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        關(guān)于某車型頂蓋缺陷的分析

        2022-11-08 09:06:26朱立贊杭州吉利汽車有限公司
        鍛造與沖壓 2022年20期
        關(guān)鍵詞:工藝

        文/朱立贊·杭州吉利汽車有限公司

        汽車的零件外覆蓋件的要求嚴(yán)格,例如機(jī)蓋外板、側(cè)圍外板、左右翼子板等等。和一般沖壓件相比,覆蓋件具有材料比一般沖壓件的材料要薄、形狀較為復(fù)雜、形狀由多個(gè)曲面組成、零件較大、外觀表面質(zhì)量要求高、剛性好等特點(diǎn)。其中涉及的大型弧形外覆蓋件屬淺拉深,且表面形狀簡單的零件在拉深成形過程中也會出現(xiàn)開裂、變形、凹陷、起皺、剛性不足等問題,造成零件外觀質(zhì)量達(dá)不到預(yù)定的質(zhì)量要求。覆蓋件表面質(zhì)量的高低取決于覆蓋件拉延的結(jié)果,而拉延模是拉出合格零件的關(guān)鍵。

        頂蓋變形缺陷的研究與分析

        下面針對頂蓋的幾種典型缺陷進(jìn)行分析:

        拉延后四角凹陷

        頂蓋拉延件成形后四周的凹陷是頂蓋拉延中最為常見的一種缺陷(圖1)。缺陷的原因主要有:凸模在局部淬火后成形面有隆起,導(dǎo)致型面整體不平順,零件成形過程中體現(xiàn)在零件上;零件成形過程中材料沒有充分展開,導(dǎo)致零件成形后多料。

        圖1 四角凹陷

        天窗翻邊面

        由于頂蓋天窗處一般為周圈翻邊且翻邊深度較大、R角較小、翻邊料邊不一致、應(yīng)力集中比較嚴(yán)重(圖2)。造成此缺陷的原因主要有:翻邊序的翻邊間隙過大、過小或不均勻,翻邊時(shí)周圈的翻邊順序不同步造成剪切式翻邊;翻邊時(shí)天窗處的壓料力不足導(dǎo)致翻邊時(shí)無法抵消零件的應(yīng)力變化。

        圖2 天窗翻邊面

        天窗四角塌陷

        天窗四角塌陷(圖3)具體表現(xiàn)為型面處存在一定大小的凹坑,可用油石、光亮油、手感等檢驗(yàn)方式檢驗(yàn)。此缺陷一般是由于四角處為伸長翻邊,翻邊圓角處有向上拱起的趨勢,如果此處壓料力不足或壓料芯研合不到位極易出現(xiàn)此類缺陷。

        圖3 天窗四角塌陷

        其他缺陷

        在制件調(diào)試過程中有些缺陷可能不是由于工藝設(shè)計(jì)導(dǎo)致,如出氣孔過少導(dǎo)致拉延時(shí)整個(gè)制件無法及時(shí)排氣,造成零件成形過程中扭曲,實(shí)際生產(chǎn)中材料成形速度與前期工藝分析(理論值)存在差異等。

        由于模具問題導(dǎo)致零件報(bào)廢率達(dá)到10%,返修率100%。按每年5萬臺計(jì)算,一臺的返修成本50 元,報(bào)廢成本200 元,一年損失300 萬元,造成生產(chǎn)成本的嚴(yán)重超標(biāo)。為了降低零件返修率,節(jié)約成本,提升產(chǎn)品的品質(zhì),對模具進(jìn)行整改,消除因上述原因所導(dǎo)致的返修。

        現(xiàn)狀與問題機(jī)理分析

        ⑴頂蓋剛性問題,根據(jù)零件局部的造型進(jìn)行比較,由于頂蓋面積大,造型比較單一,大部分是沒有任何的加強(qiáng)造型,除MPV 之類的特大頂蓋之外,所以頂蓋剛性問題是一直都存在的。采用CAE 分析方法對零件的沖壓負(fù)角,開裂,起皺等問題進(jìn)行分析比較準(zhǔn)確,可以相對精確的算出我們所需要的一些參數(shù)結(jié)果。

