汽車覆蓋件拉伸起皺開裂分析及控制

wujianbo1985

汽車覆蓋件拉伸起皺開裂分析及控制
0 y8 Y2 a5 j& `/ C: a, t/ x4 c, ~東風汽車公司車身廠 梁云榮
[摘要] 對汽車覆益件在拉伸過程中的起皺和開裂現象進行了分析，并從工藝、設計、調整等幾個方面較詳細地說明了解決零件拉伸起皺、開裂的方法和控調措拖。
6 o& r3 O+ X- R, y, C2 x6 E. J+ M關鍵詞 汽車覆蓋件 拉伸 起皺開裂 控制措拖
# ?0 l! P. Y+ p( d' K$ D1 引言
汽車車身外形是由許多輪廓尺寸較大且具有空間曲面形狀的覆蓋件焊接而成，因此對覆蓋件的尺寸精度和表面質量有較高要求。車身覆蓋件要求表面平滑、按線清晰，不允許有皺紋、劃傷、拉毛等表面缺陷，此外還要求具有足夠的剛性和尺寸穩定性。車身表面質量的好壞取決于覆蓋件拉伸的結果，而拉伸模是拉出合格覆蓋件的關鍵。由于影響拉伸件質量的因索主要是起皺、開裂、拉毛和回彈，所以從編制沖壓工藝到模具設計都必須認真考慮。模具制造完畢，在拉伸模調試過程中，還必須對拉伸件的起皺和開裂現象進行仔細分析與研究，并采取相應的措施。
8 ~; H' c: b5 [拉伸件在拉伸過程中起皺和開裂的原因很多，主要原因有以下幾個方面：
(1)拉伸模設計工藝性是否合理。
$ @$ ]- M- J- A3 N(2)模具加工質量(表面精度、硬度等)引起的問題。
(3)壓力機精度(滑塊平行度等)。
(4)板料質量(厚度超差)。
現對上述造成開裂、起皺的原因分別進行討論。
' u( w* L1 I& q2　拉伸件加工工藝的確定
拉伸件的工藝性是編制覆蓋件沖壓工藝首先要考慮的問題，只有設計出一個合理的、工藝性好的拉伸件，才能保證在拉伸過程中不起皺、不開裂或少起皺、少開裂。在設計拉伸件時不但要考慮沖壓方向、沖壓位置、壓料面形狀、拉伸筋的形狀及配置、工藝補充部分等可變量的設計，還要合理地增加工藝補充部分，正確確定壓料面。各可變量設計之間又有相輔相成的關系，如何協調各變量的關系．是成形技術的關鍵，要使之不但滿足該工序的拉伸，還要滿足該工序沖模設計和制造工藝的需要，并給下道熔邊、翻邊工序創造有利條件，一般應注意以下幾個方面。
2.1 沖壓方向的確定
零件的沖壓方向是確定拉伸工藝首先要遇到的問題，它不但決定能否拉伸出滿意的拉伸件，而且還影響到工藝補充部分的多少和壓料面的形狀。合理確定沖壓方向應滿足以下3方面的要求。
- j4 R! V* z! g(1)保證凸模能夠進入凹模。如圖1a所示，凹模右方下邊的形狀向外凸出，最凸出點超過凹模口尺寸，使凸模不能進入凹模，這個拉伸方向是不能進行拉伸的，必須改變拉伸方向，使凸模能夠進入凹模。如圖1b所示，將圖1a沿順時針方向旋轉一個角度．使凸棋能夠進入凹模。

9 c+ n6 ~3 T% |4 i; j# W! k* ~(2)使凸模接觸毛坯的面積大。接觸面越大，接觸面與水平面的夾角越小．毛坯越不易發生局部應力過載而使零件產生破裂。材料在拉伸時貼模性能提高，容易獲得完整的凸模形狀，有利于提高零件的變形程度。
" J1 `/ Z  e9 C, {(3)壓料面各部分進料阻力要均勻可靠。拉伸深度均勻是保證壓料面各部分進料阻力均勻可靠的主要條件。而壓料面各部分進料阻力均勻是確保拉伸件不起皺、不開裂的重要保證。
, \, n' a/ P, v, B例如，東風3t車前圍上蓋板的拉伸深度較淺，考慮到各方位深度大致相同，為改善凸模拉伸毛坯的條件，有利于金屬內應力分布更均勻，保證沖壓件有更高的表面質量，確定沖壓方向為圖2所示的沿y軸順時針旋轉25°30'的方向，這樣選取有以下2個原因：①使得凸模接觸毛坯的面積大；②前圍上蓋板零件經過汽車位置旋轉一定角度后，壓料面是乎的，拉伸深度比較均勻，兩面進料阻力基本上一樣，增加壓料力可提高零件變形的均勻度，零件整體剛性提高。同時殘留應力分布均勻，減少殘留應力回復時帶來的回彈程度。

