轎車頂蓋拉延氣流變形機理淺析及解決對策

文/朱威，許強華，皮勁，謝勇剛·神龍汽車有限公司技術(shù)中心

轎車頂蓋拉延氣流變形機理淺析及解決對策

文/朱威，許強華，皮勁，謝勇剛·神龍汽車有限公司技術(shù)中心

本文描述了轎車頂蓋雙動拉延零件在快速沖壓過程中，由于凸凹模與板料之間進氣流量不一致，形成壓力差導致氣流變形缺陷的產(chǎn)生；并通過安裝單向閥，解決頂蓋氣流變形缺陷，保證其快速高效生產(chǎn)。

隨著國內(nèi)汽車行業(yè)的不斷發(fā)展，壓機、機器人自動化運行速度的不斷提高，如何高效地生產(chǎn)質(zhì)量優(yōu)良的沖壓零件是沖壓行業(yè)研究的重要課題。頂蓋作為汽車最重要的外覆蓋件之一，其外觀質(zhì)量的好與壞，直接影響到整車外觀的品質(zhì)。頂蓋零件一般外觀面積較大且結(jié)構(gòu)簡單，板料厚度通常為0.6～0.8mm，零件成形過程中主要依靠壓料圈內(nèi)板料脹形，材料減薄率較小，剛性較差，快速拉延成形過程中易產(chǎn)生變形，而頂蓋拉延變形一直是制約高速自動化生產(chǎn)的關(guān)鍵問題。

變形現(xiàn)象描述

某車型頂蓋OP20拉延模在1400t雙動機械壓機，以滑塊單次行程16次/分鐘的速度沖壓成形時，凸模隨滑塊快速上行過程中,零件型面中間區(qū)域被凸模帶起，而零件四周型面則緊貼壓料圈，從而導致零件出現(xiàn)巨大凹陷變形（圖1）。

圖1 頂蓋變形缺陷圖

該頂蓋生產(chǎn)材料規(guī)格牌號為DX54D+Z，采用料厚為0.67mm的鍍鋅鋼板；頂蓋模具結(jié)構(gòu)狀態(tài)：凸模型面和反成形區(qū)域上分別有四組菱形的和一排φ4.2mm的排氣孔（圖2a），壓料圈側(cè)壁有12個φ80mm的排氣孔（圖2b），凹模底部空開區(qū)域有3個φ80mm的排氣孔（圖2c），凸模與壓料圈周圈刃口之間的間隙均為3mm（圖2d）。

變形發(fā)生原因

圖2 頂蓋模具結(jié)構(gòu)圖

正確掌握生產(chǎn)過程中問題產(chǎn)生的原因是制定有效對策的必要前提，本文從頂蓋模具的運動過程來解析頂蓋在快速成形過程中出現(xiàn)A面變形的原因，圖3展示了頂蓋模具運動的4個主要過程。Ⅰ過程，當板料放置在凹模壓料面后，壓料圈啟動下行至下死點，與凹模壓料面共同夾緊板料；Ⅱ過程，當壓料圈下行至下死點后，凸模下行至接觸板料，此時凸模、壓料圈以及板料組成的空間被壓縮，致使該空間中的空氣通過凸模型面的排氣孔和凸模與壓料圈刃口之間的間隙排出；Ⅲ過程，凸模繼續(xù)下行，并帶動板料向下成形，此時板料與凹模組成的空間被壓縮，致使該空間中的空氣通過凹模底部的排氣孔排出；Ⅳ過程，凸模下行至下死點，板料完成成形，此時凸模與板料之間以及凹模與板料之間基本都處于真空狀態(tài)。

圖3 頂蓋雙動模具運動過程圖

當凸模到達下死點后即快速啟動上行，而壓料圈仍處于下死點未啟動上行。凸模與板料之間以及凹模與板料之間的真空狀態(tài)被釋放，空氣將通過凸模型面的排氣孔、凸模與壓料圈刃口之間的間隙以及凹模排氣孔進入這兩個空間。但由于凸模上行的瞬間速度較快，致使凸模與拉延零件之間的進氣流量要小于凹模與拉延零件之間的進氣流量，從而在凸模與拉延零件之間和凹模與拉延件之間的兩個空間形成壓力差，特別是凸模頂弧區(qū)域壓力差最大，導致頂蓋零件該區(qū)域在凸模達到下死點后迅速上行的瞬間會被凸模帶起形成巨大凹陷變形。這就是頂蓋拉延氣流變形發(fā)生的主要原因。

變形解決對策

針對以上的分析結(jié)果，要解決快速生產(chǎn)過程中出現(xiàn)的頂蓋拉延氣流變形缺陷，主要問題是消除凸凹模與拉延零件之間因進氣流量不一致而存在的壓力差。因此，解決對策有兩個行動方向：

⑴增加凸模方向進氣流量。主要措施有：增加凸模排氣孔數(shù)量，但由于排氣孔易造成頂蓋外觀面出現(xiàn)氣孔變形，因此凸?？捎糜阢@排氣孔的區(qū)域有限，只能在凸模反成形和不走料的區(qū)域增加排氣孔，導致該方法不能100%解決氣流變形缺陷；增加凸模與壓料圈刃口之間間隙，可以將四角區(qū)域凸模與壓料圈刃口之間間隙增加至5mm，在不降低材料利用率和壓料圈強度的前提下，其余周圈間隙可以增加至6～10mm，以此有利于加大凸模與拉延零件之間進氣流量。但由于無法定性地計算出凸凹模與拉延零件之間進氣流量是否平衡，該方法在前期模具設計和機加時期無法有效地控制氣流變形缺陷，需要根據(jù)后期調(diào)試過程情況予以解決。

⑵控制凹模方向進氣流量?？稍诎寄＝Y(jié)構(gòu)中增設一套單向閥排氣裝置，利用單向閥氣流單向進出的工作原理以控制凹模區(qū)域氣流進出流量。

通過摸索和試驗，確定單向閥結(jié)構(gòu)尺寸和安裝排布方式如圖4所示：在凹模底部型面空開區(qū)域沿Z向鏜3個φ80mm的通孔，以通孔中心為軸心鏜φ125mm、深40mm的孔作為單向閥安裝臺。

圖4 單向閥結(jié)構(gòu)和安裝方式示意圖

生產(chǎn)過程中，當壓料圈壓住板料、凸模向下運動時，單向閥打開（排出板料與凹模之間的氣體），防止排氣不暢，造成零件變形；當零件成形后凸模上升時，單向閥關(guān)閉，拉延零件和凹模瞬間形成近乎真空狀態(tài)，可與凸模和拉延零件形成近乎真空狀況相互抵消，消除兩區(qū)域的壓力差。從而有效地防止凸模上行時將拉延零件帶起，達到避免拉延零件變形目的。

結(jié)束語

⑴快速生產(chǎn)過程中頂蓋氣流變形缺陷是由于凸凹模與拉延零件之間進氣流量不一致，產(chǎn)生壓力差引起的。

⑵通過增加凸模排氣孔數(shù)量以及凸模與壓料圈刃口間隙方法在解決頂蓋拉延氣流變形問題中有一定的局限性。

⑶在頂蓋凹模中增設一套單向閥排氣裝置，通過單向閥氣流單向進出的工作原理可有效地保證模具運動過程中氣壓平衡，徹底消除拉延氣流變形缺陷。