汽車覆蓋件拉延開(kāi)裂和起皺的預(yù)防措施

文/王才·長(zhǎng)城汽車股份有限公司沖壓中心

汽車覆蓋件拉延開(kāi)裂和起皺的預(yù)防措施

文/王才·長(zhǎng)城汽車股份有限公司沖壓中心

覆蓋件多為空間曲面，形狀復(fù)雜、尺寸大，特別是表面質(zhì)量要求很高，表面必須光順，不允許有任何皺裂和拉痕等缺陷。這給覆蓋件成形的關(guān)鍵工序——拉延提出了很高的要求，而能否達(dá)到這些要求，關(guān)鍵在于拉延模。

汽車覆蓋件是指覆蓋汽車發(fā)動(dòng)機(jī)、底盤(pán)，構(gòu)成駕駛室和車身的沖壓成形表面零件，與一般的沖壓件比較，覆蓋件具有材料薄、形狀復(fù)雜（多為空間曲面形狀）、結(jié)構(gòu)尺寸大、表面質(zhì)量高等特點(diǎn)。覆蓋件的質(zhì)量好壞在很大程度上受拉延模質(zhì)量的控制，拉延模是沖出高品質(zhì)外觀件的關(guān)鍵，在工藝設(shè)計(jì)和模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)都必須認(rèn)真考慮，且盡量在設(shè)計(jì)階段規(guī)避缺陷的發(fā)生。后期模具制造完成后，在拉延模調(diào)試過(guò)程中，若拉延件出現(xiàn)開(kāi)裂和起皺現(xiàn)象，必須對(duì)此現(xiàn)象進(jìn)行仔細(xì)分析與研究后采取相應(yīng)的解決措施。因此，覆蓋件模具設(shè)計(jì)和制造調(diào)試是汽車制造廠家和模具制造廠家必須攻克的一道難題。

沖壓工藝設(shè)計(jì)對(duì)拉延件開(kāi)裂和起皺的影響

拉延件的工藝性是確定沖壓工藝首先要考慮的問(wèn)題，只有設(shè)計(jì)出一個(gè)合理的、工藝性好的拉延件，才能保證在拉延過(guò)程中不起皺、不開(kāi)裂或少起皺、少開(kāi)裂。所以，覆蓋件拉延件設(shè)計(jì)時(shí)不但要考慮沖壓方向、壓料面的形狀、拉延筋的形狀及位置、工藝補(bǔ)充部分的合理性等可變量的設(shè)計(jì)，而且各可變量設(shè)計(jì)之間又有相輔相成的關(guān)系，如何協(xié)調(diào)各變量的關(guān)系，是成形技術(shù)的關(guān)鍵，要使之不但滿足該工序的拉延件要求，還要為后續(xù)修邊、整形等工序創(chuàng)造有利條件。

確定正確的拉延方向

汽車覆蓋件的拉延成形一般是以拉延變形性質(zhì)和脹形性質(zhì)的復(fù)合形式來(lái)實(shí)現(xiàn)的，多數(shù)情況下，拉延變形為主要的變形方式。拉延方向的好壞，直接影響到拉延零件的質(zhì)量和模具的結(jié)構(gòu)復(fù)雜性，有時(shí)拉延方向確定不合理，甚至?xí)估訜o(wú)法進(jìn)行，因此，確定拉延方向是拉延工藝設(shè)計(jì)中十分重要的工作。拉延方向的設(shè)置要滿足以下原則：

⑴保證凸模能夠進(jìn)入凹模（無(wú)負(fù)角）。

確定拉延方向首先應(yīng)保證凸模能夠進(jìn)入凹模。因?yàn)楦采w件的某些部位為凹形或反拉延，所以覆蓋件的形狀決定了沖壓方向，如圖1所示，凸模不能進(jìn)入凹模，如果將其調(diào)整成某一角度（圖2），則可滿足要求。覆蓋件的形狀決定了拉延方向必須平行于窗口側(cè)壁面，如圖3所示。圖4所示為某車型頂蓋拉延方向，若按箭頭1拉延方向，雖然滿足凸模能夠進(jìn)入凹模的條件，但在拉延過(guò)程中凸模和凹模接觸時(shí)板料接觸面積小而且不在中間位置，這樣在拉延過(guò)程中易產(chǎn)生開(kāi)裂或板料竄動(dòng)而影響表面質(zhì)

