汽车覆盖件冲压材料流入量调试浅析

谭高山

（广汽乘用车有限公司，广东广州 511434）

1 引言

汽车覆盖件大多数采用钢板冲压成形，在冲压成形过程中，钢板材料流入量作为模具调试、生产过程监控及评价的重要指标之一。如何在设计、制造、调试、生产等环节对其进行管控与调整，对冲压件生产和品质稳定具有重要意义。根据长期的探索及经验积累发现，通过实际冲压材料流入量与CAE数值相匹配，可做到冲压件整体成形效果及趋势与CAE分析结果基本一致。本文主要探讨新车型模具开发过程中如何设定、管控材料流入量，当出现材料流入量异常时如何分析原因及找出调试、恢复的方法，提高冲压件生产和品质稳定性。

2 冲压件材料流入量介绍

冲压件材料流入量是指坯料在冲压成形过程中的流动量，通常测量坯料成形后的边缘与成形前的边缘法向距离（见图1）。其影响因素主要包括材料摩擦系数、压边力、拉伸筋阻力（靠拉伸筋高度、拉伸筋R角大小、拉伸筋布置等设定实现）、拉伸深度等方面。

图1 材料流入量示意图

材料流入量是冲压件CAE分析结果输出的重点指标之一，作为CAE状态下材料流向的参考，其数值的变化往往伴随着冲压件回弹、表面质量、材料减薄等状态的变化。例如，某一区域的材料流入量减小，该区域材料会拉伸更充分，材料减薄加剧，冲压件可能出现开裂不良。

3 工艺设计阶段关注要点

材料流入量作为工艺方案CAE分析结果输出的重点指标之一，在工艺参数设定时，需关注以下与其关联比较密切的一些要点：

（1）摩擦系数。不同摩擦系数CAE分析出来的材料流入量及成形效果不同，甚至差异很大，应根据不同冲压材料设定相应摩擦系数，如普通钢板摩擦系数设定为0.15，铝合金板料0.12，皮膜材及锌铝镁合金材0.12。

（2）拉伸筋布置。冲压件成形过程中，在相同压边力前提下，主要靠拉伸筋阻力控制其各部位的走料量及均匀性。一般设定原则如下：

a.为保证材料拉伸充分，提高材料变形程度，通常沿着压边圈内轮廓线整圈布置拉伸筋。

b.在局部容易成形起皱的地方（如拐角部位），增加局部短拉伸筋，以增加传力区径向拉应力，降低切向压应力，防止板料起皱。

c.为保证各位置的进料量及进料速度，通常会根据零件的拉伸深度布置不同类型的拉伸筋。在拉伸深度大的直线部位布置阻力大的拉伸筋，而在拉伸深度大的曲线部位不布置拉伸筋。在拉伸深度相差较大时，在深的部位不设或设阻力小的拉伸筋，在浅的部位设阻力相对大的拉伸筋。如图2所示。

图2 拉伸筋布置示例

工艺方案经CAE分析综合判断减薄率、主副应变、滑移线、材料利用率等技术指标完成的情况下，锁定冲压成形工艺参数，输出分析结果（含材料流入量），用于模具制造、调试参考。

4 模具厂外调试阶段关注要点

在模具厂外调试阶段，目前国内主机厂主要调试思路为先调整材料流入量、成形吨位至与CAE模拟结果相一致，在此基础上对冲压件上有缺陷的地方对模具进行进一步的调试和回弹补偿。能有效减少调模次数，提高调试效率、降低调试成本。但在实际操作过程中，往往存在模具加工、装配、调试等方面因素会导致实际冲压结果与CAE模拟结果不符，在模具制造、调试过程中该如何消除这些因素的影响，根据模具厂外调试经验总结如下：

（1）明确调试思路。在模具加工、装配完成转调试初期，现场调试人员在参考CAE工艺参数进行调试时，通常不会顺利的冲压出与CAE模拟结果相匹配的冲压件。此时，调试人员可能会抱怨模拟结果不准确，不能很好的指导现场调试，然后就抛弃CAE模拟结果，根据自己的经验对模具进行大量的调整，从而使调整后的模具冲压出的制件状态更大的偏离了CAE模拟结果，降低了前期做出的工艺处理、回弹补偿等数值的有效性。因此，在模具转调试前，必须先明确调试思路，遵守调试流程，先把模具装配、研合、排干涉等基础完成，再一步步参考CAE分析参数调试出件，过程中与CAE模拟存在差异的地方也可以分析、总结，找出问题所在，把相关经验输入下一个项目，不断提升CAE模拟准确度。

