趙飛 劉益成 曲政 陸飛雪

（一汽-大眾汽車有限公司，長春 130011）

1 前言

在沖壓件大批量生產(chǎn)過程中，部分模具仍然存在縮頸、拉裂問題，從模具方面分析可以理解為模具對其它因素的“安全裕度”較低，正常生產(chǎn)時板料已經(jīng)處于臨界危險范圍區(qū)內(nèi)，生產(chǎn)過程中，板料、設(shè)備、環(huán)境等因素發(fā)生變化，制件易發(fā)生拉裂、縮頸等現(xiàn)象。

網(wǎng)格試驗對于非邊緣制件拉裂具有較好的分析指導作用。目前大多數(shù)生產(chǎn)廠對網(wǎng)格件的使用過程中只是觀看板料的走勢及變形的劇烈程度，憑經(jīng)驗對模具進行優(yōu)化，并未完全發(fā)揮網(wǎng)格試驗的作用，對網(wǎng)格試驗所得到的大部分信息數(shù)據(jù)無法采集及使用，進而未能更加科學地指導模具改進。本研究對“板料FLC的獲取”、“成形件成形數(shù)據(jù)的獲取”以及“成形極限圖的使用與分析”三個方面進行介紹，旨在對網(wǎng)格試驗的基本原理及具體的應(yīng)用進行闡述，進一步說明網(wǎng)格試驗的實際指導功能，以便指導網(wǎng)格試驗在模具改進及新項目驗收過程中發(fā)揮更多的作用。

2 板料FLC的獲取

成形極限曲線（Forming Limit Curve，F(xiàn)LC）每個點對應(yīng)的二維坐標值是板材主、次應(yīng)變組合所能達到的極限值，是衡量板材是否發(fā)生縮頸、破裂的定量標準，即理論上處于FLC以上的點代表板料必然發(fā)生破裂，處于其以下的點相對為安全點。所謂的成形裕度實際就是以該曲線為標準線，將沖壓件的實際應(yīng)變狀態(tài)與該曲線進行對比而得出的裕度值，F(xiàn)LC曲線通?？梢酝ㄟ^以下2種方式獲得。

2.1 經(jīng)驗公式獲得

通過經(jīng)驗公式直接算出FLC曲線是適合試驗研究的首選方法，獲得數(shù)據(jù)相對準確且簡單方便，只需要確定板料的硬化指數(shù)（n值）以及板材厚度（t值）即可，極大方便了FLC曲線建立及繪制[1]。n值及t值可以直接引用板料技術(shù)任務(wù)書中的最低要求值；如果需要當前生產(chǎn)使用板料更為準確的參數(shù)數(shù)據(jù)，也可以將實際使用的板料按國標GB/T 228.1—2021《金屬材料 拉伸試驗 第1部分:室溫試驗方法》制成標準拉伸試樣，通過單向拉伸試驗進行檢驗得出。

當然，在Comsmart應(yīng)變分析軟件、AutoForm等模擬軟件中，可以直接在計算機軟件相應(yīng)的參數(shù)位置中輸入n、t的具體數(shù)值自動生成FLC曲線，生成FLC的基本原理及公式是相同的。

2.2 試驗法獲得

該方法是獲得FLC曲線最準確，同時也是最麻煩的方法。其過程是將板料通過線切割的方式加工成一組不同尺寸比例的試驗樣片，并通過專業(yè)設(shè)備（圖1是用于測量FLC曲線的ARAMIS-FLC設(shè)備）進行剛性成形試驗（圖2、圖3），進而得到縮頸或破裂前的臨界變形量，每一個樣片試驗得到一組二維坐標點，將每組二維坐標點的最高點進行連接成線后就獲得了材料的成形極限曲線（圖4），不同尺寸試樣的試驗做得越多，所得到的FLC便越準確。

圖1 ARAMIS-FLC設(shè)備

圖2 FLC剛性成形試驗級樣片

圖3 FLC剛性成形試驗級樣片

圖4 FLC曲線

3 成形件成形數(shù)據(jù)的獲取

3.1 使用軟尺獲取

如圖5所示，在使用軟尺進行應(yīng)變測量時，要求所印網(wǎng)格必須是圓網(wǎng)格。印制在板料上的圓形網(wǎng)格經(jīng)過塑性變形變?yōu)闄E圓形網(wǎng)格，通過軟尺測量橢圓的長軸及短軸的尺寸變化，得出長、短軸的應(yīng)變狀態(tài)。軟尺上有零刻度線，負刻度線及正刻度線，測量橢圓時，例如測量橢圓長軸，只需要看哪個刻度線對應(yīng)的長度可以與橢圓的長軸重合，重合后記下讀數(shù)即可。

圖5 應(yīng)變測量軟尺

軟尺測量的原理為零刻線對應(yīng)的長度是未變形圓的直徑，左側(cè)標記-60對應(yīng)的長度是0.6倍直徑的長度，右側(cè)標記100的刻度表示直徑伸長一倍的長度，標記200的刻度表示直徑伸長二倍的長度，所標記的數(shù)值即為工程應(yīng)變的大小[2]。

