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
' s2 r* r2 D$ A, I0 f東風(fēng)汽車公司車身廠 梁云榮
$ A( D, A7 \. ?( f[摘要] 對(duì)汽車覆益件在拉伸過程中的起皺和開裂現(xiàn)象進(jìn)行了分析，并從工藝、設(shè)計(jì)、調(diào)整等幾個(gè)方面較詳細(xì)地說明了解決零件拉伸起皺、開裂的方法和控調(diào)措拖。
0 D' U1 K6 r; R, c關(guān)鍵詞 汽車覆蓋件 拉伸 起皺開裂 控制措拖
* k" P1 s1 U, t3 ?; a4 X) X1 M1 引言
) Y, Q2 n& k' ^  c+ v- T" K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(duì)覆蓋件的尺寸精度和表面質(zhì)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(wěn)定性。車身表面質(zhì)量的好壞取決于覆蓋件拉伸的結(jié)果，而拉伸模是拉出合格覆蓋件的關(guān)鍵。由于影響拉伸件質(zhì)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(shè)計(jì)都必須認(rèn)真考慮。模具制造完畢，在拉伸模調(diào)試過程中，還必須對(duì)拉伸件的起皺和開裂現(xiàn)象進(jìn)行仔細(xì)分析與研究，并采取相應(yīng)的措施。
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(gè)方面：
3 h/ w4 L. B- ^' ~1 G8 }2 z1 {  W(1)拉伸模設(shè)計(jì)工藝性是否合理。
0 g  z1 Q8 e1 O/ g+ C(2)模具加工質(zhì)量(表面精度、硬度等)引起的問題。
+ d! J6 _- j/ S# G(3)壓力機(jī)精度(滑塊平行度等)。
! r, F0 E: `2 s6 ^0 P5 {(4)板料質(zhì)量(厚度超差)。
現(xiàn)對(duì)上述造成開裂、起皺的原因分別進(jìn)行討論。
2　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(shè)計(jì)出一個(gè)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(shè)計(jì)拉伸件時(shí)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(bǔ)充部分等可變量的設(shè)計(jì)，還要合理地增加工藝補(bǔ)充部分，正確確定壓料面。各可變量設(shè)計(jì)之間又有相輔相成的關(guān)系，如何協(xié)調(diào)各變量的關(guān)系．是成形技術(shù)的關(guān)鍵，要使之不但滿足該工序的拉伸，還要滿足該工序沖模設(shè)計(jì)和制造工藝的需要，并給下道熔邊、翻邊工序創(chuàng)造有利條件，一般應(yīng)注意以下幾個(gè)方面。
2.1 沖壓方向的確定
0 I8 P/ v" r1 w' X' C4 T2 n( o; J& q9 T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(bǔ)充部分的多少和壓料面的形狀。合理確定沖壓方向應(yīng)滿足以下3方面的要求。
; A' q, j& J3 F6 M(1)保證凸模能夠進(jìn)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(diǎn)超過凹�？诔叽�，使凸模不能進(jìn)入凹模，這個(gè)拉伸方向是不能進(jìn)行拉伸的，必須改變拉伸方向，使凸模能夠進(jìn)入凹模。如圖1b所示，將圖1a沿順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)一個(gè)角度．使凸棋能夠進(jìn)入凹模。
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(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(fā)生局部應(yīng)力過載而使零件產(chǎn)生破裂。材料在拉伸時(shí)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。
(3)壓料面各部分進(jìn)料阻力要均勻可靠。拉伸深度均勻是保證壓料面各部分進(jìn)料阻力均勻可靠的主要條件。而壓料面各部分進(jìn)料阻力均勻是確保拉伸件不起皺、不開裂的重要保證。
例如，東風(fēng)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(nèi)應(yīng)力分布更均勻，保證沖壓件有更高的表面質(zhì)量，確定沖壓方向?yàn)閳D2所示的沿y軸順時(shí)針旋轉(zhuǎn)25°30'的方向，這樣選取有以下2個(gè)原因：①使得凸模接觸毛坯的面積大；②前圍上蓋板零件經(jīng)過汽車位置旋轉(zhuǎn)一定角度后，壓料面是乎的，拉伸深度比較均勻，兩面進(jìn)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(shí)殘留應(yīng)力分布均勻，減少殘留應(yīng)力回復(fù)時(shí)帶來的回彈程度。
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3 ]  L# L2 U+ o3 X$ u2.2　合理增加工藝補(bǔ)充圈分
