汽車覆蓋件拉伸模常見故障及解決

董超

摘 要：汽車覆蓋件（以下簡(jiǎn)稱覆蓋件）是指構(gòu)成汽車車身或駕駛室、發(fā)動(dòng)機(jī)和底盤的薄金屬板料制成的異形體表面和內(nèi)部零件。拉伸是以平板毛坯通過拉伸模制成筒形（或其它斷面形狀）零件，或以筒形（或其它斷面形狀）的毛坯再制成筒形（或其它斷面形狀）零件的工序。拉深材料的變形主要發(fā)生在凸緣部分，拉深變形的過程實(shí)質(zhì)上是凸緣處的材料在徑拉應(yīng)力和切向壓應(yīng)力的作用下產(chǎn)生塑性變形，凸緣不斷收縮而轉(zhuǎn)化為筒壁的過程，這種變形程度在凸緣的最外緣為最大，本文主要通過拉伸原理及變形過程分析，解決拉伸過程產(chǎn)生的開裂問題。

關(guān)鍵詞：汽車覆蓋件；拉伸模；問題解決

1 緒論

汽車覆蓋件一般都具有特殊的外形（空間曲面），大都采用拉伸成形，才能滿足產(chǎn)品外觀和尺寸的特殊要求。大多數(shù)汽車覆蓋件在拉伸過程中不僅成形困難，而且容易產(chǎn)生回彈、起皺、拉裂、表面缺陷和平直度低等質(zhì)量問題。拉伸工序在沖壓件的整個(gè)設(shè)計(jì)、生產(chǎn)過程中是至觀重要的。所以如何解決好覆蓋件在拉伸工序中出現(xiàn)的各類問題，一直以來都是沖壓工藝人員孜孜以求、不斷探尋的目標(biāo)。

2 汽車覆蓋件拉伸時(shí)的變形基理

要想解決好汽車覆蓋件在拉伸時(shí)出現(xiàn)的各種質(zhì)量問題，必須需先要了解汽車覆蓋件在拉伸過程中的變形基理，即在拉伸過程中的受力情況及應(yīng)力應(yīng)變的狀態(tài)。

工件的凸緣部分是拉折式的主要變形區(qū)。這部分受三個(gè)方向應(yīng)力作用。其徑向受拉應(yīng)力的σρ作用，切向則受壓應(yīng)力σθ作用。這兩種應(yīng)力是坯料產(chǎn)生塑性變形，并向中心移動(dòng)逐漸進(jìn)入凸模與凹模所形成的間隙里，追中形成零件的側(cè)壁。在凸緣的厚度方向，由于壓邊圈的作用，皮料又受到壓應(yīng)力σt的作用，在一般情況下，σρ和σe的絕對(duì)值要比στ大得多。

工件圓角部分是一個(gè)過渡區(qū)。這部分材料的應(yīng)力及應(yīng)變比較復(fù)雜。處在徑向受拉應(yīng)力σe和切向壓應(yīng)力σθ外，還由于承受凹模圓角的壓力和產(chǎn)生彎曲作用，而在厚度方向承受壓應(yīng)力σt的作用如圖（一）.

工件側(cè)壁部分是已經(jīng)經(jīng)歷塑性變形的變形區(qū)。這部分在繼續(xù)拉伸時(shí)，凸模的拉伸力邀京側(cè)壁傳遞到凸緣部分，因此這部分承受單項(xiàng)拉應(yīng)力σe作用發(fā)生少量的縱向拉長(zhǎng)和變薄，如圖（二）。

工件底部凸模圓角是過渡區(qū)域。它承受徑向拉應(yīng)力σe和切向拉應(yīng)力σθ的作用。同時(shí)，咋愛厚度方向上由于凸模的壓力和彎曲作用，而又受壓應(yīng)力σt的作用，如圖（一）。

材料在拉伸前后，工件底部始終是平的，不產(chǎn)生大的變形。但由于拉伸作用，材料蔣受兩向拉應(yīng)力，厚度變薄，如圖（一）。

隨著應(yīng)力的分布不同，材料的應(yīng)變狀態(tài)各部分也不一樣。這可根據(jù)工件變化情況來分析應(yīng)變狀態(tài)。一般情況下，工件拉伸后地步略有變薄，但基本上等于元坯料厚度。側(cè)壁部分在拉伸過程中，處于凸緣部分位置時(shí)，同時(shí)受到徑向拉應(yīng)力σe和切向壓應(yīng)力σθ的作用。由于越到凸緣，需要轉(zhuǎn)移的材料越多，切向壓應(yīng)力值越大，致使越到下部變薄越大，使工件側(cè)壁上段增厚，而由于需要轉(zhuǎn)移的材料少，切向壓應(yīng)力的值小而徑向拉應(yīng)力值大，致使越到下部變薄越大，由壁部向底部轉(zhuǎn)角稍向上處則出現(xiàn)嚴(yán)重的變薄現(xiàn)象。另外從硬度角度來分析，材料拉深后，沿高度方向上零件個(gè)部分的硬度也不一樣，越到上沿，硬度值也越高。