        ⑵頂蓋零件前后擋部位高度不一致,模具是由于前期設(shè)計(jì)工藝不完全,導(dǎo)致拉延模前后部位拉深深度不一致,前部拉深淺,后部深,導(dǎo)致板件在拉深過程中受力不均勻,材料在拉深過程中不能充分展開,凸模在到底前過程中始終由拉深筋阻止前端材料往后端移動(dòng),工藝設(shè)計(jì)時(shí),沒有考慮該過程中成形力的轉(zhuǎn)變,所有拉深筋參數(shù)設(shè)定都一致,產(chǎn)生了前端小部分材料被拉到凹模中,無法充分成形,導(dǎo)致缺陷的產(chǎn)生從而導(dǎo)致板件頂部大面剛性差,產(chǎn)生變形、平面不順,局部B 面出現(xiàn)開裂、隱裂、型面回彈等現(xiàn)象。

        ⑶網(wǎng)格分析技術(shù)直接反映出測量區(qū)域的變形(圖4),材料的成形性能決定零件生產(chǎn)的穩(wěn)定性,分析發(fā)現(xiàn)后擋風(fēng)部分B 面進(jìn)料較多,而且走料不均勻,前擋進(jìn)料較少,造成零件產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力,零件不能充分拉深導(dǎo)致零件表面波浪不平。

        圖4 網(wǎng)格分析

        ⑷頂蓋、機(jī)蓋這樣的大平面型的零件,模具內(nèi)的空氣要及時(shí)、有效的得到釋放,如無法及時(shí)的將空氣排出,就會造成壓縮空氣對零件擠壓,出現(xiàn)起皺、變形等情況,沖壓完成之后還會產(chǎn)生真空狀態(tài),出現(xiàn)吸附零件現(xiàn)象。

        ⑸頂蓋剛性不足,天窗位置修邊后由于大面應(yīng)力釋放,造成整個(gè)天窗周邊區(qū)域沒有剛性,屬于坍塌的狀態(tài),造成在翻邊成形之前與凸模表面不符,翻邊過程中上模壓料板的研合率和壓料面積不夠造成壓料不足,正常使用翻邊工作部位周邊70 ~100mm,同時(shí)上模氮?dú)鈴椈商峁┑膲哼吜Σ蛔?圖5)。

        圖5 上模氮?dú)鈴椈商峁┑膲哼吜Σ蛔?/p>

        解決方案

        ⑴針對開裂位置進(jìn)行研合,確認(rèn)凸凹模之間的間隙,將凸凹模之間的間隙增大,同時(shí)增大凸模上出現(xiàn)開裂的R 角使在成形過程中不會出現(xiàn)頂角,結(jié)合CAE分析確定材料流入方向,查看材料流入方向,找出開裂位置材料流入的方向,增大此部位的材料流入,工藝包大小可以控制進(jìn)料的速度,所以將原有的高度5mm工藝包增加到10mm,很好的控制起皺部位的材料流入。

        ⑵頂蓋形狀單一簡單,成形深度淺,變形、應(yīng)力比較均勻,成形過程中材料的變薄率比一般零件要低,采用方筋取代普通拉延筋。另外在原有阻料筋的基礎(chǔ)上,再外加一根,形成雙層拉延筋結(jié)構(gòu)。減少材料成形過程中材料的流入速度,達(dá)到零件型腔內(nèi)部材料自延展成形,頂蓋后擋部分工藝面選用前移13mm,使補(bǔ)充面面積增大,同時(shí)在增加壓邊面材料的流動(dòng)阻力,減小外部材料流入,在變形端面的兩處R 角使用工藝補(bǔ)充面,經(jīng)調(diào)試工藝補(bǔ)充面的高度約8 ~10mm,優(yōu)化進(jìn)料阻力,優(yōu)化壓邊圈拉深筋R 角,改變X 方向的進(jìn)料阻力。