  ]+ V( f* R& Z: a9 R  |/ b9 b為了實(shí)現(xiàn)拉伸，往往要在制件的基礎(chǔ)上增加工藝補(bǔ)充部分，從而達(dá)到滿意的拉伸效果。工藝補(bǔ)充的好壞是拉伸件設(shè)計(jì)水平的重要標(biāo)志，合理的增加工藝補(bǔ)充部分應(yīng)滿足以下3方面的要求：
(1)該工序拉伸的要求。
% y5 G' t  ]7 O- q  R(2)壓料面的要求。
(3)拉伸后的修邊和翻邊工序的要求。
設(shè)計(jì)中應(yīng)根據(jù)修邊線的位置確定各工藝補(bǔ)充部分的尺寸，特別是凹模R圓角處，因凹模圓角部分對(duì)抗伸毛坯進(jìn)料阻力影響很大，直接關(guān)系到拉伸件的起皺或開裂，所以取值要合理。工藝補(bǔ)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(bǔ)充部分，但必要時(shí)還要有意增加工藝補(bǔ)充(如凹槽、斜槽、凸筋等)。如果在設(shè)計(jì)拉伸件時(shí)，經(jīng)過仔細(xì)分析，已考慮到某一部分(形狀變化急劇的部分)在拉伸時(shí)有多余的金屬，材料易流動(dòng)，可能會(huì)產(chǎn)生起皺，那么工藝人員就要有意在這部分的工藝補(bǔ)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(shí)加凹攢時(shí)要考慮到修邊容易去掉，這個(gè)方法可有效地耀決拉伸起皺問題。
# O' Z) W5 Z9 K, l/ ]2.3　正確配定壓料面的形狀
1 s. N2 _: B1 D: H) E0 i  e, \/ P壓料面是工藝補(bǔ)充的一部分，在增加工藝補(bǔ)充時(shí)必須正確確定壓料面的形狀，使壓料面各部分進(jìn)料阻力均勻可靠。要做到這一點(diǎn)，必須要保證拉伸深度均勻，因?yàn)橹挥性趬毫先�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(shí)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(chǎn)生拉伸。如果壓料面展開長度比凸模長，拉伸時(shí)可能會(huì)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(jù)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(huì)導(dǎo)致拉伸時(shí)起皺或破裂。加大后的圓角，可通過后工序的整形達(dá)到產(chǎn)品要求。
* O8 u; m$ r6 H2.4 增加工藝切口或沖工藝孔
6 u; Y4 b: ]2 z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(yīng)保證不因材料流動(dòng)不好，拉應(yīng)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(yīng)力員大的拐角處，工藝切口或工藝孔的位置、大小、數(shù)量和形狀需要在調(diào)試?yán)�伸模時(shí)試驗(yàn)確定。如東風(fēng)8t平頭柴油車?yán)龂�外板拉伸模、東風(fēng)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(zhì)量。工藝切口或工藝孔、凹槽應(yīng)故在廢料部分，最后將其修掉。側(cè)圍板和中支柱零件如圖3、4所示。
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. p# }7 A* q6 ?- O3　模具設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意的問題
3.1 緩沖裝置
覆蓋件的拉伸是在雙動(dòng)壓力機(jī)上進(jìn)行的，液壓機(jī)工作時(shí)會(huì)產(chǎn)生較大的沖擊力，導(dǎo)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(shè)計(jì)了圖5所示的緩沖裝置，在壓料面以外加4―6塊聚氨團(tuán)橡膠，消除拉伸開始時(shí)產(chǎn)生的過大沖擊力，以滿足工作時(shí)的韌始拉伸變形，使拉伸件不出現(xiàn)皺裂。

3.2　增加平衡塊
由于覆蓋件在拉伸時(shí)受多方面因素的影響，如壓力機(jī)精度、模具制造誤差等，造成壓料面間隙不均勻，各點(diǎn)的壓力不均勻，導(dǎo)致拉伸開裂、起皺。增加平衡塊的作用是調(diào)整壓料面的間隙，穩(wěn)定進(jìn)料阻力，使材料流動(dòng)均勻。平衡塊數(shù)量一般為6個(gè)，用內(nèi)六角螺釘分別安裝于壓料困與凹模上，其間隙調(diào)整為最大不產(chǎn)生皺紋，最小不低于制件料厚。
4 起皺和開裂現(xiàn)象的解決方法
4.1 零件起皺
拉伸件產(chǎn)生凸緣起皺和簡壁起皺主要是由于拉伸時(shí)板料受壓縮變形而引起的，通常采用提高板內(nèi)徑向拉應(yīng)力來消除皺紋，其調(diào)整方法如下：
! q8 K4 t) x( P, \) |0 Y9 N# w( \4.1.1 調(diào)整壓邊力的大小
當(dāng)皺紋在制件四周均勻產(chǎn)生時(shí)，應(yīng)判斷為壓料力不足，逐漸加大壓料力即可消除皺紋。當(dāng)拉伸錐形件和半球形件時(shí)，拉伸開始時(shí)大部分材料處于懸空狀態(tài)．容易產(chǎn)生側(cè)壁起皺，故除增加壓邊力外，還應(yīng)采用增加撿伸筋來增大板內(nèi)徑向拉應(yīng)力，消除皺紋。
4.1.2 調(diào)整凹模圓角半徑
