文/孟海峰，杜洋洋，王巍·上汽大眾汽車(chē)有限公司

汽車(chē)外覆蓋件具有材料薄，造型復(fù)雜，表面質(zhì)量要求高等特點(diǎn)，而成形工藝的優(yōu)劣直接決定著零件成形的難易程度及表面質(zhì)量。其中兩廂車(chē)后蓋外板上側(cè)平面較大且曲率平緩，高位剎車(chē)燈區(qū)域則拉深較深，該零件同時(shí)存在成形不足和拉深傷碎等風(fēng)險(xiǎn)。

兩廂后蓋外板的成形與成形工藝、壓邊力、料片性能等多因素有關(guān)，雖然通過(guò)增大壓邊力可增大塑性變形，改善零件表面癟塘缺陷，但經(jīng)常伴隨出現(xiàn)傷碎問(wèn)題。本文以朗行后蓋外板為例，對(duì)拉延工藝進(jìn)行了優(yōu)化，徹底解決了零件表面質(zhì)量問(wèn)題，對(duì)后續(xù)兩廂后蓋外板工藝及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)具有指導(dǎo)和借鑒意義。

圖1 上平面癟塘

圖2 高位剎車(chē)燈區(qū)域傷碎

朗行后蓋外板在批量生產(chǎn)中常出現(xiàn)條狀表面癟塘，對(duì)屈強(qiáng)比等材料性能參數(shù)敏感度高，零件缺陷表面狀態(tài)如圖1所示。批量生產(chǎn)零件表面狀態(tài)不穩(wěn)定，停機(jī)率可達(dá)50%，生產(chǎn)報(bào)廢率可達(dá)30%，并且需要工藝全返工，嚴(yán)重影響生產(chǎn)節(jié)拍。同時(shí)伴隨著生產(chǎn)數(shù)量增加，模具溫度升高，拉延狀態(tài)發(fā)生變化，零件在高位剎車(chē)燈等多處位置產(chǎn)生傷碎，零件狀態(tài)如圖2所示。因此有必要對(duì)零件的成形工藝進(jìn)行分析，確定零件表面條狀癟塘及傷碎的成因并給出具體的優(yōu)化方案。這不僅能優(yōu)化零件的表面狀態(tài)，提高零件的品質(zhì)，對(duì)提高生產(chǎn)率，降低報(bào)廢及返工等方面的成本，也有重要意義。

原因分析

網(wǎng)格分析

網(wǎng)格試驗(yàn)法是測(cè)定零件大表面區(qū)域應(yīng)變分布的一種有效辦法，也可以通過(guò)試驗(yàn)獲得成形后板材的厚度分布等定量結(jié)果。通過(guò)減薄率等參數(shù)的分析，可了解覆蓋件的拉延成形效果，以指導(dǎo)提出有效的解決方法。考慮朗行后蓋外板條形癟塘及傷碎問(wèn)題的復(fù)雜性及敏感性，對(duì)零件拉延成形進(jìn)行應(yīng)變網(wǎng)格試驗(yàn)。其中，網(wǎng)格制作區(qū)域覆蓋大平面條形癟塘范圍，具體如圖3所示。

圖3 網(wǎng)格區(qū)域示意圖

其中，網(wǎng)格試驗(yàn)設(shè)備型號(hào)為AUGUS 12M，網(wǎng)格大小3mm，料片材料牌號(hào)：EN10152-DC06+ZE50/0BP0，料片厚度0.75mm，屈服強(qiáng)度149N/mm2，抗拉強(qiáng)度286N/mm2，延伸率43%，n值0.24，r平均值2.57。

為保證零件拉延成形質(zhì)量，工藝設(shè)計(jì)一般要求后蓋外板平面減薄率在4%以上。實(shí)際朗行后蓋外板OP20拉延成形件網(wǎng)格試驗(yàn)減薄率的情況，如圖4所示。通過(guò)分析發(fā)現(xiàn)，零件平面區(qū)域厚度減薄率在4%以下，零件上平面區(qū)域普遍存在成形不足的問(wèn)題。