圖3 拉延方向的確定

圖4 某車型頂蓋拉延方向的改變

圖5 某車型頂蓋后橫梁工藝補(bǔ)充部分

圖6 工藝補(bǔ)充的種類

圖1 凸模不能進(jìn)入凹模量，因此不采用。考慮拉延的條件，改變?yōu)榧^2所示的拉延方向，其優(yōu)點(diǎn)是板料拉延過(guò)程中與凸模接觸面積大且在中間部位有利于拉延，但凸模不能完全進(jìn)入凹模，必須改變形狀。其方法是A處往左彎成垂直面，在拉延以后適當(dāng)?shù)墓ば蛑性僬位貋?lái)，改變部分與整形回來(lái)部分的材料應(yīng)是相等的。

⑵壓料面各部位進(jìn)料阻力要均勻。

拉延深度均勻是保證壓料面各部位進(jìn)料阻力均勻的主要條件，進(jìn)料阻力不一樣，在拉延過(guò)程中板料有可能在凸模內(nèi)竄動(dòng)，嚴(yán)重的會(huì)產(chǎn)生破裂或皺紋。

合理增加工藝補(bǔ)充

為了實(shí)現(xiàn)拉延，將覆蓋件的翻邊展開(kāi)，窗口補(bǔ)滿，再加上工藝補(bǔ)充部分構(gòu)成一個(gè)拉延件。工藝補(bǔ)充部分是拉延件不可缺少的部分，直接影響到拉延成形，以及拉延后工序的方案，因此，必須慎重考慮工藝補(bǔ)充部分。

⑴確定工藝補(bǔ)充部分考慮的問(wèn)題。

拉延深度盡量淺。拉延深度的大小直接影響到拉延成形，拉延深度深，拉延困難且易開(kāi)裂，拉延深度淺，易成形，因此盡量使拉延深度淺，便于拉延成形。

盡量采用垂直修邊。垂直修比水平或傾斜修工藝補(bǔ)充少，模具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。

工藝補(bǔ)充盡量小。工藝補(bǔ)充部分在拉延完成后將被修掉，是工藝上必須的材料消耗，因此在能夠拉延出滿意的拉延件的前提下，盡可能地減小工藝補(bǔ)充部分，這樣可以提高材料利用率。

定位可靠性。拉延件設(shè)計(jì)時(shí)要考慮后序定位的可靠性，如考慮不充分，會(huì)直接影響修邊和翻邊等后工序的制件質(zhì)量。圖5中的黃色區(qū)域表示的就是某車型頂蓋后橫梁的工藝補(bǔ)充部分。

⑵工藝補(bǔ)充的種類。

①修邊線在拉延件壓料面（壓料面就是覆蓋件本身的凸緣面）上，垂直修邊，如圖6a所示。

②修邊線在拉延件底面上，垂直修邊，如圖6b所示。

③修邊線在拉延件翻邊展開(kāi)的斜面上，垂直修邊，如圖6c所示。

④修邊線在拉延件的斜面上，垂直修邊，如圖6d所示。

⑤修邊線在拉延件的側(cè)壁上，水平修邊，如圖6e所示。

選擇合理的壓料面

壓料面是汽車覆蓋件工藝補(bǔ)充的一個(gè)重要組成部分。在拉延成形的過(guò)程中，壓料面材料逐步拉入凹模腔內(nèi)，轉(zhuǎn)化為覆蓋件形狀。因此壓料面的形狀不僅要保證其本身材料的不皺不折，更重要的是，保證被拉入凹模腔內(nèi)的材料不皺不裂。圖7所示為某車型頂蓋后橫梁壓料面區(qū)域。

圖7 某車型頂蓋后橫梁壓料面區(qū)域

確定壓料面的基本原則為：⑴壓料面盡可能為平面或曲率很小的曲面（根據(jù)產(chǎn)品形狀），不允許有局部的起伏或折棱，當(dāng)毛坯被壓緊時(shí)，不產(chǎn)生褶皺現(xiàn)象。⑵壓料面的選取盡量降低拉延深度，使平面變淺。

工藝切口或沖工藝孔

⑴工藝切口的作用。

覆蓋件的中間部位需沖出某些深度較大的局部凸起或鼓包時(shí)，在拉延過(guò)程中，往往不能從毛坯的外部得到材料的補(bǔ)充而導(dǎo)致零件的局部破裂。這時(shí)，在局部變形區(qū)域部位沖出工藝切口或工藝孔，使破裂的區(qū)域從變形區(qū)內(nèi)板得到材料的補(bǔ)充。

⑵工藝切口的條件。

圖8 常用的拉延筋形式

必須在容易破裂的區(qū)域附近設(shè)置工藝切口，而這個(gè)切口又必須在拉延件的修邊線以外，以便在修邊工序中切除。例如車門(mén)內(nèi)外板、后背門(mén)內(nèi)外板等。

