分析冲压件成型存在的缺陷及解决对策

分析冲压件成型存在的缺陷及解决对策

黄鹏飞张碧博

陕西德仕汽车部件（集团）有限责任公司陕西西安710201

摘要：随着我国经济水平的不断的提高，加工制造业水平也在飞速发展，尽管其工艺已日趋成熟和完善，但还是存在一定问题尤其是冲压成型的工艺。汽车工业是世界上最大的几个制造产业之一，汽车的需求量随着世界经济的快速发展迅速增加，这就要求汽车制造技术也要随之提高。

关键词：汽车冲压件；冲压成形；缺陷分析

冷冲压是汽车制造过程的一个重要环节,外覆盖件作为车身外表面零件,表面不允许有皱纹、凹痕等缺陷,骨架件形状复杂,用于提高车身的刚性,并连接或固定内饰件及其它零件。可以说,汽车覆盖件既是外观装饰性的零件,又是封闭薄壳状的受力零件。由于车身的美观性和功能性等特殊需要,很多覆盖件整体轮廓内部带有局部形状特征,这对成形控制技术提出更多更高的要求。分析拉伸过程中的应力应变状态,有助于分析拉伸过程中出现的工艺问题和质量问题。

1汽车冲压件的运用

冲压成可以说是一种有着悠久历史的生产加工工艺，有着生产效率高以及零件一致性等方面的优点，板材成形技术也得到汽车等加工制造业的高度重视。研究显示80%左右的汽车零件是使用板材；中压制造的。所以；中压成型技术水平的坏，会直接影响到加工制造业产品制造的成本、质量以及新产品开发的周期。各个制造业厂商目前已经先后运用仿真技术用来指导产品设计以及制造，并目随着理论技术方面的不断完善，冲压成形仿真分析站在汽车等制造业的生产过程中应用越来越广泛，冲压成形的仿真分析为冲压生产也提供有力的条件，在早期设计阶段评价覆盖件以及模具的设计可行性，在试冲阶段则做好故障分析并解决问题，批量生产的阶段则可以进一步用来分析潜在的缺陷分析，从而进一步改善覆盖件的生产质量，从不断调整材料的等级。可以说冲压件的运用对于汽车等机械制造行业的发展有着不可或缺的重要意义。

2冲压成型过程产生缺陷的影响因素

2.1材料参数。通常用成型极限曲线（FLD）来反映钣金的成型质量，对于该曲线拟合影响最大的参数包括硬化指数n和厚向异性系数r。参数的变化起着双重作用，硬化指数n增加能够提高材料延展均匀性，但材料硬度增加会使钣金在成型中容易拉裂，n如果减小则效果相反。厚向异性系数r变大，拉裂点也随之变大，但当这个值达到一定时（大于1），板材在厚度方向的变形度减小很多，拉深件侧壁不容易减薄，不容易拉裂，拉深过程中不容易起皱，但材料延展性减弱。

2.2模具型面参数。模具型面（凸模、凹模圆角、成型型面形状等）对零件成型影响显著。下面以筒形拉深件为例阐述凹模圆角的作用。在筒形件拉深过程中，凹模圆角大小合适与否是拉深能否成功的关键因素，它的主要作用是控制材料的流动量及速度。凹模圆角的取值与材料的厚度有一定关系，当料厚小于1mm时圆角半径要不小于料厚的5倍；料厚在1～2.5mm之间时圆角半径要不小于料厚的4倍；料厚大于2.5mm时需根据具体情况而定。圆角半径过小，拉深过程中容易出现拉裂；圆角半径过大则容易起皱。设计模具圆角半径时，首先根据计算结果及经验初步设计，然后再根据材料的流动情况适当增大或减小圆角半径，以控制成型加工。

