拉深类冲压零件表面起皱的原因分析及解决方案

文/李先艳，邓浩东，赵威·格力电器（武汉）有限公司

由于冷冲压件具有质量稳定、互换性好、节约材料、生产效率高等特点以及能够加工出壁薄、重量轻、刚性好、形状复杂的零件，因此在航空航天、机械、电子信息、交通、轻工、暖通空调、仪器仪表等行业均被大量应用。暖通空调行业中空调外机产品的外观件绝大部分由冷冲压件构成，冷冲压件分为拉深类零件和非拉深类零件。拉深类零件表面起皱的质量问题较为频繁和突出（图1），严重影响产品的生产质量，因此如何解决拉深类零件起皱具有重要研究意义。

图1 拉深类零件起皱

工程概况

拉深类零件的材料选用国家标准牌号08AL型号的热镀锌板，08AL是含碳量为0.08%优质碳素结构钢的铝脱氧镇静钢冷轧板，广泛应用于需要有良好的成形性和塑性但强度要求不高的产品中，如家用空调产品中的面板、外罩、顶盖等拉深类零件。本文选取家用空调产品中的面板作为分析对象。

面板在拉深成形过程中，主要受到原材料与模具性能的影响。其中拉深成形过程中模具性能主要包括：凸凹模成形面的压料力、拉深面的锥度、拉深面的阻料筋、拉深面的高度等。

要素分析

凸凹模成形面的压料力

面板简化后的模型如图2所示，实际生产中常用以下公式计算压边力的大小：P=K×L×t×σb；

式中K—系数，K=0.5～0.8；L—盒形件区域周长；t—材料厚度；σb—材料的抗拉强度。

图2 面板简化后的模型

通过AutoCAD软件计算，面板简化后模型的盒形件区域周长L1=1210mm和L2=1700mm，零件的厚度t=1.0mm。通过查询材料学资料，08AL型号热镀锌板的抗拉强度σb为280～350MPa，这里K取0.5，σb取 350MPa。

把已知条件带入以上公式得：

P1=K×L1×t×σb=211750N；

P2=K×L2×t×σb=297500N；

P=P1+ P2=211750+297500=509250N；

可以将面板的压料力取整数值为500kN。

在其余对面板起皱影响因素相同条件下，在不同压力条件下进行试验，不同的压力可以通过更换不同受力弹簧或者采用氮气弹簧实现。汇总完毕后的试验情况如表1和图3所示，通过表1中的数据可以得出，在理论计算压力下，板料受模具的压力越大，起皱越不明显，当压力升到一定值后，起皱现象消失。

拉深面的锥度

图3 面板起皱试验情况

在其余对面板起皱影响因素相同条件下，通过更换面板不同的成形面锥度A，也出现不同的起皱情况，如表2和图4所示。在后续生产过程中，满足产品设计前提下，尽量将成形面的锥度加大来降低面板起皱的问题。

拉深面四周增加阻料筋

面板在拉深过程中，拉深面四周的材料会通过塑性变形转移到正在拉深的表面，而塑性变形一旦失稳，就会出现起皱的现象。通过在拉深面四周增加阻料筋来防止塑性变形失稳的问题，同步可以解决面板表面起皱的问题。拉深面四周是否增加阻料筋的试验结果如表3和图5所示，通过试验结果可以得出，在拉深面坡度较大的情况下，可以通过增加阻料筋来解决面板表面起皱的问题。

表1 模具压力试验情况

表2 成形面的锥度试验情况

图4 成形面的锥度示意图

表3 阻料筋试验情况

图5 面板阻料筋情况

拉深面的高度

面板在拉深过程中，拉深面的高度越高，材料通过塑性变形转移到正在拉深的表面难度越大，塑性变形出现失稳的状态随之出现，面板出现起皱的现象逐步呈现。不同拉深面的高度试验结果如表4和图6所示，通过试验结果可以得出，在满足产品设计的要求下，应尽可能地降低拉深面的高度来解决面板表面起皱的问题。

表4 拉深高度试验情况

图6 拉深高度示意图

图7 正常生产的产品

结束语

本文通过现场的实际验证，对凸凹模成形面的压料力、拉深面的锥度、拉深面是否有阻料筋、拉深面的高度等不同的影响因素进行对比分析，得出相应的生产参数，达到生产出合格产品（图7）的要求，为空调行业中拉深类的冲压零件表面起皱问题提出了解决方案。