軟尺測量是網(wǎng)格試驗早期使用的測量工具，其缺點一是測量工作量大，手工對成百上千個網(wǎng)格依次進行長短軸比對測量，耗費大量時間；二是測量結(jié)果不準確，橢圓的長短軸方向需要人眼判斷；另一方面印制的網(wǎng)格刻線本身就有一定的寬度，在對比過程中網(wǎng)格的刻線與軟尺的刻線如何重合以及數(shù)據(jù)的獲得中，人為主觀因素摻雜較多，極有可能同樣的網(wǎng)格不同人測量的結(jié)果卻有差異。

3.2 專業(yè)設(shè)備獲取

以Comsmart網(wǎng)格應(yīng)變分析設(shè)備為例，通過手持攝像頭拍照的方式獲取網(wǎng)格應(yīng)變的具體情況，從拍照到計算機計算結(jié)束約1個小時即可完成，具有操作方便、快捷、易標定等優(yōu)點，對比軟尺測量的方式，在準確度及實用性上有了極大的提高。圖6為Comsmart手持攝像頭測量，圖7為截取的圖片。

圖6 Comsmart手持攝像頭測量

圖7 Comsmart報告

4 成形極限圖的使用與分析

將板料的實際應(yīng)變狀態(tài)與板料的FLC曲線相結(jié)合，便得到了成形極限曲圖（Forming Limit Diagram，F(xiàn)LD），表示板材在不同的應(yīng)變狀態(tài)下的變形極限。FLC作為破裂的標準，用以考察板料的成形區(qū)域是否有拉裂、縮頸的風險性。此時還可設(shè)定安全裕度如8%、10%等進一步降低FLC形成安全余裕度線，用以更加嚴格的要求板料的成形能力。

對于不合格的處于安全余裕度之上的點，主要目的是將該點移動至曲線之下，如圖8所示，可通過以下3種情況分別對模具進行改進。

圖8 FLD成型極限圖

a.A點情況，主應(yīng)變?yōu)檎?、次?yīng)變?yōu)檎?，處于FLC與10%安全余裕度線之間，不滿足規(guī)定要求，為使該點移動至10%線之下，我們可以讓該點向右下方移動，即降低主應(yīng)變e1，或增大次應(yīng)變e2，或同時既降低主應(yīng)變e1，又增大次應(yīng)變e2。繼續(xù)分析主次應(yīng)變在實際板料上的變形方向，同時確定模具結(jié)構(gòu)對主次應(yīng)變成形的影響部位，為了降低主應(yīng)變e1，將對應(yīng)模具上e1的筋或具體結(jié)構(gòu)或設(shè)備參數(shù)調(diào)整至降低板料流動阻力的狀態(tài)，為了增大次應(yīng)變e2，將對應(yīng)模具上的筋或具體結(jié)構(gòu)或設(shè)備參數(shù)調(diào)整至增大板料流動阻力的狀態(tài)；

b.B點情況，主應(yīng)變?yōu)檎?，次?yīng)變?yōu)樨摚粷M足規(guī)定要求，需要將B點向左下方移動，對應(yīng)降低主應(yīng)變e1，并進一步降低次應(yīng)變e2，確定模具結(jié)構(gòu)對e1、e2的影響，調(diào)整對應(yīng)模具上的筋或具體結(jié)構(gòu)或設(shè)備參數(shù)；

c.C點情況，主應(yīng)變?yōu)檎?，次?yīng)變?yōu)榱?，不滿足規(guī)定要求，需要將C點向下方移動，對應(yīng)需降低主應(yīng)變e1，確定模具結(jié)構(gòu)對e1的影響，調(diào)整對應(yīng)模具上的筋或具體結(jié)構(gòu)或設(shè)備參數(shù)，減輕模具對板料的流動阻力。

具體的應(yīng)變狀態(tài)應(yīng)該結(jié)合具體情況進行分析，總體上降低主應(yīng)變是解決拉裂問題的常用手段，分析控制次應(yīng)變的大小對縮頸拉裂問題也有極大的幫助。

5 案例說明

在實際生產(chǎn)中常見主應(yīng)變起主要影響。圖9為某側(cè)圍A柱位置偶發(fā)縮頸缺陷，經(jīng)網(wǎng)格試驗測定，圖示整體區(qū)域中最小安全裕度僅為8.91%，小于10%安全裕度線，危險點在FLD中基本處于FLC曲線Y軸正下方（圖10a），根據(jù)網(wǎng)格拉伸狀態(tài)，分析圖示紅區(qū)板料流動對危險點起主應(yīng)力拉伸作用，然后進行2方面模具優(yōu)化工作.

圖9 某側(cè)圍實際網(wǎng)格試驗結(jié)果及分析

a.研修放大位置1的拉延筋槽R角；

b.研修門洞2位置壓料面硬點，并減少整體主應(yīng)力的拉延程度。模具經(jīng)多次優(yōu)化并兼顧面品質(zhì)量后，再次進行網(wǎng)格試驗，成形裕度提升至14.1%，滿足最低10%的安全線（圖10b）。

圖10 改進前、后裕度對比

6 結(jié)束語

沖壓件網(wǎng)格試驗可以指導模具調(diào)試人員快速分析沖壓件質(zhì)量問題，特別針對縮頸、拉裂問題的解決上有明顯效果。本文對于成形極限曲線的獲取、沖壓件成形應(yīng)變數(shù)據(jù)的獲取，以及二者組合后如何使用上進行了闡述，模具調(diào)試人員可以從定性、定量2個方面完成缺陷的分析與解決。