綜上所述：平板坯料拉伸過程中的應(yīng)力應(yīng)變狀態(tài)可以這樣來理解：拉伸時(shí)，由于坯料受力而發(fā)生了坯料內(nèi)部的相互作用，使坯料內(nèi)部各點(diǎn)產(chǎn)生了內(nèi)應(yīng)力，在徑向產(chǎn)生了拉應(yīng)力σe，在切向產(chǎn)生了壓應(yīng)力σθ。在σθ和σe的共同作用下，凸緣區(qū)的材料先發(fā)生了塑性變形，并不斷被拉如凹模內(nèi)，因而成為不同壁厚的工件。

3 汽車覆蓋件在拉伸工序中的常見故障及解決措施

3.1 法蘭邊起皺及其引起的開裂

拉伸件轉(zhuǎn)角部位法蘭邊在拉伸過程中始終處于徑向受拉，切向受壓的雙向應(yīng)力狀態(tài)。由于切向壓應(yīng)力的作用，法蘭邊處的板料不可避免的被壓縮起皺，使板料增厚。若拉伸的深度越深，轉(zhuǎn)角半徑越小，法蘭邊的寬度越寬，則產(chǎn)生的褶皺越嚴(yán)重。如果法蘭邊為工藝補(bǔ)充部分，經(jīng)后道工序修邊可以去掉時(shí)，則法蘭邊的起皺可適當(dāng)?shù)姆潘煽刂?，以不影響其它部位的成型為宜。如果法蘭邊是制件的一部分，必須保留時(shí)，這種起皺必須加以有效控制，控制方法是：

（1）增加拉伸時(shí)的壓邊力（壓機(jī)本身壓料力；拉延筋、拉延檻、壓料面的控制）。增加壓邊力的方法是增加模具的壓邊面的面積。因此壓邊力不能無限制地增加，以防止其他部位產(chǎn)生失穩(wěn)。

（2）在壓邊力不增加的情況下，適當(dāng)?shù)卣{(diào)整圓角半徑部位的頂桿壓力，如圖所示在頂桿上部與壓邊圈下平面之間加調(diào)整墊片，利用壓邊圈輕微變形使圓角部分的壓邊力增加，從整體上平衡壓邊面上的各處壓邊力。

（3）將凹模圓角半徑變大，減小板料進(jìn)入凹模時(shí)的變形阻力，可有效解決開裂現(xiàn)象。

（4）壓邊圈平面處于良好配合狀態(tài)，拉伸是通過凹模平面和壓邊圈來控制材料的均勻流動(dòng)，而且板厚隨沖壓行程作相應(yīng)變化，因此，必須通過研磨適應(yīng)這種變化。淺拉深時(shí)，出于板料的變化量小，拉伸凹模面和壓邊圈平面只要研平就行，所以研磨沒有問題。當(dāng)進(jìn)行深拉伸時(shí)，板厚的變化很大，所以必須與模具很好地配合。

3.2 凸模圓角部位的開裂現(xiàn)象

凸模圓角處的開裂，原因有兩個(gè)方面：

（1）凸模圓角過小。由于板料在拉伸過程中此處變薄最為嚴(yán)重，因此過小的圓角會(huì)加劇板料的變形程度，最終導(dǎo)致開裂。拉伸的深度越深，這種變薄的程度就越大。因此必須對(duì)凸模圓角加以修正，放大。這種情況在現(xiàn)場(chǎng)處理最好。

（2）法蘭邊部分的壓邊力過大，具體的判斷方法是仔細(xì)觀察法蘭邊板料表面的變化，壓邊力過大時(shí)，可以明顯地看出，法蘭邊的起皺現(xiàn)象非常輕微，局部有發(fā)亮的地方。如果此時(shí)這個(gè)壓邊力值是必須的（防止其他部分的側(cè)壁出現(xiàn)緩松現(xiàn)象），那么在平衡塊或凹模四角（產(chǎn)生開裂部分附近）與壓邊圈上平面之間可增加一個(gè)調(diào)整限位墊片。一般比料厚度高0.15～0.25，但由于板料會(huì)有差別，因此限位裝置必須在現(xiàn)場(chǎng)調(diào)整，以確定最終合適的高度值。

