复杂深拉深零件成形及生产稳定性研究

复杂深拉深零件成形及生产稳定性研究

发布时间: 2019.10,16 发布人：四川模协

原创：文/武永甫锻造与冲压 2019.10.15

复杂深拉深零件（比如侧围、门内板）由于拉延深度大、型面特征复杂，零件成形后减薄率分布非常不均匀，开裂风险点多，在新模具调试和批量生产过程中经常出现零件开裂和隐伤等质量问题，严重影响调试进度和批量生产的稳定性，主要表现为：⑴初期模具调试难度大，供件多起皱且尺寸差；⑵增加试模料片成本和人力成本；⑶批量生产不稳定，报废率高；⑷在线调试时间长，增加停机时间；⑸质量控制困难，起皱开裂经常发生，且增加返工工时。

2018年上半年，Model-K 后门内板由于开裂起皱影响的停机时间和报废率如图1 和图2 所示。开裂起皱不仅严重影响连续生产的稳定性，在增加报废率的同时，质量控制也变得困难，装车后如发现零件开裂会极大增加生产成本。

图1 Model-K 后门内板开裂起皱调试停机时间分布

图2 Model-K 后门内板报废率统计

产品造型特征分析

影响零件成形的产品结构及关键成形特征主要有以下因素：⑴拉深深度；⑵关键部位R 角，比如密封面、拐角部位等；⑶ 复杂特征处的拔模角；⑷ 内部造型和落差，比如音响孔周围、窗框区域等。

Model-K 后门内板造型如图3 所示，对比某汽车公司门内板造型（图4），在关键部位R 角和内部造型特征等方面产品设计更为苛刻，增加成形难度，工艺设计时这些区域安全裕度较低，造成试模和批量生产期间极易发生开裂。现场发生开裂起皱的区域如图5 所示，在密封面R 角、较深的侧壁和拐角处经常出现开裂和起皱，大大增加了调试难度。因此，在不影响功能的前提下，需要优化产品关键区域成形参数和局部造型特征。

图3 Model-K 后门内板造型

图4 某汽车公司门内板造型

图5 现场开裂起皱区域

产品结构优化

根据以往车型门内板调试经验，给出了产品关键特征处的R 建议值，如图6 所示，目前该项工作已与产品开发部门达成一致，应用于后续车型的产品设计中。拔模角数据信息还在整理，后续推动形成标准化的设计准则，局部造型特征在可制造性分析阶段根据需要进行优化。

图6 门内板产品关键截面建议R 值(单位：mm)

仿真开裂评价参数优化

可接受减薄率设置

降低可接受减薄率数值能够直观的显示开裂风险点，不同的减薄率设置成形结果对比如图7、图8、图9 所示。表1 为不同可接受减薄率设置开裂风险区域对比。

图7 25%可接受减薄率成形结果

图8 20%可接受减薄率成形结果

图9 18%可接受减薄率成形结果

表1 不同可接受减薄率设置开裂风险区域对比

从表1 可以看出，目前冲压工艺设置的开裂可接受减薄率25%过高，与现场差异较大，不能有效的发现开裂隐伤风险点，降低至20%后的成形结果显示开裂风险区域显著增加，与实际一致性较好，可以作为判断工艺仿真模拟开裂预测参数。可接受减薄率进一步降低至18%，新增两处风险点，可作为极端条件检查仿真结果，以利于提高后期生产稳定性。

压边力和材料参数波动对开裂结果影响

实际生产过程中压边力和材料参数都会存在一定范围的波动，导致零件出现开裂隐伤起皱，影响到生产的正常进行。因此需要在工艺设计阶段考虑其参数波动对成形结果的影响，提高模具的可适应性。不同的压边力设置成形结果如图10 所示，由于压边力降低或增加，新增的起皱开裂风险区域需要在工艺设计时进行优化。

图10 压边力设置对成形结果影响（单位：吨）

选取重点影响成形的屈服强度、抗拉强度和延伸率三种材料参数进行波动范围统计（图11），其中屈服强度波动范围最大，重点进行研究分析。

图11 材料参数波动范围统计（强度单位：MPa）

屈服强度波动对成形结果的影响见图12，从结果可以看出随着屈服强度升高，零件的成形性得到改善，但相应的开裂风险也会增加，冲压工艺仿真需要考虑开裂和起皱的平衡。

图12 材料参数波动对成形结果影响（单位：MPa）

摩擦系数对开裂结果影响

不同的摩擦系数设置对开裂结果影响如图13 所示。对于钢板Autoform 推荐采用0.15 的摩擦系数，从结果看不能准确预测开裂风险区域，同时从对比结果来看，摩擦系数对成形有非常大的影响。摩擦系数反映了模具型面的粗糙度，0.15 对目前的模具状态过于苛刻，日本富士公司推荐采用0.17 进行成形结果评判，与本文分析结果基本一致，可以作为后续开裂结果评判模拟参数设置。

图13 摩擦系数对开裂结果影响

结论

为解决此类问题，在产品关键成形特征（比如R角、拔模角等）需要进行优化的同时，从现场多个零件实际的成形效果来看，目前模拟采用的开裂评价参数不能够有效地预测开裂风险点，需要修改优化使仿真结果贴近实际，在前期工艺设计阶段进行优化，降低开裂风险。本文以门内板为研究对象，根据经验给出产品关键成形特征的建议值，通过优化开裂评价参数，得到了更能反映实际结果的评判条件，为此类零件的成形和生产稳定性提供解决思路，得出如下结论。

⑴产品关键成形特征。根据门内板调试经验，给出了产品关键特征处的R 角建议值，目前已经应用于后续车型的产品设计中，与拔模角一起后续还需推动形成标准化的设计准则。

⑵开裂评判结果参数优化。研究分析了可接受减薄率设置、压边力和材料参数波动、摩擦系数对开裂结果的影响。给出了能够较准确预测开裂风险区域的可接受减薄率和摩擦系数参数，同时指出应变力和材料参数波动对成形结果也有很大影响，要在前期工艺设计阶段综合考虑、合理优化。

作者简介

武永甫，工程师，主要从事冲压工艺、模具结构会审，模具制造过程监制和新模具的调试优化工作，主持完成了全新途安、辉昂、新途观和朗逸两厢新车型项目，获多项公司级和厂级奖项，发表学术论文2 篇。

—— 来源：《锻造与冲压》2019年第18期

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