# h' `& ~/ B& y7 C2.2　合理增加工藝補充圈分
' w7 @; a; K) c為了實現拉伸，往往要在制件的基礎上增加工藝補充部分，從而達到滿意的拉伸效果。工藝補充的好壞是拉伸件設計水平的重要標志，合理的增加工藝補充部分應滿足以下3方面的要求：
. t$ T; Z' Z3 i' ^5 o  V! C" t  W7 `(1)該工序拉伸的要求。
(2)壓料面的要求。
! p6 H0 x( U3 i(3)拉伸后的修邊和翻邊工序的要求。
設計中應根據修邊線的位置確定各工藝補充部分的尺寸，特別是凹模R圓角處，因凹模圓角部分對抗伸毛坯進料阻力影響很大，直接關系到拉伸件的起皺或開裂，所以取值要合理。工藝補充部分的凹模圓角半徑一般取8-10mm，在能夠拉出滿意的拉伸件的條件下，盡可能減少工藝補充部分，但必要時還要有意增加工藝補充(如凹槽、斜槽、凸筋等)。如果在設計拉伸件時，經過仔細分析，已考慮到某一部分(形狀變化急劇的部分)在拉伸時有多余的金屬，材料易流動，可能會產生起皺，那么工藝人員就要有意在這部分的工藝補充上加凹槽或凸筋等，使多余的金屬在拉伸過程中流到凹模或凸筋中，充分吸收多余的材料，使拉伸不易起皺。同時加凹攢時要考慮到修邊容易去掉，這個方法可有效地耀決拉伸起皺問題。
3 ]8 y! x" a5 G/ p2.3　正確配定壓料面的形狀
  B7 M5 e5 }. A' J! T壓料面是工藝補充的一部分，在增加工藝補充時必須正確確定壓料面的形狀，使壓料面各部分進料阻力均勻可靠。要做到這一點，必須要保證拉伸深度均勻，因為只有在壓料圈將拉伸毛坯壓緊在凹模壓料面上，不形成皺紋或折痕，才能保證拉伸件不皺不裂。在確定壓料面時要盡量降低拉伸深度，使形面乎綏，還一定要保證壓料面展開長度比凸模展開長度短，材料才能產生拉伸。如果壓料面展開長度比凸模長，拉伸時可能會形成波紋或起皺。如果壓料面是覆蓋件本身的凸緣部分，則凹模圓角半徑只要根據具體情況確定，因覆蓋件圓角半徑一般都比較小，直接作為凹模圓角半徑不易拉伸，必須加大才不會導致拉伸時起皺或破裂。加大后的圓角，可通過后工序的整形達到產品要求。
; r" t, P; U0 P' r2.4 增加工藝切口或沖工藝孔
  B! y1 V% ~* S# i, s8 S4 `! S覆蓋件在拉伸過程中，拉伸較深的或有窗口反拉伸成形的零件易拉裂，可用增加工藝切口或工藝孔的方法來解決。增加的工藝孔或切口應保證不因材料流動不好，拉應力過小而形成波紋或起皺，故工藝切口或工藝孔必須放在拉應力員大的拐角處，工藝切口或工藝孔的位置、大小、數量和形狀需要在調試拉伸模時試驗確定。如東風8t平頭柴油車例圍外板拉伸模、東風EQ2102軍用車的中支按外板拉伸模就是通過在反成形和拉伸深處的拐角處沖制工藝切口得到圓滿解決的，保證了拉伸件的表面質量。工藝切口或工藝孔、凹槽應故在廢料部分，最后將其修掉。側圍板和中支柱零件如圖3、4所示。

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3　模具設計時應注意的問題
3.1 緩沖裝置
覆蓋件的拉伸是在雙動壓力機上進行的，液壓機工作時會產生較大的沖擊力，導致模具韌始工作階段材料變形不均勻，局部起皺，因而模具設計了圖5所示的緩沖裝置，在壓料面以外加4―6塊聚氨團橡膠，消除拉伸開始時產生的過大沖擊力，以滿足工作時的韌始拉伸變形，使拉伸件不出現皺裂。
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3.2　增加平衡塊
由于覆蓋件在拉伸時受多方面因素的影響，如壓力機精度、模具制造誤差等，造成壓料面間隙不均勻，各點的壓力不均勻，導致拉伸開裂、起皺。增加平衡塊的作用是調整壓料面的間隙，穩定進料阻力，使材料流動均勻。平衡塊數量一般為6個，用內六角螺釘分別安裝于壓料困與凹模上，其間隙調整為最大不產生皺紋，最小不低于制件料厚。
" B; i* y% t9 w1 b5 H- ^. p- {4 起皺和開裂現象的解決方法
/ j- T- o) C. S5 |* K4 q5 T; W/ q4.1 零件起皺
拉伸件產生凸緣起皺和簡壁起皺主要是由于拉伸時板料受壓縮變形而引起的，通常采用提高板內徑向拉應力來消除皺紋，其調整方法如下：
' S  W- w4 r+ D/ u: i4.1.1 調整壓邊力的大小
9 S/ M6 k" C& H2 R3 W& s當皺紋在制件四周均勻產生時，應判斷為壓料力不足，逐漸加大壓料力即可消除皺紋。當拉伸錐形件和半球形件時，拉伸開始時大部分材料處于懸空狀態．容易產生側壁起皺，故除增加壓邊力外，還應采用增加撿伸筋來增大板內徑向拉應力，消除皺紋。
4.1.2 調整凹模圓角半徑
+ m3 H4 |& R1 g' ]# C2 _- K凹模圓角半徑太大，會增大坯料懸空部位，減弱控制起皺的能力，調整時可適當減小凹模圓角半徑。
4.1.3 調整壓料面的間隙
調整壓料面間隙的方法有以下幾種：
% G8 w3 L. |+ ^: F! A# B5 z- ]. K! N(1)采用里緊外松的原則。在凹模口直線彎曲變形區和伸長變形區應允許壓料面稍有里緊外松現象，如圖6所示，即里側間隙應賂小于料厚t，外側間隙應略大于料厚t。因為在此兩類區域中，材料變形過程中料厚t或不變或變薄，這樣就造成了壓料間隙的變化。