3.3 直邊側(cè)壁的緩松現(xiàn)象

緩松現(xiàn)象在直邊側(cè)壁上比較明顯，其原因是直邊部分的板料在經(jīng)過凹模圓角進(jìn)入凹模的，必然會(huì)產(chǎn)生彎曲變形。欲消除這種變形，側(cè)壁材料必須獲得足夠大的拉應(yīng)力以產(chǎn)生足夠的塑性變形。一般情況下，對(duì)于淺拉深件由于深度淺，緩松現(xiàn)象不明顯，基本上可以滿足產(chǎn)品要求。而對(duì)拉深較深的零件，這種現(xiàn)象就不能不引起關(guān)注。

直邊側(cè)壁的緩松現(xiàn)象多發(fā)生在拉伸的中后期，由于法蘭邊（壓邊圈表面的板料）面積越來越小。生成的阻力也隨之減少，造成側(cè)壁材料內(nèi)部拉應(yīng)力不能使板料產(chǎn)生足夠的塑性變形。彈性變形的成份相對(duì)增加，因此在拉伸件脫模后，受彈性變形的影響，直邊側(cè)壁產(chǎn)生回彈造成緩松。為此，解決的辦法是拉伸后期仍要為側(cè)壁材料提供足夠大的拉應(yīng)力，如增加壓邊力，增加拉延筋。

對(duì)深拉深件，設(shè)計(jì)制造模具應(yīng)有意識(shí)地對(duì)凹模圓角半徑在合理的取值范圍內(nèi)取最小值。其優(yōu)點(diǎn)是：

（1）較小的凹模圓角半徑取值與較大取值相比，前者在拉深后期壓邊圈內(nèi)沿周邊失去壓邊控制的面積小，產(chǎn)生的進(jìn)料阻力大。

（2）在拉深后期單靠壓邊圈提供的進(jìn)料阻力是不夠的，此時(shí)凹模圓角半徑小，材料經(jīng)過凹模洞口時(shí)產(chǎn)生的變形阻力就大，可為側(cè)壁提供較大的拉應(yīng)力，使側(cè)壁被拉直，最大限度地減小回彈量。

（3）較小的凹模圓角半徑取值，也符合模具設(shè)計(jì)的一般原則，半徑小，放大容易，而半徑大，變小則困難。

3.4 法蘭邊圓角內(nèi)凹情況下法蘭邊的開裂

這種情況多發(fā)生在汽車覆蓋件及形狀不規(guī)則的拉伸件上，如圖二所示，A處開裂與法蘭邊壓邊力的大小關(guān)系不大，而主要與法蘭邊處的板料形狀、法蘭邊處的板料形狀，法蘭邊寬度有關(guān)，是由A處板料在拉深過程中所處的應(yīng)力狀態(tài)決定的。A處板料始終處于徑向，切向均受拉的雙向拉應(yīng)力作用下，產(chǎn)生的失穩(wěn)必然是板料變薄開裂。這種開裂往往會(huì)波及到拉深件的側(cè)壁，易造成廢品。因此必須加以克服。但有一點(diǎn)必須注意，并不是拉深時(shí)A處不開裂，拉深件就是合格的。對(duì)B處而言，其應(yīng)力狀態(tài)是切向受壓，徑向受拉，產(chǎn)生的缺陷是B向起皺。為此，在解決A處開裂的同時(shí)，必須以B處不起皺為前提。因此，在實(shí)際的調(diào)試過程中，要求A處的展開料應(yīng)盡量小，始終保證A處相對(duì)B處在拉深時(shí)處于相對(duì)的弱區(qū)狀態(tài)，同時(shí)法蘭邊邊緣的剪切圓弧應(yīng)光滑連接，無毛刺，無加工硬化，凹模圓角半徑應(yīng)光滑，這樣的開裂現(xiàn)象基本上可以解決。

4 結(jié)束語

汽車覆蓋件在拉伸的過程會(huì)遇到很多方面的情況，其解決方法具體運(yùn)用起來不應(yīng)是單純、孤立的，在具體調(diào)試操作中還應(yīng)考慮到諸如板料的機(jī)械性能，沖床的成形速度，板料及模具的潤(rùn)滑，板料定位位置，拉深模的間隙等各方面因素。

對(duì)汽車覆蓋件中的拉伸件，為了控制拉深過程中材料流動(dòng)均勻，變形充分而又不出現(xiàn)起皺和拉裂，在沖壓上采用措施的基本原則是開流和限流。開流就是在需要材料流動(dòng)的地方減小阻力，使其順利流動(dòng)，以避免材料變薄破裂。限流就是在不需要材料流動(dòng)的地方增大阻力，限制其流動(dòng)以免多余的材料產(chǎn)生波浪而發(fā)生起皺。

參考文獻(xiàn)

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