汽車覆蓋件沖壓材料流入量調(diào)試淺析

譚高山

（廣汽乘用車有限公司，廣東廣州 511434）

1 引言

汽車覆蓋件大多數(shù)采用鋼板沖壓成形，在沖壓成形過(guò)程中，鋼板材料流入量作為模具調(diào)試、生產(chǎn)過(guò)程監(jiān)控及評(píng)價(jià)的重要指標(biāo)之一。如何在設(shè)計(jì)、制造、調(diào)試、生產(chǎn)等環(huán)節(jié)對(duì)其進(jìn)行管控與調(diào)整，對(duì)沖壓件生產(chǎn)和品質(zhì)穩(wěn)定具有重要意義。根據(jù)長(zhǎng)期的探索及經(jīng)驗(yàn)積累發(fā)現(xiàn)，通過(guò)實(shí)際沖壓材料流入量與CAE數(shù)值相匹配，可做到?jīng)_壓件整體成形效果及趨勢(shì)與CAE分析結(jié)果基本一致。本文主要探討新車型模具開(kāi)發(fā)過(guò)程中如何設(shè)定、管控材料流入量，當(dāng)出現(xiàn)材料流入量異常時(shí)如何分析原因及找出調(diào)試、恢復(fù)的方法，提高沖壓件生產(chǎn)和品質(zhì)穩(wěn)定性。

2 沖壓件材料流入量介紹

沖壓件材料流入量是指坯料在沖壓成形過(guò)程中的流動(dòng)量，通常測(cè)量坯料成形后的邊緣與成形前的邊緣法向距離（見(jiàn)圖1）。其影響因素主要包括材料摩擦系數(shù)、壓邊力、拉伸筋阻力（靠拉伸筋高度、拉伸筋R角大小、拉伸筋布置等設(shè)定實(shí)現(xiàn)）、拉伸深度等方面。

圖1 材料流入量示意圖

材料流入量是沖壓件CAE分析結(jié)果輸出的重點(diǎn)指標(biāo)之一，作為CAE狀態(tài)下材料流向的參考，其數(shù)值的變化往往伴隨著沖壓件回彈、表面質(zhì)量、材料減薄等狀態(tài)的變化。例如，某一區(qū)域的材料流入量減小，該區(qū)域材料會(huì)拉伸更充分，材料減薄加劇，沖壓件可能出現(xiàn)開(kāi)裂不良。

3 工藝設(shè)計(jì)階段關(guān)注要點(diǎn)

材料流入量作為工藝方案CAE分析結(jié)果輸出的重點(diǎn)指標(biāo)之一，在工藝參數(shù)設(shè)定時(shí)，需關(guān)注以下與其關(guān)聯(lián)比較密切的一些要點(diǎn)：

（1）摩擦系數(shù)。不同摩擦系數(shù)CAE分析出來(lái)的材料流入量及成形效果不同，甚至差異很大，應(yīng)根據(jù)不同沖壓材料設(shè)定相應(yīng)摩擦系數(shù)，如普通鋼板摩擦系數(shù)設(shè)定為0.15，鋁合金板料0.12，皮膜材及鋅鋁鎂合金材0.12。

（2）拉伸筋布置。沖壓件成形過(guò)程中，在相同壓邊力前提下，主要靠拉伸筋阻力控制其各部位的走料量及均勻性。一般設(shè)定原則如下：

a.為保證材料拉伸充分，提高材料變形程度，通常沿著壓邊圈內(nèi)輪廓線整圈布置拉伸筋。

b.在局部容易成形起皺的地方（如拐角部位），增加局部短拉伸筋，以增加傳力區(qū)徑向拉應(yīng)力，降低切向壓應(yīng)力，防止板料起皺。

c.為保證各位置的進(jìn)料量及進(jìn)料速度，通常會(huì)根據(jù)零件的拉伸深度布置不同類型的拉伸筋。在拉伸深度大的直線部位布置阻力大的拉伸筋，而在拉伸深度大的曲線部位不布置拉伸筋。在拉伸深度相差較大時(shí)，在深的部位不設(shè)或設(shè)阻力小的拉伸筋，在淺的部位設(shè)阻力相對(duì)大的拉伸筋。如圖2所示。

