伺服压机变压边力对翼子板成形优化的分析

2016-06-21李驰广州汽车集团乘用车有限公司

锻造与冲压 2016年22期

文/李驰·广州汽车集团乘用车有限公司

伺服压机变压边力对翼子板成形优化的分析

文/李驰·广州汽车集团乘用车有限公司

目前，汽车造型设计日趋复杂化，车身覆盖件零件拉延深度大、表面特征线复杂、使得冲压件成形性、外观品质和精度控制难度增加，制约着冲压生产效率的提升和成本降低。本文基于伺服压力机变压边力特性对翼子板拉深成形过程进行研究，结合现场生产的实际问题，通过对恒压边力和变压边力拉深成形结果进行对比分析，寻找合适的变压边力曲线，实现对翼子板成形的优化。

图1是某车型前翼子板的数模，该零件的生产工艺有以下难点：

图1 翼子板

⑴该零件安装在车身左前和右前方，是遮盖前车轮的外观件，处于车身的主要视觉区域，因此对冲压件的外观品质要求很高；

⑵从冲压方向上看，零件深度达到230mm，属于深拉延件，易出现成形开裂问题，造成零件报废率高；

⑶曲面变化多，造型复杂，使得冲压工艺的压料面形状为不可展曲面（见图2），成形过程压料面容易起皱，造成模面、拉延筋拉伤，降低模具寿命。

图2 翼子板冲压工艺造型

压边力是板材冲压成形过程中最重要的参数之一，对控制零件拉深过程中产生的品质缺陷如开裂、起皱、外观品质等影响很大，对于翼子板来说，即要减少零件的减薄和开裂（小压边力），又要控制零件的起皱和外观凹陷（大压边力），模具的调试难度大，通过伺服压机变压边力控制，可以改善设备对模具的适应性，从而改善零件的成形条件，提高零件的合格率，减少模具的调试时间。下面结合实际生产中的问题，对变压边力对翼子板成形性改善进行分析和验证。

该翼子板零件材质牌号为B180H，厚度0.7mm，材料分析参数见表1。

表1 力学参数

恒定压边力分析

压边力为110t分析结果

表2 不同压边力分析结果对比

表2为不同压边力分析结果对比表。从110t压边力的分析结果可知，翼子板上部材料流入量为95mm左右，由于材料流入过多，部分区域未充分拉深，实际生产过程中，容易在外观面上产生凹陷（图3）。

图3 翼子板月亮湾处凹陷分析和实际对比

表面缺陷高度图用于评估压料面区域起皱趋势，翼子板上部区域最大值为0.2mm，远高于0.05mm的标准要求，实际生产过程中，压料面容易起皱，尤其是在翼子板上部材料流入量很大的情况下，零件和模面的相对运动产生摩擦，大批量生产会造成模面和零件的拉伤（图4）。

压边力为150t的分析结果

图4 翼子板上部起皱趋势分析和实际对比

为改善零件的外观凹陷和压边圈起皱趋势，尝试提高压边力到150t进行分析，通过表面缺陷高度图分析可以看到，翼子板上部最大值为0.04mm，最大流入量为85mm左右，压料面起皱趋势得到比较大的改善，可以有效降低零件的拉伤和模面磨损，但是轮毂处开裂严重（见图5），且其他区域的开裂风险增加，生产过程造成零件的报废率提升。

图5 轮毂处分析开裂

恒定压边力的对比和分析

通过对比到底前30mm时（图6），110t压边力和150t压边力情况下的表面缺陷高度图，可以看出两种压边力下零件起皱趋势差异不大。主要是由于在成形前期，零件流入量比较均匀，材料局部挤压力不大；在成形后期，由于零件造型复杂且分模线R角较多，局部材料流入过多，材料流入量不均，材料局部挤压力急剧增加。如果此时压边力无法抵消由于材料起皱趋势导致的顶出力增加，则压料面将出现明显的起皱。

通过分析150t压边力情况下的成形极限图，零件在拉延到底前20mm出现开裂，主要是由于压边力增加导致材料的流入量减少，无法满足成形需要，拉伸率过大引起开裂。

图6 不同压边力到底前30mm对比图

综合以上分析，为了既能够控制起皱，又能够避免零件的开裂，在成形前期零件起皱趋势不大的情况下，采用较小的压边力110t，使材料能够流入模腔，为后期成形储备充足的材料；成形后期（拉延到底前30mm，即零件开裂前20mm再增加10mm余量），处于压料面起皱趋势加剧的阶段，再通过增加压边力到150t，控制零件压料面的起皱趋势，防止起皱导致零件和模面的拉伤。

变压边力的分析结果验证

根据以上分析，设置压机的变压边力曲线如图7所示。通过CAE分析结果对比可以看出，变压边力情况下材料流入量为89mm，成形极限图中无开裂区域，表面缺陷高度图中翼子板上部最大值为0.06mm，略高于压边力150t时的分析结果。图8为现场实际生产的零件情况，可见压料面起皱得到明显改善。