        ⑶上下凸凹模的研合率要達(dá)到90%以上,在拉深模的調(diào)試過程中,間隙的可靠與否直接影響著拉深件的質(zhì)量。若調(diào)整不當(dāng),在間隙大的一側(cè),拉深件的走料過快容易變形,甚至在周邊會出現(xiàn)波浪形缺陷;而在間隙小的一側(cè),拉深時(shí)材料不能貼緊型面,而是要向上鼓起,從而產(chǎn)生折皺。天窗部位在修沖之后造成四周剛性不足,成形天窗后角區(qū)域型面需要進(jìn)行強(qiáng)壓,以緩解該區(qū)域板料存在沖孔修邊后應(yīng)力釋放帶來的彈性回復(fù)。零件由于修邊之后剛性不足型面變軟,后工序凸模型面要符型前道工序型面,不然會出現(xiàn)零件型面整體下塌的情況,整改后零件剛性強(qiáng)。

        ⑷根據(jù)模具邊界會分出封閉空間氣腔相對應(yīng)的區(qū)域,每個(gè)區(qū)域至少分布一個(gè)排氣孔,位置取凹模的R 角部位,或者廢料區(qū)域,不可在凸模型面之上開孔,零件成形會產(chǎn)生缺陷,在頂蓋凹模中心部分進(jìn)行了加大、追加一部分排氣孔,將4mm 的孔徑改制成8mm,如果追加部分排氣孔仍達(dá)不到預(yù)期的情況下可以開孔徑200mm 的大排氣孔。

        ⑸對翻邊工序的上模壓料板進(jìn)行研合,上下模研合率達(dá)到95%,同屬將原有翻邊工作部位周邊的100mm 寬度的壓料面增加到150mm,增加成形時(shí)的壓料受力面受力。

        ⑹上模氮?dú)鈴椈稍O(shè)計(jì)氣壓是10MPa,在實(shí)際生產(chǎn)過程中偏小,增加內(nèi)部氮?dú)鈴椈傻膲毫蠚鈮褐?5MPa。

        ⑺翻邊過程中由于翻邊間隙偏小造成零件在翻邊結(jié)束后,上模翻邊鑲塊在上行過程中給零件翻邊的側(cè)壁一個(gè)向上的摩擦力,造成翻邊對壓料有一個(gè)反作用力,所以將翻邊間隙調(diào)整至合格的最大狀態(tài),壓料面研合率達(dá)到90%以上。

        實(shí)施及驗(yàn)證

        生產(chǎn)調(diào)試驗(yàn)證

        ⑴參數(shù)調(diào)整:前面提到整個(gè)頂蓋變形的首要原因是剛性不夠,拉深不夠充分,在現(xiàn)場調(diào)試階段要加足氣墊壓力(圖6),經(jīng)調(diào)試在零件不開裂的情況下氣壓最高穩(wěn)定在0.30MPa,當(dāng)氣墊高度高于凸模形狀高度時(shí),成形過程中,上模首先接觸到壓邊圈,使材料四周壓力均勻,氣墊高度一般高于型面20 ~30mm之間,保證氣墊壓力,拉深就越充分,所以優(yōu)化氣墊高度,使氣墊高度由175mm(與凸模平齊)提高至200mm(高于凸模)。

        圖6 參數(shù)調(diào)整

        ⑵模具調(diào)整:調(diào)整四周平衡塊(如圖7),模具的四個(gè)角都需要布置平衡塊,相距約400mm 布置一個(gè),其基本參數(shù)是面壓值。注意,平衡塊安裝在壓邊圈上,調(diào)整上模與下模之間的間隙,以此來調(diào)整四周板件走料速度使四周的走料均勻,但是在保證走料均勻零件不開裂的前提下,盡量將板件壓死,增加材料成形的阻力,使零件形成一個(gè)慢走料,這樣零件在拉深過程中才能充分的伸展。

