汽車覆蓋件拉深成型缺陷產(chǎn)生的原因和解決措施

黃達(dá)輝

（廣西機電技師學(xué)院，廣西 柳州 545001）

1 汽車覆蓋件的特點

汽車覆蓋件成型材料薄、結(jié)構(gòu)尺寸大、形狀復(fù)雜（多為立體曲面），不但要求具有特定的使用功能，而且要求有一定的觀賞功能，被拉深的材料應(yīng)經(jīng)過充分的塑性變形，使制件有一定的剛性，有光順挺拔的表面和均勻而清晰的棱線，不允許有缺陷，尺寸精度高，以保證裝配準(zhǔn)確。

2 汽車覆蓋件的成型工藝

汽車覆蓋件通常采用高強度、高質(zhì)量、抗腐蝕的鋼板，成型設(shè)備采用具有穩(wěn)定壓邊力的雙動壓床或三動沖床。汽車覆蓋件沖壓工藝編制、沖模設(shè)計、沖模制造工藝都有一些特殊的要求，汽車覆蓋件模具常把落料、拉深、修邊、翻邊、沖孔工序進(jìn)行組合設(shè)計，力求減少沖壓工序，降低生產(chǎn)成本。拉深、修邊和翻邊是最基本的工序，其中拉深工序是覆蓋件沖壓成型的關(guān)鍵工序，它直接影響產(chǎn)品質(zhì)量、材料利用率、生產(chǎn)效率和制造成本。模具在設(shè)計過程中采取有限元來分析沖壓過程中板料的受力和流動方向，并通過結(jié)構(gòu)設(shè)計控制板料受力的大小和流動方向，大大提高模具成型質(zhì)量。

3 汽車覆蓋件拉深成型缺陷產(chǎn)生的主要原因

模具設(shè)計質(zhì)量、模具零件的制造精度、模具的裝配精度直接影響模具本身質(zhì)量，是影響汽車覆蓋件拉深成型缺陷產(chǎn)生的主要原因。模具材料的機械性能（拉深系數(shù)、屈強比等）、模具的間隙大小、模具加工工藝和熱處理工藝的選擇、模具零件使用過程中的正常磨損、使用狀況和保養(yǎng)、模具在機床上安裝或使用不當(dāng)都會造成汽車覆蓋件拉深成型過程中缺陷產(chǎn)生。沖壓設(shè)備的精度也會影響汽車覆蓋件拉深成型質(zhì)量。

4 汽車覆蓋件拉深成型缺陷分析及解決措施

4.1 拉傷

圖1 拉傷缺陷

圖2 模具成型表面整體鍍鉻

上圖1為汽車頂蓋，成型過程中在側(cè)面經(jīng)常產(chǎn)生拉傷，應(yīng)檢查模具以下技術(shù)狀態(tài)。

（1）檢查上道工序模具（制品）是否有劃傷。（2）檢查本工序模具表面是否有劃痕拉傷制品表面。（3）檢查模具成型表面是否因粗糙度未達(dá)到要求拉傷制品表面。（4）檢查是否壓邊力太大，造成料流困難，工件表面拉傷。（5）是否由于凸凹模間隙小，由于擠壓使制品表面拉傷。

在保證凸凹模合理間隙的前提下，采用火焰淬火的方式，淬硬成型凹模圓角達(dá)50HRC以上，拋光其表面粗糙度達(dá)Ra0.4μm，投入生產(chǎn)。由于模具材料本身的缺陷，淬硬后的凹模圓角由于磨損，凹模圓角處的表面粗糙度極易惡化，產(chǎn)品合格率只有75%，部分次品只能讓步接收。為提高產(chǎn)品合格率，徹底改善模具成型性能，將模具凹模圓角進(jìn)行激光硬化處理，硬度達(dá)58HRC，拋光（研磨）成型表面，粗糙度達(dá)Ra0.4μm，并將凹模整體鍍硬鉻，鍍層厚度0.05mm，拉傷缺陷得到的有效改善，產(chǎn)品下線合格提升至百分之九十五，效果顯著，生產(chǎn)效率得到較大提高（圖2）。

4.2 起皺

沖壓工件產(chǎn)生起皺缺陷是材料在拉深時受切向壓應(yīng)力作用而失去穩(wěn)定性的結(jié)果。切向壓應(yīng)力越大越容易失穩(wěn)起皺；凸緣區(qū)板料本身的抵抗失穩(wěn)的能力，凸緣寬度越大，厚度越薄，材料彈性模量和硬化模量越小，抵抗失穩(wěn)能力越小。