圖4 試驗(yàn)件減薄率結(jié)果

朗行后蓋外板成形工藝分為七序：OP10落料模，OP20雙動(dòng)拉延模，OP30切邊整形模，OP40切邊模，OP50翻邊整形模，OP60翻邊整形模，OP70側(cè)修側(cè)翻模。其中，零件上平面區(qū)域的成形主要在OP20拉延工序完成，通過(guò)內(nèi)外側(cè)壓邊圈壓料，上下模拉延成形，拉延模模芯及凹模結(jié)構(gòu)，如圖5、圖6所示。通過(guò)結(jié)構(gòu)分析發(fā)現(xiàn)，在大平面頂部區(qū)域模芯及凹模均設(shè)置了工藝凸包，對(duì)零件的成形過(guò)程影響很大，需通過(guò)AutoForm CAE軟件進(jìn)一步模擬分析。

圖5 拉延模模芯

圖6 拉延模凹模

AutoForm模擬分析

通過(guò)AutoForm對(duì)OP20拉延成形過(guò)程進(jìn)行模擬分析。上模下行過(guò)程，壓邊圈壓料后，模芯開(kāi)始與料片接觸，在模芯作用下零件大平面區(qū)域開(kāi)始拉深成形，如圖7所示。由于模芯工藝凸包的存在，凸包高點(diǎn)提前接觸料片，使得大平面不能完全包模芯成形，上模距離下死點(diǎn)25mm，5mm時(shí)的成形狀態(tài)，如圖8、圖9所示。上模從距離下死點(diǎn)5mm至運(yùn)動(dòng)到位的過(guò)程，下模工藝凸包進(jìn)一步拉延成形，如圖10所示。

圖7 距下死點(diǎn)50mm位置

圖8 距下死點(diǎn)25mm位置

圖9 距下死點(diǎn)5mm位置

圖10 下死點(diǎn)位置

理論上講，上下模工藝凸包的存在可增大拉延量，提高零件的塑性變形，改善零件表面質(zhì)量。實(shí)際模芯運(yùn)動(dòng)至近下死點(diǎn)時(shí)，由于拉深深度較大，料片的流動(dòng)性較差，工藝凸包成形過(guò)程無(wú)法得到料片的及時(shí)補(bǔ)充，增大了零件傷碎的風(fēng)險(xiǎn)。優(yōu)化前，生產(chǎn)過(guò)程主要依靠調(diào)整限位塊的高度來(lái)調(diào)整壓邊力，以平衡零件表面癟塘與傷碎問(wèn)題。生產(chǎn)調(diào)整相當(dāng)頻繁，零件報(bào)廢率及返工率高，質(zhì)量控制難以保證。由于拉延成形工藝問(wèn)題，工藝凸包的存在限制了生產(chǎn)料片的適用范圍，對(duì)拉延成形表面質(zhì)量的穩(wěn)定性產(chǎn)生了極大影響。

優(yōu)化方案

OP20拉延模工藝優(yōu)化

考慮朗行后蓋外板上平面?zhèn)裙に囃拱鼘?duì)零件表面的影響，為提高零件拉延成形的穩(wěn)定性，對(duì)OP20拉延模成形工藝進(jìn)行優(yōu)化。本次主要針對(duì)上下模工藝凸包進(jìn)行優(yōu)化，取消成形工藝凸包并向兩側(cè)平順過(guò)渡，更改前后上平面?zhèn)裙に囋煨?，如圖11所示（灰色透明體為更改前，橙色實(shí)體為更改后）。另外，為使得兩側(cè)過(guò)渡均勻，并降低凸包的成形范圍與成形量，同時(shí)將凹模兩側(cè)分模線(xiàn)內(nèi)移，保證拉延過(guò)程料片包模芯成形，如圖12所示（灰色透明體為更改前，橙色實(shí)體為更改后）。

圖11 OP20模芯狀態(tài)

圖12 OP20凹模狀態(tài)

理論上講，工藝凸包的取消會(huì)減少料片的拉延成形過(guò)程，影響料片的塑性變形。基于該因素的考慮，在優(yōu)化工藝凸包的同時(shí)加強(qiáng)內(nèi)滑塊及壓邊圈拉延筋，減小料片流動(dòng)速度，以保證料片拉延過(guò)程的塑性變形，改善表面質(zhì)量。拉延筋的優(yōu)化需要根據(jù)零件實(shí)際狀態(tài)進(jìn)行研配調(diào)整，使零件受力均勻，料片流動(dòng)均勻，避免受力過(guò)大產(chǎn)生傷碎缺陷，同時(shí)避免拉延不足產(chǎn)生表面問(wèn)題。