圖7所示為材料變形過程中不同區域材料受力情況，從圖7可知，伸長類變形區在圓周方向徑部均受拉應力作用，料厚變薄。隨著材料的流動，料厚變薄，壓料面間隙相對增大，減少了壓料力。當板料流過緊區時，壓料困就減弱了壓料作用，而里緊外松的壓料面則可以均衡壓料力。隨著材料的矗動，壓料困始終保持壓料作用，防止起皺等缺陷產生。

' y9 ^7 _$ b/ Y* L(2)采用里松外緊的原則，即內側間隙大于料厚，外側間隙小于料厚，如圖8所示。在壓縮變形區中材料處于徑向受拉，切向受壓的應力狀態．毛坯在圓周方向上產生壓縮變形。隨著材料的溫動，料厚有增大的趨勢，且這種趨勢明顯增加，這祥會使壓料面間隙相對減小進而增大進料阻力，材料在拉力作用下易于破裂。因此在調整模具壓料面間隙時，宜在此處采用里松外緊的原則，消除材料厚度增加對材料變形的不利影響。

7 h$ g: O2 @9 b% C( Y5 t6 ?覆蓋件拉伸棋的調整是一項比較復雜和困難的工作，在壓料力不易控制的情況下，采取調整拉伸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，這種方法在調整拉伸棋時是很有效的。上述壓料面間隙調整原則是實際調整拉伸模的經驗總結，它與理論分析相吻合。
* z+ u. `" E: K# {; e4.2 零件開裂
零件開裂的根本原因在于拉伸變形抗力大于簡壁開裂處材料的實際有效抗拉強度。解決拉伸件破裂的調整方法如下：
& d4 j9 a: p7 p) n(1)調整壓料力，使壓料力變小。
(2)調整拉伸間隱，使間隙變大，并使間隱變得均勻。
- q! {  S0 O& z2 L' p' M(3)調整凹模圓角半徑。凹模圓角半徑太小，零件易拉裂，加大凹模圓角半徑可減小拉裂程度。
(4)調整凸模圓角半徑。
(5)調整凸模與凹模的相對位置。
(6)毛坯尺寸太大或形狀不當，板料質量及潤滑不好也會使零件拉裂，故應改變毛坯尺寸或形狀，調整沖壓工藝。
造成零件開裂的原因很多，在調整時應仔細檢查開裂狀況、產生的部位，確定產生開裂的拉伸行程位置，根據具體情況推斷產生開裂的原因，從而制定出解決開裂的具體方案。
5 模具調試中解決起皺開裂的幾點體會
6 L! }7 F4 C$ ?7 j拉伸模一般在第1次試拉時拉伸件又皺又裂，這時必須仔細觀察分斬壓料面的情況，分析各種引起皺裂的原因。如果壓料面有壓痕，凹模圓角半徑處開裂，說明進料困難；如果壓料面形成波紋，則開始進料容易，以后由于波紋的產生，材料流動困難，從而產生起皺開裂，也就是說在拉伸過程中，材料流動的難易，都會引起拉伸件的起皺和開裂，那么不同的情況就要用不同方法去解決。
進料困難一般是由于壓料面的進料阻力太大引起的。如果壓料面和凹模圓角表面粗糙度值太商，或有反成形，局部拉伸太大，就要調節外滑塊，減小壓邊力，適當加大凹模圓角，降低表面蛆幢度值和加大拉伸筋槽的間隙。如果局部拉伸變形太大，有反成形，則要采取增加工藝切口或工藝孔的方法解決。
3 B; z+ D+ u/ E) ]' {+ M進料容易主要是由于壓料面的進料阻力太小，壓料面接觸不好，或設計的拉伸件工藝性較差所致。如果是壓料面問題則要求研修壓料面，保證全面接觸，另外還要調節外滑塊增加壓邊力或增加壓邊面積。如果是拉伸件工藝性較差，則要重新設計拉伸件，以拉伸出合格產品。
$ E" X+ o- l; `以上僅是從工藝和拉伸模設計以及調整幾個方面討論了如何防止或解決覆蓋件的拉伸皺裂問題，引起拉伸件皺裂的原因很多，但只要對發生的現象仔細研究和分斬，不同情況用不同的方法去解決，就會拉出表面質量好的覆蓋件。