        圖7 模具調(diào)整

        ⑶沖次調(diào)整:調(diào)整設(shè)備的沖壓速度,不能過快,過快的話,第一會對排氣造成不利,第二對板件在拉深過程中的成形也非常不好,會導(dǎo)致不能充分拉深。

        CAE 驗(yàn)證

        對頂蓋進(jìn)行CAE 分析,按整改后方案設(shè)置后,頂蓋開裂、起皺狀態(tài)見圖8,零件變薄率從1.07 下降到0.766。

        圖8 CAE 分析圖

        總結(jié)

        名揚(yáng)指數(shù): ★★★★☆名揚(yáng)江湖: 渤海名揚(yáng)詩句: 郁郁蒼梧海上山,蓬菜方丈有無間骨灰粉絲: 蘇軾緋聞粉絲: 徐福 秦始皇上榜理由: 云遮霧繞若仙境,方士名人各顯異;文人騷客多遺墨,古今皆是海景房

        ⑴通過CAE 方法進(jìn)行分析以及經(jīng)過對側(cè)面工藝補(bǔ)充面間隙的實(shí)物鉗工調(diào)整,轎車頂蓋缺陷主要為隱裂、開裂、起皺等問題。

        ⑵經(jīng)過CAE 分析主次應(yīng)變圖后可以對材料進(jìn)行網(wǎng)格實(shí)驗(yàn),確定零件在成形中走料的過程和零件的變薄率,再針對分析出來的結(jié)果對模具進(jìn)行整改,調(diào)整頂蓋后擋部分工藝面選用前移13mm,使補(bǔ)充面面積增大,同時(shí)再增加壓邊面材料的流動(dòng)阻力,減小外部材料流入,在變形端面的兩處R 角使用工藝補(bǔ)充面,經(jīng)調(diào)試工藝補(bǔ)充面的高度約8 ~10mm,優(yōu)化進(jìn)料阻力,優(yōu)化壓邊圈拉深筋R 角,改變X 方向的進(jìn)料阻力,可以解決零件在板料成形過程中沒有充分拉深導(dǎo)致的零件剛性不足問題。

        ⑶頂蓋在天窗修邊之后零件無剛性、應(yīng)力釋放造成的大面變形、剛性不足、回彈等問題,經(jīng)過對拉深剛性的調(diào)整和對翻邊壓料面的研合與寬度的增加,增加50MPa 的壓邊力。

        ⑷經(jīng)過整改之后,零件調(diào)整側(cè)壁間隙消除開裂問題,報(bào)廢率從10%降低為0。增加工藝補(bǔ)充面后,零件的剛性達(dá)到所需要的要求,提升了產(chǎn)品的質(zhì)量,降低了產(chǎn)品由于拉深變形造成的返修,返修率降低100%。對翻邊壓料整改后改善了天窗四角變形。整改后整體效果如圖9 所示。

        圖9 零件整改后效果

        ⑸通過這次零件所存在問題的改進(jìn),總結(jié)出幾個(gè)優(yōu)化工藝:頂蓋天窗部位在拉深過程中應(yīng)提前成形,避免在大面修邊之后產(chǎn)生應(yīng)力釋放的現(xiàn)象,同時(shí)周邊料邊部分增加加強(qiáng)造型,增強(qiáng)零件的剛性;天窗在翻邊過程中,使用托料與壓料翻邊,可以使零件在成形過程中不會產(chǎn)生變形;在零件存在前后面高低落差較大的情況下,考慮零件角度和深度較深一端二次成形的量;工藝面布局嚴(yán)格根據(jù)CAE 分析來設(shè)置。

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