工藝造型更改后，運(yùn)用AutoForm模擬拉延成形過(guò)程，距離下死點(diǎn)25mm及5mm拉深成形情況如圖13、圖14所示。由成形過(guò)程模擬可知，OP20拉延模在成形過(guò)程中，后蓋外板大平面區(qū)域完全包模芯拉深成形，拉深受力及料片流動(dòng)狀況均有所改善。

圖13 距下死點(diǎn)25mm

圖14 距下死點(diǎn)5mm

工藝凸包及內(nèi)外側(cè)拉延筋優(yōu)化更改后，OP20拉延模擬料片減薄率結(jié)果，如圖15所示。后蓋外板上平面大部分區(qū)域的減薄率可達(dá)4%左右，工藝優(yōu)化后有利于零件的拉延成形，改善零件的受力狀況。

圖15 模擬減薄率

后續(xù)工序工藝優(yōu)化

由于OP20成形工藝的改變，導(dǎo)致更改前后OP20成形件輪廓形狀差異較大。為避免前后工序型面不匹配產(chǎn)生新的表面質(zhì)量缺陷，需對(duì)后續(xù)工序OP30大平面?zhèn)惹羞吥＿M(jìn)一步優(yōu)化。更改前切邊輪廓較高，更改后切邊輪廓較低，如圖16、圖17所示。根據(jù)拉延工序模芯狀態(tài)，對(duì)后續(xù)工序進(jìn)行隨形優(yōu)化。

圖16 OP30切邊工藝

圖17 OP30切邊工藝局部放大圖

考慮OP20拉延模工藝凸包取消及拉延筋加強(qiáng)等因素，料片向模具內(nèi)流動(dòng)量減小，分模線(xiàn)外側(cè)廢料變大，后續(xù)切邊工序存在廢料切不斷的風(fēng)險(xiǎn)，影響廢料正常脫落。需要對(duì)后蓋外板切邊模大平面?zhèn)葟U料刀進(jìn)行優(yōu)化，廢料刀需加長(zhǎng)，如圖18所示。

圖18 切邊模下模

圖19 優(yōu)化后量產(chǎn)狀態(tài)

優(yōu)化效果

根據(jù)制定的優(yōu)化方案對(duì)模具進(jìn)行加工研配，通過(guò)OP20拉延模及后續(xù)模具的工藝優(yōu)化，朗行后蓋外板上平面條狀癟塘及零件傷碎問(wèn)題得到了很好解決，優(yōu)化后批量生產(chǎn)零件表面狀態(tài)，如圖19所示。該優(yōu)化成功地取消了批量零件工藝全返工，提高了零件的品質(zhì)，減少了工藝返工的人力成本。零件報(bào)廢率由30%降低至5%以下，降低了生產(chǎn)報(bào)廢成本。生產(chǎn)停機(jī)率由50%降低至3%以下，提高了生產(chǎn)OEE，對(duì)提高車(chē)間生產(chǎn)效率意義重大。此外，通過(guò)工藝優(yōu)化降低了模具對(duì)料片性能參數(shù)的敏感度，擴(kuò)大了沖壓模具對(duì)料片的適用范圍，避免了生產(chǎn)過(guò)程的反復(fù)調(diào)整，極大地提高了生產(chǎn)穩(wěn)定性。

結(jié)論

⑴兩廂后蓋外板上平面區(qū)域拉延較深，工藝凸包的存在會(huì)增大料片拉延傷碎的風(fēng)險(xiǎn)，工藝設(shè)計(jì)中上下模大平面區(qū)域應(yīng)盡量避免工藝凸包的設(shè)置。工藝設(shè)置大平面區(qū)域包模芯拉延成形，有利于料片流動(dòng)與受力均勻。

⑵拉延筋的設(shè)計(jì)至關(guān)重要，在料片拉延成形過(guò)程中拉延筋應(yīng)起主要作用，工藝凸包的設(shè)置只起輔助作用，大平面的塑性變形應(yīng)優(yōu)先通過(guò)拉延筋的設(shè)置優(yōu)化解決。

⑶拉延筋及壓邊面均能起到阻料作用，抑制料片流動(dòng)，由于批量生產(chǎn)模具發(fā)熱對(duì)壓邊面阻料效果影響較大，工藝設(shè)置應(yīng)以拉延筋阻料為主。