汽车覆盖件拉延工序中的常见问题

阿猪蛋

汽车覆盖件拉延工序中的常见问题

        汽车车身由许多轮廓尺寸较大且具有空间曲面形状的冲压件焊接而成，所以要求冲压件表面平滑、筋线清晰，不允许有皱纹、划伤、拉毛等表面缺陷，此外还要求具有足够的刚性和尺寸稳定性。车身覆盖件表面质量的好坏取决于拉延工序设计是否合理，拉延后是否出现起皱、开裂、滑移线等缺陷。为确保拉延质量，必须合理设计拉延件工艺。同时，要求在拉延模调试过程中，必须对拉延件的起皱和开裂以及拉毛、滑移线等现象进行仔细分析与研究，并采取相应的措施。

设计合理的拉延工艺


       拉延件的冲压工艺是编制覆盖件冲压工艺首先要考虑的问题，只有合理的拉延工序才能保证拉延过程不起皱、不开裂，或少起皱、少开裂，同时也可以避免由机床差异所带来的质量不稳定性。拉延工艺的设计，不但要考虑冲压方向、冲压位置、压料面形状、拉延筋的形状及配置，还要合理增加工艺补充部分、正确确定压料面。

确定冲压方向

        零件的冲压方向决定着能否拉深出满意的零件，还影响到工艺补充部分的多少和压料面的形状，合理确定冲压方向应满足以下3方面的要求：
⑴尽可能将零件大部分型面拉延成形，减少整形量。这样可以获得更精确的零件表面形状，有效减小回弹，也可以提高零件刚性。卡车后侧围外板未改进的合拉工艺，虽然减少了一副模具，但在实际生产中发现，台阶成形后的角度与拉延时冲压方向形成一个负角，不但造成该处拉延工序成形困难，且后面整形翻边时模具只能垂直翻边，余料无处释放，形成肚皮状褶皱无法消除，经过多次努力都无法解决。经过调整冲压工艺，改成单独拉延，并且将工件绕轴心线顺时针旋转，将台阶角度转成和冲压方向一致，直接拉延成形。实际结果表明效果很好，拉延时台阶就已成形，整形时无余料堆积，褶皱现象也得到消除。

⑵尽可能加大凸模与毛坯的接触面积。接触面越大，接触面与水平面的夹角越小，就越不易发生由于局部应力过载造成零件破裂的现象。材料拉延时贴模性的提高，易于零件获得完整的凸模形状，有利于提高零件的变形程度。

⑶压料面各部分进料阻力要均匀可靠。拉延深度均匀是保证压料面各部分进料阻力均匀可靠的条件，而后者又是确保拉延件不起皱、不开裂的前提，所以要尽可能避免两侧压料面存在明显的高低差。卡车右门后柱外板拉延压料面由于存在明显的高低差，因此拉延深度不均匀，造成两面进料阻力不一样，拉延时毛坯就可能由低的一面经凸模顶部向高的一面窜动，造成拉延不稳定。轻则产生滑移线，重则产生破裂和皱纹，只有通过增加拉延筋调整两侧的进料阻力，却增加模具的调试难度。

增加工艺补充部分


        为了实现拉延，往往要增加工艺补充部分以达到满意的拉延效果。合理的增加工艺补充部分应满足拉延工序，压料面，拉延后的修边和翻边工序的要求。
       具体来讲，就是根据修边线的位置确定各工艺补充部分的尺寸，特别是凹模圆角R的大小。这是因为凹模圆角部分对拉延毛坯进料阻力影响很大，直接关系到拉延件的起皱或开裂，所以取值要合理，凹模圆角半径R一般取8～10mm。在能拉出满意拉延件的条件下，尽可能减少工艺补充部分，同时必要时还要有意增加工艺补充（如凹槽、斜槽、凸筋等）。如果拉延时某一部分（尤其是形状变化急剧的部分）有多余的金属，材料易流动产生起皱，那么这部分的工艺补充就需要加凹槽或凸筋等，使多余的金属在拉延过程中流到凹槽或凸筋中，充分吸收多余的材料，使拉延不易起皱。加凹槽时，要考虑到修边时容易去掉，这个方法可有效地解决拉延起皱问题。如双排卡车中门框，该零件在装触点开关处的型面由于形状变化较大起皱严重，起初通过增加压边力和加大拉延筋等手段调整模具，由于离起皱部位较远效果均不理想，后期在靠近起皱面附近且在修边线以外的工艺补充部分增加凸筋吸料（图1），有效解决了起皱问题，凸筋也可以在修边时切掉。