合理設(shè)置拉延筋的位置

在壓料面上設(shè)置拉延筋是調(diào)節(jié)和控制變形阻力的一種有效的方法。常用的拉延筋形式如圖8所示。

⑴拉延筋：其剖面呈半圓弧形狀，一般裝在壓料面上，而且凹模壓料面上開(kāi)出相應(yīng)的槽。由于拉延筋比拉延檻在采用的數(shù)量上、形式上都比較靈活，故應(yīng)用比較廣泛。

⑵拉延檻：其剖面呈梯形，類似門(mén)檻，安裝于凹模的洞口。它的流動(dòng)阻力比拉延筋大，主要用于拉延深度淺而外形平滑的零件，使用拉延檻可提高材料利用率。

起皺和開(kāi)裂現(xiàn)象的解決方法

起皺的解決方法

根據(jù)拉延件起皺的工藝分析結(jié)果及實(shí)際生產(chǎn)的主要表現(xiàn)（材料堆積，局部材料流動(dòng)性過(guò)大，模具壓力分配不均勻等），可采取以下調(diào)整方式。

⑴調(diào)整壓邊力的大小。

當(dāng)起皺情況在制件的四周均勻產(chǎn)生時(shí)，可通過(guò)增加氣墊壓力，降低平衡墊高度等方式解決。當(dāng)拉延曲率較大的制件時(shí)，拉延開(kāi)始時(shí)大部分材料處于懸空狀態(tài)，側(cè)壁易起皺，除增加壓邊力，還可以用增加拉延筋的數(shù)量和改變形狀等方式來(lái)增加進(jìn)料的阻力，消除褶皺。

⑵調(diào)整壓料面的間隙。

對(duì)直線彎曲變形區(qū)和延長(zhǎng)變形區(qū)，壓料面間隙由里向外逐步遞增，使材料運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，壓料面始終保持壓料作用，防止起皺等缺陷產(chǎn)生。對(duì)于壓縮變形區(qū)中材料處于徑向受拉，調(diào)整方法與前面相反。

⑶調(diào)整凹模圓角半徑。

凹模圓角半徑太大，會(huì)增大坯料懸空部位，減弱控制起皺的能力，調(diào)整時(shí)可適當(dāng)減小凹模圓角半徑。

開(kāi)裂現(xiàn)象的解決方法

制件開(kāi)裂的根本原因，在于拉延變形拉力大于破裂處材料的實(shí)際有效抗拉強(qiáng)度。結(jié)合模具狀態(tài)，解決拉延件開(kāi)裂的模具維修方法如下：

⑴調(diào)整拉延模具的壓邊圈平衡塊的相對(duì)高度，以適應(yīng)改變的精度偏差和調(diào)整凸、凹模的相對(duì)間隙，從而達(dá)到均衡受力的目的。

⑵調(diào)整凹模圓角半徑。凹模圓角半徑太小，零件易拉裂，加大凹模圓角半徑，可減小開(kāi)裂程度。

⑶改變拉延前沖壓板料的形狀，充分發(fā)揮工藝切口的優(yōu)勢(shì)，消除材料堆積造成的開(kāi)裂。

⑷修改拉延筋的形狀及位置。根據(jù)拉延件的形狀和材料厚度變薄率的變化趨勢(shì)，組合使用半圓筋條、檻筋，保證材料各方向流動(dòng)速度的均衡。

⑸調(diào)整壓邊力。減小壓邊力以加強(qiáng)材料流動(dòng)性。

⑹凸、凹模研合率低。增加研配量。

以上僅是從沖壓工藝設(shè)計(jì)和模具調(diào)試等幾個(gè)方面，討論了如何防止拉延件起皺、開(kāi)裂的問(wèn)題，但引起拉延件起皺開(kāi)裂的原因很多，必須具體問(wèn)題具體分析，不能一概而論。

結(jié)束語(yǔ)

實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)表明，沖壓覆蓋件起皺、開(kāi)裂的主要原是拉延過(guò)程材料堆積、局部材料流動(dòng)速度失衡，凸、凹模圓角磨損，模具壓力分配不均勻，壓料面磨損等。在解決實(shí)際問(wèn)題時(shí)，從以上幾個(gè)方面考慮解決方案會(huì)取得不錯(cuò)的效果，具有較好的實(shí)際參考意義。

王才，助理工程師，主要從事汽車模具及工藝研發(fā)工作。