2.3工艺参数。工艺参数是指除了模具型面参数和材料自身参数以外的参数，包括压边力、摩擦力、拉深速度、润滑条件等，这些参数同样对零件成型起着决定性作用。压边力过大，材料在成型过程中流动性差，会使板材减薄，甚至拉裂；相反，如果压边力过小，材料在成型时不受控制，又会使板材迅速堆积，影响零件成型，甚至破坏模具。通常采用压边圈或开压边槽来控制模具压边力。摩擦力主要是指钣金与凸模、凹模直接接触产生的力。它与压边力相似，过大会使零件起皱，过小会使零件拉裂。此外，摩擦力过大还会使零件表面划伤，破坏模具型面，减少模具使用寿命。拉深过程中拉深速度对零件成型的作用也很大，速度过快或不均匀会使零件拉裂。零件成型过程中润滑条件也很重要，它主要影响材料的流动性。润滑不良，会使零件因流动性差而产生拉裂；润滑过多，不仅会使板材堆积起皱，还容易产生密闭真空，影响零件成型。

3解决对策

3.1起皱解决办法。一方面是调整压边力大小。在皱纹在部件四周出现时，能够通过提高气垫的压力并降低平衡块高度等方式，来强化压料力从而消除皱纹。在拉深锥形件以及半球形件的过程中，拉深开始时的大多数材料为悬空状态，因而容易出现侧壁起皱，所以除了提高压边力之外，还需要增加拉深的筋数量并改变筋条的形状，从而强化板内的径向拉应力，最终消除皱纹。另一方面是调整压料面间隙。对于直线的弯曲变形区以及伸长变形区，要增加压料面的间隙，从而保证材料运动的过程当中，压料面可以保持压料作用，避免出现起皱的问题。对压缩变形区当中的材料位于径向受拉以及切向受压的情况下，调整方法则同前面相反。

3.2拉裂解决办法。第一，调整拉深模具压边圈的平衡块高度，从而适应设备精度偏差和凹凸模的间隙，实现均衡受力的结果。第二是调整凹模的圆角半径。这是因为凹模的圆角半径过小部件容易拉裂，所以加大凹模的圆角半径能够刚氐{立裂的程度。第三是改变拉深的前；中压型料形状，发挥工艺沏口优势，从而消除材料堆积导致的拉裂问题。第四是修改拉深筋条形状以及位置，并根据材料的变薄率来选择半圆筋条或者是梯形筋条。

3.3回弹的解决办法。压料面作为汽车冲压件成型工艺的补充部分，对于解决回弹问题有重要的作用。一方面要减少拉延的深度。要是压料面处于部件的凸缘面，那么压料面会呈现出一定弯曲。为降低拉延的深度同时保证毛坯服贴压紧于压料面，局部压料面应当加工成为600左右的傾角，夹角太小容易出现皱纹，太大则增加拉延的深度从而引发回弹的问题。另一方面是凸模对于拉延毛坯有一定作用，所以拉延的过程当中要尽量避免波纹的出现，控制拉延的距离，从而消除回弹的可能性，最终拉出满意的部件。

3.4培养人才。目前冲压件成型过程当中板材成形数值的模拟软件对于操作人员有着比较高的要求，并且个人操作经验的不同，往往导致模拟结果存在很大的区别。因此需要加强这一方面专业人才的培养。同时目前使用模拟软件对于计算机操作技能要求比较高，一方面需要进一步设计优化模拟软件，另一方面也需要加工厂及制造厂培养加工工人的计算机水平，从而满足冲压成型的操作要求。冲压前，在待成型材料表面覆盖一层塑料薄膜，该塑料薄膜在冲压成型过程中可拉伸变薄，起到润滑油的作用，以此增加材料在冲压成型过程中的流动性。通过大量实践证明，该方法是最经济、最行之有效（该方法既不改变模具结构，也未对生产工艺进行大的改变），且对后续焊装、涂装工序没有任何不良影响，完全可以杜绝暗裂缺陷的发生；因此，推荐大批量流水线生产中使用该方法。以汽车行业为代表的加工制造领域钣金件的制作中多部分部件均采用冷冲压技术进行加工制作，但是在实际生产过程中，钣金冲压件常会出现各种缺陷如起皱、叠料、颈缩、回弹、切边不齐、毛刺、压伤及滑移线等。零件叠料缺陷会造成零件报废。

参考文献：

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[2]万力波，胡勇萍，卿新星，等.轿车车门内板拉深成形过程的有限元分析．精密成形工程，2014.

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