（2）合理设定压料面压料范围。进行CAE模拟计算时尤其是使用虚拟筋计算时压料面必须是贴合的，但现场进行压料面研合时，为了减少研合工作量，可能会根据调试人员个人经验放空外围压料面、缩小压料范围，导致实际压边力小于CAE模拟值，这也会造成实际材料流入量及冲压效果与CAE模拟的不一致。所以，压料面压料范围需与CAE设定保持一致，如判断部分压料范围确实可缩小（如不走料的浅拉伸件），需在前期CAE分析时设定。

（3）提高拉伸筋、压料面表面质量。拉伸筋、压料面的表面光顺度、粗糙度直接影响材料流入阻力及材料流入量大小。

a.拉伸筋光顺度。模具机加工过程中，根据加工走刀特点，往往会在凹R角或曲面衔接部位存在加工不到位的地方，残留加工棱线，导致拉伸筋不光顺，加大拉伸筋阻力。所以，在研合、调试过程中，需重点加以关注，做好清根及排干涉工作，保证拉伸筋光顺。

b.压料面粗糙度。每位调试人员对压料面的研合手法和操作技能的不同，研合出来的压料面的表面质量和粗糙度也会有所不同，直接影响材料流入阻力及流入量，需规范研合作业手法。总结几个操作要点如下：①抛光工具：油石、砂纸抛光时的顺序是油石100#、150#、240#，砂纸240#-600#，由粗到细，抛凹形拐角等用大油石不宜抛的地方要用方形或三角形小油石抛光；②作业手法：抛光时用力均匀，速度不能过快，要用油石45°交叉抛光，不要在同一位置反复抛光，造成凹坑，塌角，保证平面平整、曲面光顺。

（4）合理评价材料流入量。在模具装配、研合、排干涉等基础完成后，开始调试出件。CAE一般以200mm为间距设定测量点，标注材料流入量测量值（见图3）。模具调试过程中参考测量点的理论值，通过压边力调整、压料面局部研合调整、拉伸筋调整等手段调整材料流入量至与CAE模拟尽量一致，一般差异在±5mm以内判断为一致。

图3 材料流入量测量示意图

通过以上调试思路及手法，调整材料流入量与CAE模拟值一致。在此基础上，调试出件效果基本可达成CAE模拟结果一致。

5 模具厂内调试阶段关注要点

模具厂外调试结束后，需转回主机厂内匹配生产线调试、生产。模具回厂调试出件状态（尤其首次上线调试），往往与厂外状态存在一定差异，当出现差异时，如何调试、恢复材料流入量正常值，总结调试经验如下：

（1）调整成形参数。如成形力、压边力（见图4）、闭合高度、顶杆拉伸长度等，往往厂内外调试所使用的压机属性不一样（例如油压机与机械压机、伺服机械压机与普通机械压机、气垫压机与液压垫压机），工艺参数也会略有差异，需通过参数调整来恢复材料流入量。

图4 压边力调整示例

（2）调整压料面模面间隙。厂内外调试所使用的压机压力分布形式及压机精度（工作台平行度、垂直度、气垫平行度及顶杆等高度等）不一样，压料面模面间隙差异会比较大。此类差异对冲压材料流入量及零件成形效果影响最大，有时甚至不能正常出件，需匹配厂内压机重新进行压料面研合，恢复正常的模面间隙。如图5所示，某项目侧围外板由于机差原因，厂内调试出件材料流入量差异很大，最终通过重新研合压料面恢复正常材料流入量。

图5 材料流入量差异对比图

6 结束语

冲压材料流入量对模具调试、稳定生产具有重要指导意义，需要从前期工艺设定、模具厂外调试、模具厂内恢复等各阶段加以管控。通过参考CAE模拟值对实际材料流入量进行调整，快速达成、恢复冲压件成形效果，有效减少调模次数，提高调试效率。对调试过程中与CAE模拟存在差异的地方，需多做分析和总结，找出问题所在，积累经验，不断提升CAE模拟准确度，以更好的指导模具调试、生产。