何磊，李珊珊

（北京奔馳汽車有限公司，北京100176）

0 引 言

某車型后門內板是帶窗框的一體式結構，零件尺寸大、結構復雜，成形難度大，易出現(xiàn)起皺和開裂情況[1,2]。此后門內板在生產(chǎn)過程中成形不穩(wěn)定，初期起皺，成形中后期開裂，生產(chǎn)狀態(tài)不穩(wěn)定，圖1所示為零件缺陷區(qū)域，導致返修和報廢零件較多，影響零件成形質量和生產(chǎn)效率。

圖1 零件缺陷區(qū)域

1 零件工藝分析

1.1 板料形狀及工藝參數(shù)

圖2所示為單側零件板料形狀，因拉深深度較深，窗框處側壁角度較小，為了防止成形零件開裂，板料設有工藝孔。零件材料為DC06，料厚為0.8 mm，性能如表1所示，關鍵工藝參數(shù)如表2所示。

表1 板料性能

表2 沖壓工藝參數(shù)

圖2 板料形狀

1.2 拉深工序

圖3所示為零件拉深設計造型，模具采用1模2件形式和一體式壓邊圈。拉深工序將零件形狀成形到位，后工序整形無實際整形內容，B柱、C柱、窗框及門檻等進料較多區(qū)域均采用雙筋形式。同時為了控制回彈，窗框內采用行程為20 mm的浮動壓料。

圖3 拉深設計造型

2 問題描述

零件鎖孔區(qū)域拉深深度較深，造型復雜，存在多個臺階，且圓角和側壁拔模角都較小，成形性差。圖4所示為零件成形初期鎖孔區(qū)域側壁起皺情況，成形中后期附近區(qū)域出現(xiàn)開裂，如圖5所示。零件批量化生產(chǎn)中成形狀態(tài)不穩(wěn)定，導致返修和報廢較多，影響成形質量和生產(chǎn)效率。

圖4 零件側壁起皺

圖5 零件局部開裂

3 問題分析

3.1 網(wǎng)格試驗

為了準確了解零件開裂與起皺區(qū)域的成形狀態(tài)，對零件進行網(wǎng)格試驗，以得到正常工藝參數(shù)下此區(qū)域的真實減薄率，并與CAE分析進行對比。

網(wǎng)格試驗步驟如下：①根據(jù)需要網(wǎng)格試驗區(qū)域，確定對應板料位置，并利用印刷網(wǎng)格設備在板料上印刷網(wǎng)格，如圖6所示；②利用沖壓設備將網(wǎng)格板料沖出，如圖7所示；③按要求設置比例尺寸，并利用相機拍攝網(wǎng)格件照片；④將照片導入網(wǎng)格分析軟件，如圖8所示，得到需要的數(shù)據(jù)。

圖6 板料上印刷網(wǎng)格

圖7 沖壓后網(wǎng)格零件

圖8 照片導入軟件

根據(jù)網(wǎng)格分析數(shù)據(jù)，零件拉深后此區(qū)域減薄率為13%～21%（見圖9），CAE分析此區(qū)域減薄率為10%～16%（見圖10）。經(jīng)過現(xiàn)場多次調試后，零件實際減薄率與CAE分析值存在一定差異，與CAE分析相比實際減薄率要大一些，模具成形裕度比設計時小。

圖9 網(wǎng)格試驗減薄率

圖10 CAE分析減薄率

3.2 實際拉深進料與CAE分析對比

在正常成形工藝參數(shù)下，取成形初期拉深件，測量此區(qū)域拉深進料為42 mm左右，而CAE分析中此區(qū)域拉深進料為46.58 mm，如圖11所示，實際成形時拉深進料比CAE分析少進料5 mm。