图1 增加吸料凸筋

增加工艺切口或工艺孔


       在覆盖件的拉延过程中，拉延较深或有窗口反拉延成形的零件容易拉裂，可通过增加工艺切口或工艺孔的方法来解决。在调试拉延模时，试验确定工艺切口或工艺孔的位置、大小、数量和形状。如图2所示，双排座卡车右中门内板拉延模，通过在反成形和拉延深处的拐角处冲工艺方孔得到圆满解决。在模具调试过程中，相继采用了在四个拐角处增加切口及在中间切圆孔的方法，均不是很理想。借助激光切割机提供的便利，调试人员在现场试验不同切口形状及位置，最终确定了偏上部的位置冲工艺方孔，保证了拉深件的表面质量。

图2 在反成形和拉延深处的拐角处冲工艺方孔

起皱缺陷的产生及解决方案


        零件起皱主要是由于拉延时板料受压变形而引起的，通常采用提高板内径向拉应力来消除皱纹，具体解决措施包括以下几方面：
⑴调整压边力的大小。皱纹在制件四周均匀产生时，判断为压料力不足，通过逐渐加大压料力即可消除皱纹。在拉延锥形和半球形件时，开始时大部分材料处于悬空状态，易产生侧壁起皱，除了增加压边力外，还应增加拉延筋，目的是增大板内径向拉应力以消除皱纹。

⑵调整凹模圆角半径R。凹模圆角半径R太大，会增大坯料悬空部位，减弱控制起皱的能力，调整时可适当减。

⑶调整压料面的间隙。具体措施包括：1)采用里紧外松的原则。在凹模口直线弯曲变形区和伸长变形区，如图5a所示，里侧间隙应略小于料厚t，外侧间隙应略大于料厚t。这是由于，此两类区域材料变形过程中料厚t不变或变薄，造成了压料间隙的变化。2)采用里松外紧的原则，即内侧间隙大于料厚t，外侧间隙小于料厚t。在压缩变形区域中材料处于径向受拉，切向受压的应力状态，毛坯在圆周方向上产生压缩变形。随着材料的流动，料厚t有增大的趋势，且这种趋势明显增加，使压料面间隙相对减小进而增大了进料阻力，使材料在拉力作用下易于破裂。此处采用的里松外紧原则，可消除材料厚度增加对材料变形的不利影响。压料力不易控制的情况下，采取调整拉延间隙的办法可消除因机床变化而引起的压料力变化对材料变形的不利影响。

开裂的产生及解决方案


零件开裂的根本原因在于，拉延变形抗力大于筒壁开裂处材料的实际有效抗拉强度。拉延件破裂的解决措施包括以下几方面：
⑴调整压边力，使压料力变小。
⑵调整拉延间隙，使间隙变大、均匀。
⑶调整凹模圆角半径R。凹模圆角半径太小，零件易拉裂，加大凹模圆角半径可减小拉裂程度。
⑷调整凸模圆角半径R。
⑸毛坯尺寸太大或形状不当，板料质量及润滑不好也会使零件拉裂，故应改变毛坯尺寸或形状，调整冲压工艺。图6是双排座卡车零件右前门后柱内骨架，该零件形状复杂，中部细长且两端变化大，截面形状变化也很剧烈，在拉延件里属于较难成形的零件。开始调试模具时，直接用长方形板料，发现拉延时各部分进料阻力相差很大，造成零件发生起皱严重或者多处开裂。经过多次试验，利用激光切割调整坯料形状，通过改变坯料外形调整各部分的进料阻力，有效解决了零件开裂问题。
造成零件开裂的原因很多，调整时要仔细检查开裂状况及产生的部位，确定开裂部位在拉延行程中的位置，根据具体情况推断产生开裂的原因，从而制定出解决方案。

滑移线的产生及解决方案

       滑移线一般产生于拉延较深的部位，形成原因包括冲压方向选择不当，拉延较深，毛坯压料面滑入凹模过快，毛坯与凸模有相对运动，材料的屈服强度不均匀等。最直接的解决方法是改变冲压方向，尽可能减小拉延深度，增加凸模与毛坯的接触面积，可从以下几方面进行控制：
⑴提高压料面的研合率，减小压料面的表面粗糙度，使毛坯各部分均匀进料。
⑵提高凹模圆角的光洁度及硬度，圆角过渡光滑，整个凹模圆角一致性好，消除补焊气孔及镶块间的缝隙。
⑶滑移线出现部位的压料面，其拉延筋凹槽口部圆角一定不能太大，一般不超过3～4mm，有时视具体情况要考虑用方筋。
⑷采用质量好的材料。
       单排座卡车左右门后柱外板最初拉延时滑移线非常明显，严重影响车身外观，且手工整修很困难，且修整后零件的壁厚都会明显减薄。最终采取方法是，将拉延筋补焊成方筋，在零件拉延时紧绷住料，同时改善压料面研合精度，提高凹模口部圆角光顺程度，使拉延件能够平稳滑进模腔，此时滑移线问题得到了明显的改善，不再需要手工修整就可满足装车要求。