圖2 拉伸筋布置示例

工藝方案經(jīng)CAE分析綜合判斷減薄率、主副應(yīng)變、滑移線、材料利用率等技術(shù)指標(biāo)完成的情況下，鎖定沖壓成形工藝參數(shù)，輸出分析結(jié)果（含材料流入量），用于模具制造、調(diào)試參考。

4 模具廠外調(diào)試階段關(guān)注要點(diǎn)

在模具廠外調(diào)試階段，目前國(guó)內(nèi)主機(jī)廠主要調(diào)試思路為先調(diào)整材料流入量、成形噸位至與CAE模擬結(jié)果相一致，在此基礎(chǔ)上對(duì)沖壓件上有缺陷的地方對(duì)模具進(jìn)行進(jìn)一步的調(diào)試和回彈補(bǔ)償。能有效減少調(diào)模次數(shù)，提高調(diào)試效率、降低調(diào)試成本。但在實(shí)際操作過(guò)程中，往往存在模具加工、裝配、調(diào)試等方面因素會(huì)導(dǎo)致實(shí)際沖壓結(jié)果與CAE模擬結(jié)果不符，在模具制造、調(diào)試過(guò)程中該如何消除這些因素的影響，根據(jù)模具廠外調(diào)試經(jīng)驗(yàn)總結(jié)如下：

（1）明確調(diào)試思路。在模具加工、裝配完成轉(zhuǎn)調(diào)試初期，現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試人員在參考CAE工藝參數(shù)進(jìn)行調(diào)試時(shí)，通常不會(huì)順利的沖壓出與CAE模擬結(jié)果相匹配的沖壓件。此時(shí)，調(diào)試人員可能會(huì)抱怨模擬結(jié)果不準(zhǔn)確，不能很好的指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試，然后就拋棄CAE模擬結(jié)果，根據(jù)自己的經(jīng)驗(yàn)對(duì)模具進(jìn)行大量的調(diào)整，從而使調(diào)整后的模具沖壓出的制件狀態(tài)更大的偏離了CAE模擬結(jié)果，降低了前期做出的工藝處理、回彈補(bǔ)償?shù)葦?shù)值的有效性。因此，在模具轉(zhuǎn)調(diào)試前，必須先明確調(diào)試思路，遵守調(diào)試流程，先把模具裝配、研合、排干涉等基礎(chǔ)完成，再一步步參考CAE分析參數(shù)調(diào)試出件，過(guò)程中與CAE模擬存在差異的地方也可以分析、總結(jié)，找出問(wèn)題所在，把相關(guān)經(jīng)驗(yàn)輸入下一個(gè)項(xiàng)目，不斷提升CAE模擬準(zhǔn)確度。

（2）合理設(shè)定壓料面壓料范圍。進(jìn)行CAE模擬計(jì)算時(shí)尤其是使用虛擬筋計(jì)算時(shí)壓料面必須是貼合的，但現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行壓料面研合時(shí)，為了減少研合工作量，可能會(huì)根據(jù)調(diào)試人員個(gè)人經(jīng)驗(yàn)放空外圍壓料面、縮小壓料范圍，導(dǎo)致實(shí)際壓邊力小于CAE模擬值，這也會(huì)造成實(shí)際材料流入量及沖壓效果與CAE模擬的不一致。所以，壓料面壓料范圍需與CAE設(shè)定保持一致，如判斷部分壓料范圍確實(shí)可縮?。ㄈ绮蛔吡系臏\拉伸件），需在前期CAE分析時(shí)設(shè)定。

（3）提高拉伸筋、壓料面表面質(zhì)量。拉伸筋、壓料面的表面光順度、粗糙度直接影響材料流入阻力及材料流入量大小。

a.拉伸筋光順度。模具機(jī)加工過(guò)程中，根據(jù)加工走刀特點(diǎn)，往往會(huì)在凹R角或曲面銜接部位存在加工不到位的地方，殘留加工棱線，導(dǎo)致拉伸筋不光順，加大拉伸筋阻力。所以，在研合、調(diào)試過(guò)程中，需重點(diǎn)加以關(guān)注，做好清根及排干涉工作，保證拉伸筋光順。

b.壓料面粗糙度。每位調(diào)試人員對(duì)壓料面的研合手法和操作技能的不同，研合出來(lái)的壓料面的表面質(zhì)量和粗糙度也會(huì)有所不同，直接影響材料流入阻力及流入量，需規(guī)范研合作業(yè)手法?？偨Y(jié)幾個(gè)操作要點(diǎn)如下：①拋光工具：油石、砂紙拋光時(shí)的順序是油石100#、150#、240#，砂紙240#-600#，由粗到細(xì)，拋凹形拐角等用大油石不宜拋的地方要用方形或三角形小油石拋光；②作業(yè)手法：拋光時(shí)用力均勻，速度不能過(guò)快，要用油石45°交叉拋光，不要在同一位置反復(fù)拋光，造成凹坑，塌角，保證平面平整、曲面光順。

