拉深類沖壓零件表面起皺的原因分析及解決方案

文/李先艷，鄧浩東，趙威·格力電器（武漢）有限公司

由于冷沖壓件具有質(zhì)量穩(wěn)定、互換性好、節(jié)約材料、生產(chǎn)效率高等特點(diǎn)以及能夠加工出壁薄、重量輕、剛性好、形狀復(fù)雜的零件，因此在航空航天、機(jī)械、電子信息、交通、輕工、暖通空調(diào)、儀器儀表等行業(yè)均被大量應(yīng)用。暖通空調(diào)行業(yè)中空調(diào)外機(jī)產(chǎn)品的外觀件絕大部分由冷沖壓件構(gòu)成，冷沖壓件分為拉深類零件和非拉深類零件。拉深類零件表面起皺的質(zhì)量問(wèn)題較為頻繁和突出（圖1），嚴(yán)重影響產(chǎn)品的生產(chǎn)質(zhì)量，因此如何解決拉深類零件起皺具有重要研究意義。

圖1 拉深類零件起皺

工程概況

拉深類零件的材料選用國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)牌號(hào)08AL型號(hào)的熱鍍鋅板，08AL是含碳量為0.08%優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼的鋁脫氧鎮(zhèn)靜鋼冷軋板，廣泛應(yīng)用于需要有良好的成形性和塑性但強(qiáng)度要求不高的產(chǎn)品中，如家用空調(diào)產(chǎn)品中的面板、外罩、頂蓋等拉深類零件。本文選取家用空調(diào)產(chǎn)品中的面板作為分析對(duì)象。

面板在拉深成形過(guò)程中，主要受到原材料與模具性能的影響。其中拉深成形過(guò)程中模具性能主要包括：凸凹模成形面的壓料力、拉深面的錐度、拉深面的阻料筋、拉深面的高度等。

要素分析

凸凹模成形面的壓料力

面板簡(jiǎn)化后的模型如圖2所示，實(shí)際生產(chǎn)中常用以下公式計(jì)算壓邊力的大?。篜=K×L×t×σb；

式中K—系數(shù)，K=0.5～0.8；L—盒形件區(qū)域周長(zhǎng)；t—材料厚度；σb—材料的抗拉強(qiáng)度。

圖2 面板簡(jiǎn)化后的模型

通過(guò)AutoCAD軟件計(jì)算，面板簡(jiǎn)化后模型的盒形件區(qū)域周長(zhǎng)L1=1210mm和L2=1700mm，零件的厚度t=1.0mm。通過(guò)查詢材料學(xué)資料，08AL型號(hào)熱鍍鋅板的抗拉強(qiáng)度σb為280～350MPa，這里K取0.5，σb取 350MPa。

把已知條件帶入以上公式得：

P1=K×L1×t×σb=211750N；

P2=K×L2×t×σb=297500N；

P=P1+ P2=211750+297500=509250N；

可以將面板的壓料力取整數(shù)值為500kN。

在其余對(duì)面板起皺影響因素相同條件下，在不同壓力條件下進(jìn)行試驗(yàn)，不同的壓力可以通過(guò)更換不同受力彈簧或者采用氮?dú)鈴椈蓪?shí)現(xiàn)。匯總完畢后的試驗(yàn)情況如表1和圖3所示，通過(guò)表1中的數(shù)據(jù)可以得出，在理論計(jì)算壓力下，板料受模具的壓力越大，起皺越不明顯，當(dāng)壓力升到一定值后，起皺現(xiàn)象消失。

拉深面的錐度

圖3 面板起皺試驗(yàn)情況

在其余對(duì)面板起皺影響因素相同條件下，通過(guò)更換面板不同的成形面錐度A，也出現(xiàn)不同的起皺情況，如表2和圖4所示。在后續(xù)生產(chǎn)過(guò)程中，滿足產(chǎn)品設(shè)計(jì)前提下，盡量將成形面的錐度加大來(lái)降低面板起皺的問(wèn)題。

拉深面四周增加阻料筋

面板在拉深過(guò)程中，拉深面四周的材料會(huì)通過(guò)塑性變形轉(zhuǎn)移到正在拉深的表面，而塑性變形一旦失穩(wěn)，就會(huì)出現(xiàn)起皺的現(xiàn)象。通過(guò)在拉深面四周增加阻料筋來(lái)防止塑性變形失穩(wěn)的問(wèn)題，同步可以解決面板表面起皺的問(wèn)題。拉深面四周是否增加阻料筋的試驗(yàn)結(jié)果如表3和圖5所示，通過(guò)試驗(yàn)結(jié)果可以得出，在拉深面坡度較大的情況下，可以通過(guò)增加阻料筋來(lái)解決面板表面起皺的問(wèn)題。

表1 模具壓力試驗(yàn)情況

表2 成形面的錐度試驗(yàn)情況

圖4 成形面的錐度示意圖

表3 阻料筋試驗(yàn)情況

圖5 面板阻料筋情況

拉深面的高度

面板在拉深過(guò)程中，拉深面的高度越高，材料通過(guò)塑性變形轉(zhuǎn)移到正在拉深的表面難度越大，塑性變形出現(xiàn)失穩(wěn)的狀態(tài)隨之出現(xiàn)，面板出現(xiàn)起皺的現(xiàn)象逐步呈現(xiàn)。不同拉深面的高度試驗(yàn)結(jié)果如表4和圖6所示，通過(guò)試驗(yàn)結(jié)果可以得出，在滿足產(chǎn)品設(shè)計(jì)的要求下，應(yīng)盡可能地降低拉深面的高度來(lái)解決面板表面起皺的問(wèn)題。

表4 拉深高度試驗(yàn)情況

圖6 拉深高度示意圖

圖7 正常生產(chǎn)的產(chǎn)品

結(jié)束語(yǔ)

本文通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際驗(yàn)證，對(duì)凸凹模成形面的壓料力、拉深面的錐度、拉深面是否有阻料筋、拉深面的高度等不同的影響因素進(jìn)行對(duì)比分析，得出相應(yīng)的生產(chǎn)參數(shù)，達(dá)到生產(chǎn)出合格產(chǎn)品（圖7）的要求，為空調(diào)行業(yè)中拉深類的沖壓零件表面起皺問(wèn)題提出了解決方案。