何磊，李珊珊

（北京奔馳汽車(chē)有限公司，北京100176）

0 引 言

某車(chē)型后門(mén)內(nèi)板是帶窗框的一體式結(jié)構(gòu)，零件尺寸大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成形難度大，易出現(xiàn)起皺和開(kāi)裂情況[1,2]。此后門(mén)內(nèi)板在生產(chǎn)過(guò)程中成形不穩(wěn)定，初期起皺，成形中后期開(kāi)裂，生產(chǎn)狀態(tài)不穩(wěn)定，圖1所示為零件缺陷區(qū)域，導(dǎo)致返修和報(bào)廢零件較多，影響零件成形質(zhì)量和生產(chǎn)效率。

圖1 零件缺陷區(qū)域

1 零件工藝分析

1.1 板料形狀及工藝參數(shù)

圖2所示為單側(cè)零件板料形狀，因拉深深度較深，窗框處側(cè)壁角度較小，為了防止成形零件開(kāi)裂，板料設(shè)有工藝孔。零件材料為DC06，料厚為0.8 mm，性能如表1所示，關(guān)鍵工藝參數(shù)如表2所示。

表1 板料性能

表2 沖壓工藝參數(shù)

圖2 板料形狀

1.2 拉深工序

圖3所示為零件拉深設(shè)計(jì)造型，模具采用1模2件形式和一體式壓邊圈。拉深工序?qū)⒘慵螤畛尚蔚轿?，后工序整形無(wú)實(shí)際整形內(nèi)容，B柱、C柱、窗框及門(mén)檻等進(jìn)料較多區(qū)域均采用雙筋形式。同時(shí)為了控制回彈，窗框內(nèi)采用行程為20 mm的浮動(dòng)壓料。

圖3 拉深設(shè)計(jì)造型

2 問(wèn)題描述

零件鎖孔區(qū)域拉深深度較深，造型復(fù)雜，存在多個(gè)臺(tái)階，且圓角和側(cè)壁拔模角都較小，成形性差。圖4所示為零件成形初期鎖孔區(qū)域側(cè)壁起皺情況，成形中后期附近區(qū)域出現(xiàn)開(kāi)裂，如圖5所示。零件批量化生產(chǎn)中成形狀態(tài)不穩(wěn)定，導(dǎo)致返修和報(bào)廢較多，影響成形質(zhì)量和生產(chǎn)效率。

圖4 零件側(cè)壁起皺

圖5 零件局部開(kāi)裂

3 問(wèn)題分析

3.1 網(wǎng)格試驗(yàn)

為了準(zhǔn)確了解零件開(kāi)裂與起皺區(qū)域的成形狀態(tài)，對(duì)零件進(jìn)行網(wǎng)格試驗(yàn)，以得到正常工藝參數(shù)下此區(qū)域的真實(shí)減薄率，并與CAE分析進(jìn)行對(duì)比。

網(wǎng)格試驗(yàn)步驟如下：①根據(jù)需要網(wǎng)格試驗(yàn)區(qū)域，確定對(duì)應(yīng)板料位置，并利用印刷網(wǎng)格設(shè)備在板料上印刷網(wǎng)格，如圖6所示；②利用沖壓設(shè)備將網(wǎng)格板料沖出，如圖7所示；③按要求設(shè)置比例尺寸，并利用相機(jī)拍攝網(wǎng)格件照片；④將照片導(dǎo)入網(wǎng)格分析軟件，如圖8所示，得到需要的數(shù)據(jù)。

圖6 板料上印刷網(wǎng)格

圖7 沖壓后網(wǎng)格零件

圖8 照片導(dǎo)入軟件

根據(jù)網(wǎng)格分析數(shù)據(jù)，零件拉深后此區(qū)域減薄率為13%～21%（見(jiàn)圖9），CAE分析此區(qū)域減薄率為10%～16%（見(jiàn)圖10）。經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)多次調(diào)試后，零件實(shí)際減薄率與CAE分析值存在一定差異，與CAE分析相比實(shí)際減薄率要大一些，模具成形裕度比設(shè)計(jì)時(shí)小。

圖9 網(wǎng)格試驗(yàn)減薄率

圖10 CAE分析減薄率

3.2 實(shí)際拉深進(jìn)料與CAE分析對(duì)比

在正常成形工藝參數(shù)下，取成形初期拉深件，測(cè)量此區(qū)域拉深進(jìn)料為42 mm左右，而CAE分析中此區(qū)域拉深進(jìn)料為46.58 mm，如圖11所示，實(shí)際成形時(shí)拉深進(jìn)料比CAE分析少進(jìn)料5 mm。