（4）合理評(píng)價(jià)材料流入量。在模具裝配、研合、排干涉等基礎(chǔ)完成后，開(kāi)始調(diào)試出件。CAE一般以200mm為間距設(shè)定測(cè)量點(diǎn)，標(biāo)注材料流入量測(cè)量值（見(jiàn)圖3）。模具調(diào)試過(guò)程中參考測(cè)量點(diǎn)的理論值，通過(guò)壓邊力調(diào)整、壓料面局部研合調(diào)整、拉伸筋調(diào)整等手段調(diào)整材料流入量至與CAE模擬盡量一致，一般差異在±5mm以內(nèi)判斷為一致。

圖3 材料流入量測(cè)量示意圖

通過(guò)以上調(diào)試思路及手法，調(diào)整材料流入量與CAE模擬值一致。在此基礎(chǔ)上，調(diào)試出件效果基本可達(dá)成CAE模擬結(jié)果一致。

5 模具廠內(nèi)調(diào)試階段關(guān)注要點(diǎn)

模具廠外調(diào)試結(jié)束后，需轉(zhuǎn)回主機(jī)廠內(nèi)匹配生產(chǎn)線調(diào)試、生產(chǎn)。模具回廠調(diào)試出件狀態(tài)（尤其首次上線調(diào)試），往往與廠外狀態(tài)存在一定差異，當(dāng)出現(xiàn)差異時(shí)，如何調(diào)試、恢復(fù)材料流入量正常值，總結(jié)調(diào)試經(jīng)驗(yàn)如下：

（1）調(diào)整成形參數(shù)。如成形力、壓邊力（見(jiàn)圖4）、閉合高度、頂桿拉伸長(zhǎng)度等，往往廠內(nèi)外調(diào)試所使用的壓機(jī)屬性不一樣（例如油壓機(jī)與機(jī)械壓機(jī)、伺服機(jī)械壓機(jī)與普通機(jī)械壓機(jī)、氣墊壓機(jī)與液壓墊壓機(jī)），工藝參數(shù)也會(huì)略有差異，需通過(guò)參數(shù)調(diào)整來(lái)恢復(fù)材料流入量。

圖4 壓邊力調(diào)整示例

（2）調(diào)整壓料面模面間隙。廠內(nèi)外調(diào)試所使用的壓機(jī)壓力分布形式及壓機(jī)精度（工作臺(tái)平行度、垂直度、氣墊平行度及頂桿等高度等）不一樣，壓料面模面間隙差異會(huì)比較大。此類差異對(duì)沖壓材料流入量及零件成形效果影響最大，有時(shí)甚至不能正常出件，需匹配廠內(nèi)壓機(jī)重新進(jìn)行壓料面研合，恢復(fù)正常的模面間隙。如圖5所示，某項(xiàng)目側(cè)圍外板由于機(jī)差原因，廠內(nèi)調(diào)試出件材料流入量差異很大，最終通過(guò)重新研合壓料面恢復(fù)正常材料流入量。

圖5 材料流入量差異對(duì)比圖

6 結(jié)束語(yǔ)

沖壓材料流入量對(duì)模具調(diào)試、穩(wěn)定生產(chǎn)具有重要指導(dǎo)意義，需要從前期工藝設(shè)定、模具廠外調(diào)試、模具廠內(nèi)恢復(fù)等各階段加以管控。通過(guò)參考CAE模擬值對(duì)實(shí)際材料流入量進(jìn)行調(diào)整，快速達(dá)成、恢復(fù)沖壓件成形效果，有效減少調(diào)模次數(shù)，提高調(diào)試效率。對(duì)調(diào)試過(guò)程中與CAE模擬存在差異的地方，需多做分析和總結(jié)，找出問(wèn)題所在，積累經(jīng)驗(yàn)，不斷提升CAE模擬準(zhǔn)確度，以更好的指導(dǎo)模具調(diào)試、生產(chǎn)。