轿车顶盖拉延气流变形机理浅析及解决对策

文/朱威，许强华，皮劲，谢勇刚·神龙汽车有限公司技术中心

轿车顶盖拉延气流变形机理浅析及解决对策

文/朱威，许强华，皮劲，谢勇刚·神龙汽车有限公司技术中心

本文描述了轿车顶盖双动拉延零件在快速冲压过程中，由于凸凹模与板料之间进气流量不一致，形成压力差导致气流变形缺陷的产生；并通过安装单向阀，解决顶盖气流变形缺陷，保证其快速高效生产。

随着国内汽车行业的不断发展，压机、机器人自动化运行速度的不断提高，如何高效地生产质量优良的冲压零件是冲压行业研究的重要课题。顶盖作为汽车最重要的外覆盖件之一，其外观质量的好与坏，直接影响到整车外观的品质。顶盖零件一般外观面积较大且结构简单，板料厚度通常为0.6～0.8mm，零件成形过程中主要依靠压料圈内板料胀形，材料减薄率较小，刚性较差，快速拉延成形过程中易产生变形，而顶盖拉延变形一直是制约高速自动化生产的关键问题。

变形现象描述

某车型顶盖OP20拉延模在1400t双动机械压机，以滑块单次行程16次/分钟的速度冲压成形时，凸模随滑块快速上行过程中,零件型面中间区域被凸模带起，而零件四周型面则紧贴压料圈，从而导致零件出现巨大凹陷变形（图1）。

图1 顶盖变形缺陷图

该顶盖生产材料规格牌号为DX54D+Z，采用料厚为0.67mm的镀锌钢板；顶盖模具结构状态：凸模型面和反成形区域上分别有四组菱形的和一排φ4.2mm的排气孔（图2a），压料圈侧壁有12个φ80mm的排气孔（图2b），凹模底部空开区域有3个φ80mm的排气孔（图2c），凸模与压料圈周圈刃口之间的间隙均为3mm（图2d）。

变形发生原因

图2 顶盖模具结构图

正确掌握生产过程中问题产生的原因是制定有效对策的必要前提，本文从顶盖模具的运动过程来解析顶盖在快速成形过程中出现A面变形的原因，图3展示了顶盖模具运动的4个主要过程。Ⅰ过程，当板料放置在凹模压料面后，压料圈启动下行至下死点，与凹模压料面共同夹紧板料；Ⅱ过程，当压料圈下行至下死点后，凸模下行至接触板料，此时凸模、压料圈以及板料组成的空间被压缩，致使该空间中的空气通过凸模型面的排气孔和凸模与压料圈刃口之间的间隙排出；Ⅲ过程，凸模继续下行，并带动板料向下成形，此时板料与凹模组成的空间被压缩，致使该空间中的空气通过凹模底部的排气孔排出；Ⅳ过程，凸模下行至下死点，板料完成成形，此时凸模与板料之间以及凹模与板料之间基本都处于真空状态。

图3 顶盖双动模具运动过程图

当凸模到达下死点后即快速启动上行，而压料圈仍处于下死点未启动上行。凸模与板料之间以及凹模与板料之间的真空状态被释放，空气将通过凸模型面的排气孔、凸模与压料圈刃口之间的间隙以及凹模排气孔进入这两个空间。但由于凸模上行的瞬间速度较快，致使凸模与拉延零件之间的进气流量要小于凹模与拉延零件之间的进气流量，从而在凸模与拉延零件之间和凹模与拉延件之间的两个空间形成压力差，特别是凸模顶弧区域压力差最大，导致顶盖零件该区域在凸模达到下死点后迅速上行的瞬间会被凸模带起形成巨大凹陷变形。这就是顶盖拉延气流变形发生的主要原因。

变形解决对策

针对以上的分析结果，要解决快速生产过程中出现的顶盖拉延气流变形缺陷，主要问题是消除凸凹模与拉延零件之间因进气流量不一致而存在的压力差。因此，解决对策有两个行动方向：

⑴增加凸模方向进气流量。主要措施有：增加凸模排气孔数量，但由于排气孔易造成顶盖外观面出现气孔变形，因此凸模可用于钻排气孔的区域有限，只能在凸模反成形和不走料的区域增加排气孔，导致该方法不能100%解决气流变形缺陷；增加凸模与压料圈刃口之间间隙，可以将四角区域凸模与压料圈刃口之间间隙增加至5mm，在不降低材料利用率和压料圈强度的前提下，其余周圈间隙可以增加至6～10mm，以此有利于加大凸模与拉延零件之间进气流量。但由于无法定性地计算出凸凹模与拉延零件之间进气流量是否平衡，该方法在前期模具设计和机加时期无法有效地控制气流变形缺陷，需要根据后期调试过程情况予以解决。

⑵控制凹模方向进气流量。可在凹模结构中增设一套单向阀排气装置，利用单向阀气流单向进出的工作原理以控制凹模区域气流进出流量。

通过摸索和试验，确定单向阀结构尺寸和安装排布方式如图4所示：在凹模底部型面空开区域沿Z向镗3个φ80mm的通孔，以通孔中心为轴心镗φ125mm、深40mm的孔作为单向阀安装台。

图4 单向阀结构和安装方式示意图

生产过程中，当压料圈压住板料、凸模向下运动时，单向阀打开（排出板料与凹模之间的气体），防止排气不畅，造成零件变形；当零件成形后凸模上升时，单向阀关闭，拉延零件和凹模瞬间形成近乎真空状态，可与凸模和拉延零件形成近乎真空状况相互抵消，消除两区域的压力差。从而有效地防止凸模上行时将拉延零件带起，达到避免拉延零件变形目的。

结束语

⑴快速生产过程中顶盖气流变形缺陷是由于凸凹模与拉延零件之间进气流量不一致，产生压力差引起的。

⑵通过增加凸模排气孔数量以及凸模与压料圈刃口间隙方法在解决顶盖拉延气流变形问题中有一定的局限性。

⑶在顶盖凹模中增设一套单向阀排气装置，通过单向阀气流单向进出的工作原理可有效地保证模具运动过程中气压平衡，彻底消除拉延气流变形缺陷。