圖11 拉深進料值CAE分析

3.3 模具溫度影響

零件成形中由于板料和模具零件之間發(fā)生劇烈摩擦，模具溫度升高，根據(jù)熱脹冷縮的原理，凹模和壓邊圈間隙會變小，導致進料阻力加大，進料減少。為了對比模具溫度對進料的影響，選取零件成形初期拉深件和成形至1 200件時的拉深件進行對比。成形至1 200件時拉深件的對應開裂區(qū)域進料較成形初期少流動5 mm以上，表明模具溫度對拉深進料有一定的影響。

3.4 模具狀態(tài)

拉深平衡塊的目的是控制凹模和壓邊圈間隙，平衡塊著色情況可通過刷藍油來判斷，理想狀態(tài)是正常壓件后，平衡塊虛著色。前期調試時為了解決起皺問題，將壓邊圈上的所有平衡塊均調成無著色狀態(tài)，如圖12所示。壓料面是控制拉深成形狀態(tài)和拉深進料的關鍵因素之一，拉深筋內的壓料面也叫管理面，其著色狀態(tài)尤為重要，如圖13所示，管理面局部存在硬點。

圖12 拉深平衡塊著色情況

圖13 拉深壓料面著色情況

4 解決方案

綜上所述，模具經(jīng)現(xiàn)場調試后發(fā)現(xiàn)拉深進料比CAE分析時要少，同時減薄率要比CAE分析大。此外成形過程中隨著模具溫度上升，拉深進料會減少，零件減薄率會增大，以上情況導致零件開裂風險加大。拉深平衡塊不著色與壓料面著色不良是導致零件生產(chǎn)中成形狀態(tài)不穩(wěn)定及對模具溫度敏感的主要原因，為了解決此問題，制定了以下方案。

4.1 拉深筋燒焊

為了解決起皺問題，對拉深筋進行燒焊處理，增大拉深筋阻力，通過拉深筋控制進料。根據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗，通過拉深筋控制進料比壓料面要穩(wěn)定得多，可減少模具溫度對進料的影響。

4.2 壓料面研合

將拉深模對應區(qū)域壓料面進行重新研合，并消除管理面區(qū)域硬點。研合評價標準：①筋條內側管理面強壓泛白，著色率≥90%；②筋條外側20 mm以內虛著色，著色均勻；③筋條外側20 mm以外不著色[3]。

4.3 拉深平衡塊調整

為了減少模具溫度對進料影響，在壓邊圈的平衡塊下方增加墊片，將所有的平衡塊調整為虛著色，要求平衡塊下方增加0.1 mm墊片后平衡塊有著色，撤去0.1 mm墊片后無著色。

4.4 涂油調整

拉深油能提高板料和模具零件之間的潤滑性，有利于拉深進料及凹模內板料的延展性。油量過多時零件易起皺，油量過少時零件易開裂。自動化沖壓線自帶涂油機，可根據(jù)零件特點及需求設置涂油位置。為了改善該零件開裂情況，經(jīng)驗證后將零件上表面涂油由0.5 g/m2改為1.5 g/m2。

4.5 增加吹氣裝置

成形中為了減少模具溫度的變化，在模具內接入氣管，并使用壓縮空氣對模具進行吹氣降溫。同時為了減少設備能源損耗，防止產(chǎn)生較大的吹氣噪音，將設備提供壓縮空氣的邏輯設置成壓力機角度控制，如圖14所示的閥1設置，即當壓力機停止運動時停止供氣。

圖14 壓力機角度控制吹氣

5 結束語

通過采取拉深筋燒焊、研合壓料面、調整平衡塊、調整涂油以及增加吹氣裝置等工藝措施后，成形零件無起皺開裂情況，并經(jīng)生產(chǎn)驗證，零件成形狀態(tài)穩(wěn)定，實際成形零件如圖15所示。方案實施后因成形缺陷導致的零件返修和報廢得到了有效控制，零件一次合格率提高了3%，同時減少了生產(chǎn)停機，提高了生產(chǎn)效率。

圖15 零件無開裂起皺