圖11 拉深進(jìn)料值CAE分析

3.3 模具溫度影響

零件成形中由于板料和模具零件之間發(fā)生劇烈摩擦，模具溫度升高，根據(jù)熱脹冷縮的原理，凹模和壓邊圈間隙會(huì)變小，導(dǎo)致進(jìn)料阻力加大，進(jìn)料減少。為了對(duì)比模具溫度對(duì)進(jìn)料的影響，選取零件成形初期拉深件和成形至1 200件時(shí)的拉深件進(jìn)行對(duì)比。成形至1 200件時(shí)拉深件的對(duì)應(yīng)開(kāi)裂區(qū)域進(jìn)料較成形初期少流動(dòng)5 mm以上，表明模具溫度對(duì)拉深進(jìn)料有一定的影響。

3.4 模具狀態(tài)

拉深平衡塊的目的是控制凹模和壓邊圈間隙，平衡塊著色情況可通過(guò)刷藍(lán)油來(lái)判斷，理想狀態(tài)是正常壓件后，平衡塊虛著色。前期調(diào)試時(shí)為了解決起皺問(wèn)題，將壓邊圈上的所有平衡塊均調(diào)成無(wú)著色狀態(tài)，如圖12所示。壓料面是控制拉深成形狀態(tài)和拉深進(jìn)料的關(guān)鍵因素之一，拉深筋內(nèi)的壓料面也叫管理面，其著色狀態(tài)尤為重要，如圖13所示，管理面局部存在硬點(diǎn)。

圖12 拉深平衡塊著色情況

圖13 拉深壓料面著色情況

4 解決方案

綜上所述，模具經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試后發(fā)現(xiàn)拉深進(jìn)料比CAE分析時(shí)要少，同時(shí)減薄率要比CAE分析大。此外成形過(guò)程中隨著模具溫度上升，拉深進(jìn)料會(huì)減少，零件減薄率會(huì)增大，以上情況導(dǎo)致零件開(kāi)裂風(fēng)險(xiǎn)加大。拉深平衡塊不著色與壓料面著色不良是導(dǎo)致零件生產(chǎn)中成形狀態(tài)不穩(wěn)定及對(duì)模具溫度敏感的主要原因，為了解決此問(wèn)題，制定了以下方案。

4.1 拉深筋燒焊

為了解決起皺問(wèn)題，對(duì)拉深筋進(jìn)行燒焊處理，增大拉深筋阻力，通過(guò)拉深筋控制進(jìn)料。根據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，通過(guò)拉深筋控制進(jìn)料比壓料面要穩(wěn)定得多，可減少模具溫度對(duì)進(jìn)料的影響。

4.2 壓料面研合

將拉深模對(duì)應(yīng)區(qū)域壓料面進(jìn)行重新研合，并消除管理面區(qū)域硬點(diǎn)。研合評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)：①筋條內(nèi)側(cè)管理面強(qiáng)壓泛白，著色率≥90%；②筋條外側(cè)20 mm以?xún)?nèi)虛著色，著色均勻；③筋條外側(cè)20 mm以外不著色[3]。

4.3 拉深平衡塊調(diào)整

為了減少模具溫度對(duì)進(jìn)料影響，在壓邊圈的平衡塊下方增加墊片，將所有的平衡塊調(diào)整為虛著色，要求平衡塊下方增加0.1 mm墊片后平衡塊有著色，撤去0.1 mm墊片后無(wú)著色。

4.4 涂油調(diào)整

拉深油能提高板料和模具零件之間的潤(rùn)滑性，有利于拉深進(jìn)料及凹模內(nèi)板料的延展性。油量過(guò)多時(shí)零件易起皺，油量過(guò)少時(shí)零件易開(kāi)裂。自動(dòng)化沖壓線自帶涂油機(jī)，可根據(jù)零件特點(diǎn)及需求設(shè)置涂油位置。為了改善該零件開(kāi)裂情況，經(jīng)驗(yàn)證后將零件上表面涂油由0.5 g/m2改為1.5 g/m2。

4.5 增加吹氣裝置

成形中為了減少模具溫度的變化，在模具內(nèi)接入氣管，并使用壓縮空氣對(duì)模具進(jìn)行吹氣降溫。同時(shí)為了減少設(shè)備能源損耗，防止產(chǎn)生較大的吹氣噪音，將設(shè)備提供壓縮空氣的邏輯設(shè)置成壓力機(jī)角度控制，如圖14所示的閥1設(shè)置，即當(dāng)壓力機(jī)停止運(yùn)動(dòng)時(shí)停止供氣。

圖14 壓力機(jī)角度控制吹氣

5 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)采取拉深筋燒焊、研合壓料面、調(diào)整平衡塊、調(diào)整涂油以及增加吹氣裝置等工藝措施后，成形零件無(wú)起皺開(kāi)裂情況，并經(jīng)生產(chǎn)驗(yàn)證，零件成形狀態(tài)穩(wěn)定，實(shí)際成形零件如圖15所示。方案實(shí)施后因成形缺陷導(dǎo)致的零件返修和報(bào)廢得到了有效控制，零件一次合格率提高了3%，同時(shí)減少了生產(chǎn)停機(jī)，提高了生產(chǎn)效率。

圖15 零件無(wú)開(kāi)裂起皺