不會(huì)產(chǎn)生變形；在零件存在前后面高低落差較大的情況下，考慮零件角度和深度較深一端二次成形的量；工藝面布局嚴(yán)格根據(jù)CAE 分析來(lái)設(shè)置。