- q, ^  @0 e7 ]; W. v- _凹模圓角半徑太大，會(huì)增大坯料懸空部位，減弱控制起皺的能力，調(diào)整時(shí)可適當(dāng)減小凹模圓角半徑。
/ D7 Q- d) \# L# R4.1.3 調(diào)整壓料面的間隙
; Z/ y7 z, @. [' w% H$ v調(diào)整壓料面間隙的方法有以下幾種：
" b' @! M  E$ O( s: D* t(1)采用里緊外松的原則。在凹�？谥本�彎曲變形區(qū)和伸長變形區(qū)應(yīng)允許壓料面稍有里緊外松現(xiàn)象，如圖6所示，即里側(cè)間隙應(yīng)賂小于料厚t，外側(cè)間隙應(yīng)略大于料厚t。因?yàn)樵诖藘深悈^(qū)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(qū)域材料受力情況，從圖7可知，伸長類變形區(qū)在圓周方向徑部均受拉應(yīng)力作用，料厚變薄。隨著材料的流動(dòng)，料厚變薄，壓料面間隙相對(duì)增大，減少了壓料力。當(dāng)板料流過緊區(qū)時(shí)，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(dòng)，壓料困始終保持壓料作用，防止起皺等缺陷產(chǎn)生。
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: V& y3 G+ k* e6 K(2)采用里松外緊的原則，即內(nèi)側(cè)間隙大于料厚，外側(cè)間隙小于料厚，如圖8所示。在壓縮變形區(qū)中材料處于徑向受拉，切向受壓的應(yīng)力狀態(tài)．毛坯在圓周方向上產(chǎn)生壓縮變形。隨著材料的溫動(dòng)，料厚有增大的趨勢(shì)，且這種趨勢(shì)明顯增加，這祥會(huì)使壓料面間隙相對(duì)減小進(jìn)而增大進(jìn)料阻力，材料在拉力作用下易于破裂。因此在調(diào)整模具壓料面間隙時(shí)，宜在此處采用里松外緊的原則，消除材料厚度增加對(duì)材料變形的不利影響。

1 J7 m  I9 V  x4 X7 R覆蓋件拉伸棋的調(diào)整是一項(xiàng)比較復(fù)雜和困難的工作，在壓料力不易控制的情況下，采取調(diào)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(duì)材料變形的不利影響，這種方法在調(diào)整拉伸棋時(shí)是很有效的。上述壓料面間隙調(diào)整原則是實(shí)際調(diào)整拉伸模的經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，它與理論分析相吻合。
4.2 零件開裂
5 D5 `: p  H# ^& U$ `- Y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(shí)際有效抗拉強(qiáng)度。解決拉伸件破裂的調(diào)整方法如下：
(1)調(diào)整壓料力，使壓料力變小。
( K6 L! \2 }) A( M+ \. o/ }(2)調(diào)整拉伸間隱，使間隙變大，并使間隱變得均勻。
(3)調(diào)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(diào)整凸模圓角半徑。
  N3 [+ Q8 B  {  K" ~, W2 J(5)調(diào)整凸模與凹模的相對(duì)位置。
(6)毛坯尺寸太大或形狀不當(dāng)，板料質(zhì)量及潤滑不好也會(huì)使零件拉裂，故應(yīng)改變毛坯尺寸或形狀，調(diào)整沖壓工藝。
造成零件開裂的原因很多，在調(diào)整時(shí)應(yīng)仔細(xì)檢查開裂狀況、產(chǎn)生的部位，確定產(chǎn)生開裂的拉伸行程位置，根據(jù)具體情況推斷產(chǎn)生開裂的原因，從而制定出解決開裂的具體方案。
5 模具調(diào)試中解決起皺開裂的幾點(diǎn)體會(huì)
- ?4 ~! k, f$ g6 O2 n7 p, w' Y拉伸模一般在第1次試?yán)瓡r(shí)拉伸件又皺又裂，這時(shí)必須仔細(xì)觀察分?jǐn)貕毫厦娴那闆r，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(jìn)料困難；如果壓料面形成波紋，則開始進(jìn)料容易，以后由于波紋的產(chǎn)生，材料流動(dòng)困難，從而產(chǎn)生起皺開裂，也就是說在拉伸過程中，材料流動(dòng)的難易，都會(huì)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(jìn)料困難一般是由于壓料面的進(jìn)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(diào)節(jié)外滑塊，減小壓邊力，適當(dāng)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。
進(jìn)料容易主要是由于壓料面的進(jìn)料阻力太小，壓料面接觸不好，或設(shè)計(jì)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(diào)節(jié)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(shè)計(jì)拉伸件，以拉伸出合格產(chǎn)品。
以上僅是從工藝和拉伸模設(shè)計(jì)以及調(diào)整幾個(gè)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(duì)發(fā)生的現(xiàn)象仔細(xì)研究和分?jǐn)�，不同情況用不同的方法去解決，就會(huì)拉出表面質(zhì)量好的覆蓋件。