二次拉延消除發(fā)蓋外板滑移線缺陷

文/邢巍，梁峰源，蔡健·廣州廣汽荻原模具沖壓有限公司

汽車市場競爭日益激烈，為了迎合消費(fèi)者的審美需求，汽車外覆蓋件的產(chǎn)品造型設(shè)計(jì)多通過棱線來凸顯不同的視覺美觀效果。由于產(chǎn)品存在尖銳凸出的棱線，滑移線缺陷已經(jīng)成為沖壓制造過程中常見的外觀缺陷。當(dāng)滑移線缺陷問題遺留到模具制造現(xiàn)場，由于現(xiàn)有工藝的局限性，現(xiàn)場能消除滑移線缺陷的手段就非常有限，并且耗時(shí)長效果不大，甚至?xí)绊懻麄€(gè)模具開發(fā)的進(jìn)度。因此，在工藝分析前期改善、消除滑移線缺陷具有重要意義。

滑移線產(chǎn)生的機(jī)理

滑移線是指在拉深過程中板料下表面與模具凸出的尖銳棱線造型接觸，在接觸壓力下材料在棱線處容易產(chǎn)生彎曲硬化，在板料下表面棱線R 角處產(chǎn)生印痕。隨著拉深的進(jìn)行，棱線兩側(cè)的材料流動(dòng)不均勻，這些印痕最終會(huì)滑出棱線R 角的一側(cè)，產(chǎn)生一條跟棱線差不多平行的帶狀印痕，稱為滑移線，在板件上打油石后更加明顯，可以直接目視發(fā)現(xiàn)。

基于AutoForm 的滑移線缺陷判斷

由于板料有厚度，認(rèn)為料厚對這種滑移線的印痕有一定的吸收能力。當(dāng)材料下表面產(chǎn)生的印痕缺陷完全被吸收而沒有在上表面出現(xiàn)滑移線缺陷的情況，涂裝后的板件是沒有滑移線缺陷的，這種情況是可以讓步接受的，沒必要再浪費(fèi)大量時(shí)間去解決這種問題。當(dāng)材料下表面的印痕滑出棱線R 角并且嚴(yán)重到一定程度(接觸應(yīng)力大于材料屈服強(qiáng)度的1/10)，則無法被吸收掉，在材料上表面也產(chǎn)生滑移線缺陷時(shí)，板件涂裝后也會(huì)存在滑移線缺陷。

根據(jù)經(jīng)驗(yàn)及實(shí)際現(xiàn)場驗(yàn)證，前期CAE 判斷不會(huì)存在滑移線缺陷的一般依據(jù)為：⑴滑移線沒有滑出棱線R 角；⑵在滑出R 角的情況下，反彎曲應(yīng)變不大于0.008 且最大接觸應(yīng)力小于材料屈服強(qiáng)度的1/10。

零件及問題介紹

某發(fā)動(dòng)機(jī)蓋外板(圖1)，主棱線R 角半徑約為r5mm，大燈附近最小夾角135°，斷面a-a 零件高度為67mm(圖2)。為了保證零件的剛性，拉延工藝補(bǔ)充面需要做到96mm 的深度，全周采用鎖死筋。工藝排布為拉延、全周修邊、全周正側(cè)翻邊，共三工序。

圖1 產(chǎn)品簡圖

圖2 斷面a-a

由于該零件棱線R 角小、夾角小、高度大等因素限制，在前期工藝分析設(shè)計(jì)階段無法消除滑移線。CAE 分析滑移線滑出距離為15.77mm(圖3)，最大接觸應(yīng)力為28.1MPa(標(biāo)準(zhǔn)要求是25.1MPa)。這個(gè)問題作為保留項(xiàng)留到模具制造現(xiàn)場，希望通過現(xiàn)場鉗工改善滑移線問題，但是通過現(xiàn)場鉗工可以優(yōu)化的手段非常有限，通過長時(shí)間的努力并沒有明顯改善，滑移線缺陷(圖4)基本跟前期CAE 分析一致。

圖3 CAE 分析滑出距離

圖4 沖壓零件滑移線缺陷

常規(guī)方法的分析驗(yàn)證結(jié)果

由滑移線產(chǎn)生的機(jī)理可知，解決滑移線缺陷的基本思路主要是減少棱線處材料流動(dòng)和降低棱線處模具跟材料的沖擊力即接觸應(yīng)力?；谶@個(gè)思路通常的解決手段有：⑴沖壓方向的調(diào)整；⑵工藝補(bǔ)充面的優(yōu)化；⑶拉延筋阻力調(diào)整。

在制造現(xiàn)場發(fā)現(xiàn)滑移線無法消除后，基于現(xiàn)有工藝基礎(chǔ)又進(jìn)行了大量的CAE 分析驗(yàn)證，各種分析驗(yàn)證結(jié)果歸納見圖5。結(jié)果都沒有消除滑移線缺陷。

圖5 CAE 驗(yàn)證結(jié)果

二次拉延工藝方案

二次拉延工藝方案的總體思路不變，如圖6 所示。首先，一次拉延除主棱線R 角外其余造型全部拉延到位，棱線R 角改大到r30mm(具體零件具體分析)。目的是加大棱線R 角降低模具跟材料的沖擊力，材料在滑過R 角時(shí)不會(huì)產(chǎn)生硬化。然后，二次拉延把棱線R 角處拉延到產(chǎn)品狀態(tài)，這樣二次拉延時(shí)棱線R 角的成形量是很少的，而且兩邊的材料流動(dòng)是均勻的，不會(huì)存在往一側(cè)滑動(dòng)的現(xiàn)象。

圖6 主棱線斷面圖

通過AutoForm 分析驗(yàn)證，一次拉延后棱線處沒有滑移，最大接觸應(yīng)力為10.41MPa(圖7)；二次拉延后滑移距離為3mm，沒有超出R 角范圍，最大接觸應(yīng)力為25.17MPa(圖8)。在分析驗(yàn)證基本達(dá)成判定標(biāo)準(zhǔn)的情況下，我們新增了一套模具作為二次拉延工序，最終樣件確認(rèn)消除了滑移線缺陷(圖9)。

圖7 一次拉延接觸應(yīng)力

圖8 二次拉延接觸應(yīng)力

圖9 消除滑移線的零件

二次拉延工藝是不得已而為之，因?yàn)闀?huì)增加工裝成本，以及受生產(chǎn)線工序數(shù)的限制等。優(yōu)先按常規(guī)工藝進(jìn)行優(yōu)化嘗試，確實(shí)需要用到二次拉延工藝，最好是在工藝分析前期就能提前預(yù)示。

結(jié)束語

通過對某發(fā)蓋外板出現(xiàn)滑移線缺陷問題基于AutoForm 進(jìn)行CAE 驗(yàn)證分析，在常規(guī)方法無改善效果的情況下探討研究二次拉延工藝對滑移線缺陷的改善效果，通過模具制造現(xiàn)場的實(shí)際驗(yàn)證，證明該方法可行。同時(shí)，反向證明了滑移線判斷依據(jù)的可靠性。為往后新車型外覆蓋件開發(fā)提供寶貴經(jīng)驗(yàn)，可以大大縮短模具開發(fā)周期。