當(dāng)汽車覆蓋件出現(xiàn)起皺現(xiàn)象，應(yīng)考慮調(diào)整以下部位。

（1）壓邊圈。壓料力不足，起皺在制件四周出現(xiàn)，可逐漸加大壓料力消除起皺。當(dāng)拉深錐形件和半球件時，拉深開始時大部分材料處于懸空狀態(tài)，容易產(chǎn)生側(cè)壁起皺，可增加壓邊力和增加拉深筋來增大徑向拉應(yīng)力，消除起皺。（2）凹模圓角半徑。凹模圓角半徑太大，會增大胚料懸空部位，切向壓應(yīng)力增大，容易起皺；可適當(dāng)減小凹模圓半徑，增加胚料流動的阻力，消除起皺。（3）壓邊圈的壓料間隙。當(dāng)壓料內(nèi)側(cè)間隙小于外側(cè)間隙時，伸長類變形區(qū)在壓邊圈周邊方向和徑部均受拉應(yīng)力作用，料厚變薄，模具間隙相對增大，壓料力減少，壓邊圈終保持壓料作用，防止起皺等缺陷產(chǎn)生。當(dāng)內(nèi)側(cè)間隙大于外側(cè)間隙時，壓縮變形區(qū)中材料處于徑向受拉，切向受壓的應(yīng)力狀態(tài)，料厚有增大的趨勢，壓料間隙相對減小，進(jìn)料阻力增大，材料在拉應(yīng)力作用下易于破裂。（4）拉深間隙。在壓料力不易控制的情況下，采取調(diào)整拉深間隙的辦法，可消除因材料厚度變化而引起的壓料力變化對材料變形的不利影響，這種方法在調(diào)整拉深模時很有效的。

圖3

圖4

圖3的起皺部位處在零件成型尾部尖角處，變形機理比較復(fù)雜，板料流動難以控制，因而該處容易產(chǎn)生起皺，通常采用補焊方法減小圓角半徑R值，加大壓邊圈壓料力，調(diào)整減小凸凹模、壓料面間隙，一般取拉深間隙為1~1.1倍的料厚，加大拉深筋尺寸。

圖4的起皺部位處制件的平面位置，由于覆蓋件的形狀尺寸取決于產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)設(shè)計往往不利于拉深時的材料變形，增加一定的工藝補償，使拉深件在各個方向上均產(chǎn)生一定的拉深，用來調(diào)整材料達(dá)到較均勻的流動，并增加工件的剛性。由于模具成型時壓料力不足，壓料不到位，切向拉應(yīng)力增大，根據(jù)具體情況需要調(diào)整壓料力、凹模的R，使起皺區(qū)域在各個方向上均產(chǎn)生一定的拉深，調(diào)整材料達(dá)到較均勻的流動，并增加工件的剛性，改善制品質(zhì)量。

4.3 拉裂

拉深工件的“危險斷面”一般位于拉深件底部圓角與筒壁相切處。拉深工序中產(chǎn)生拉裂主要取決于筒壁傳力區(qū)中的拉應(yīng)力和抗拉強度。當(dāng)筒壁拉應(yīng)力超過筒壁材料的抗拉強度時，就會產(chǎn)生拉裂。

設(shè)計時，防止拉裂應(yīng)該合理選用拉深系數(shù)，確定拉深變形程度，編制拉深工藝；合理設(shè)置壓邊圈的尺寸和位置，設(shè)計凹模圓角半徑等模具成型部位尺寸，選用抗拉強度高的胚料。

當(dāng)汽車覆蓋件出現(xiàn)拉裂現(xiàn)象，應(yīng)考慮調(diào)整以下部位。

（1）壓邊圈。減小的壓料力。（2）拉深間隙。增加拉深間隙，并保證間隙均勻。（3）凹模圓角半徑。盡可能增加凹模圓角半徑，減小傳力區(qū)的拉應(yīng)力。凹模圓角半徑越小，料流阻力越大，傳力區(qū)的拉應(yīng)力也增大，產(chǎn)生拉裂。（4）凸模圓角半徑。凸模圓角太小，圓角處胚料變薄嚴(yán)重，容易拉裂。

另外，凸模與凹模的相對位置、胚料的尺寸、板材的質(zhì)量、潤滑不好、拉深速度等因素都可能造成拉裂。

圖5

圖6

圖5的拉裂部分在拉深的傳力區(qū)，靠近凹模圓角半徑處，由于壓邊圈的壓邊力過大，以致胚料與凹模、胚料與壓邊圈之間的摩擦力增大，進(jìn)料困難，使胚料拉深直壁部分變薄，當(dāng)拉應(yīng)力大于抗拉強度，造成拉裂。因此，在產(chǎn)品要求允許的情況下，盡量把凹圓角加大，適當(dāng)減小壓邊力，采用必要的潤滑，改善料流狀況，有利于拉深工藝的順利進(jìn)行，傳力區(qū)材料減薄得到改善，拉裂缺陷得到有效抑制。但必須注意，拉深專用油只能涂在凹模的工作表面，而在凸模和材料接觸的面不要潤滑。

圖6拉裂部分位于板材與凸模接觸部位，由于四周拉應(yīng)力太大，造成撕裂現(xiàn)象。首先減小撕裂局部區(qū)域上道工序的塑性變形量，以保證下道工序零件在該處有足夠的變形余量，同時盡量加大凸模圓角粗糙度，增加凸模與毛胚表面間摩擦，它可以防止材料滑動、拉裂以及變薄，減小四周的壓邊力，適當(dāng)增大凸凹模間隙，有利于四周材料流動，使拉深工藝順利進(jìn)行，提高了產(chǎn)品合格率。

5 結(jié)語

覆蓋件成型時，拉傷、起皺、開裂等缺陷有時同時出現(xiàn)，必須根據(jù)具體情況仔細(xì)研究和綜合分析原因，采用不同的方法去解決。模具作為一種特定的工藝裝備，應(yīng)使模具保持良好的技術(shù)狀態(tài)，做好沖壓設(shè)備的日常點檢工作，在模具開始作業(yè)、模具使用中、模具使用后做好覆蓋件成型質(zhì)量檢查工作，保證模具處于良好的技術(shù)狀態(tài)，最大限度延長模具的壽命，杜絕缺陷制件出現(xiàn)。