智数汽车大数据麦克恒通汽车轻量化在线
查看: 4937|回复: 2
收起左侧

[焊接(连接)] 拉延件起皱和开裂的分析及控制措施

[复制链接]
发表于 2012-6-24 01:26:11 | 显示全部楼层 |阅读模式
<

亲,赶快注册吧,有更多精彩内容分享!

您需要 登录 才可以下载或查看,没有帐号?立即注册

x
        1502327321.jpg

        本文对于拉延件在试模过程中出现的起皱和开裂现象进行了分析,并从冲压工艺、模具结构设计和模具调试方面阐述了解决零件拉延起皱开裂的现象和有效控制措施。
        众所周知,目前我们使用的轿车外表面覆盖件是由薄钢板制造而成,具有材料薄、形状复杂、结构尺寸大及表面质量要求高等特点。车身表面质量的好坏取决于覆盖件拉延的结果,而拉延模是拉出合格零件的关键。因此,拉延模的设计和制造调试是当今各汽车制造厂家和模具制造厂家需要共同攻克的一道难题。由于影响拉延件质量的因素主要是起皱、开裂和拉毛,所以从冲压工艺设计到模具结构设计都必须认真考虑。模具制造完成后,在拉延模调试过程中,若拉延件出现开裂和起皱现象,必须对此进行仔细分析与研究后采取相应的解决措施。
        在拉延模调试过程中,拉延件起皱和开裂的原因很多,主要原因有4个方面:从设计上考虑拉延模工艺性是否合理;从模具本身的制造精度上考虑;从压力机选择是否合理,滑块平行度、工作台的精度以及试模板料牌号是否符合设计要求等方面考虑。
        1502327321.jpg

        冲压工艺对拉延件开裂和起皱的影响
        拉延件的工艺性是冲压工艺首先要考虑的问题,只有设计出合理的、工艺性好的拉延件,才能保证在拉延过程中不起皱、不开裂或少起皱、少开裂。在设计拉延件时,不但要考虑冲压方向、冲压位置、压料面形状、拉延筋的形状及配置以及工艺补充部分等可变量的设计,还要合理地增加工艺补充部分,正确确定压料面。各可变量设计之间又有相辅相成的关系,如何协调各变量的关系是成形技术的关键,不但要使之满足该工序的拉延,还要满足该工序冲模设计和制造工艺的需要,并给下道修边、整形工序创造有利条件。
        拉延较复杂的拉延件成形性分析(CAE分析)是借助计算机软件来实现的,世界各大汽车制造厂家以及模具制造厂家都要借助于一种或几种板成形模拟软件来提高其成功率和确保模具制造周期。国际上常用的软件主要有美国ETA公司的Dynaform、法国ESI集团的PAM系列软件以及德国AutoForm工程股份有限公司的AutoForm等。成形模拟软件都有自己的专用软件包,很大程度上帮助了模具设计人员,显著减少模具开发设计时间及试模周期,不但具有良好的易用性,而且包括大量的智能化自动工具,可方便地求解各类板件成形问题,直观地看到成形过程中板料的裂纹、起皱、变薄、划痕、回弹分析以及评估板料的成形性能,从而为板金成形工艺以及模具设计提供了很大的帮助。
        以AutoForm为例, LG-1顶盖后横梁和右后门内板CAE分析如图1所示,其中:红色为开裂区;橘黄色为隐裂区;黄色为危险区;绿色为安全区;灰色为延伸区;蓝色为波浪区;粉色为起皱区。
        1502327321.jpg

        设计拉延件时需要考虑以下4个方面:
        1.正确确定冲压方向
        零件的冲压方向是确定拉延工艺首先要遇到的问题,它不但决定能否拉延出满意的拉延件,而且还影响到工艺补充部分的多少和压料面的形状。合理确定冲压方向应满足以下4方面的要求:
        (1)无负角,设定冲压方向时不允许产生图2所示的冲压负角;
        (2)无滑移,保证开始拉延时凸模接触毛坯的状态良好、平坦、多点、平衡以及材料不窜动。接触面越大,接触面与水平面的夹角越小,毛坯越不易发生局部应力过载而使零件产生破裂。材料在拉延时贴模性能提高,容易获得完整的凸模形状,有利于提高零件的变形程度。设定时成形深度要浅。图3显示因为冲压方向PRESS1的成形深度要比PRESS2的浅,所以设定PRESS1为冲压方向。
        (3)无侧向力,拉延深度要均匀,进料阻力要平衡。拉延深度均匀是保证压料面各部分进料阻力均匀可靠的主要条件,而压料面各部分进料阻力均匀是确保拉延件不起皱、不开裂的重要保证。为尽可能地减少产品倾斜,当出现跟图4相同倾斜情况时,受到箭头方向的侧向力,板件的面压力不同,导致不能受到均匀的延伸率,所以成为起皱和破裂的原因。必须要倾斜时,设计模具的时候要考虑硬实一点能承受侧向压力的材质,并在模具结构上设置反侧向力装置,防止箭头方向的变位。
        (4)无冲击线,轿车外板不得在零件表面留下冲击线痕迹。
        此外,正确的冲压方向还要考虑到后序工序,修边刃口强度好,翻边后零件的形状不变形,修边冲孔的定位可靠。
        1502327321.jpg

        2. 合理增加工艺补充面
        为了实现拉延,往往要在制件的基础上增加工艺补充部分,从而达到满意的拉延效果。工艺补充部分是构成完整拉延件的必要组成部分,是指零件本身以外的部分,是拉延件设计成功与否的关键,也是衡量冲压工艺设计水平的标志之一。图5中红色部分为LG-1左前翼子板拉延模的工艺补充面。
        合理地增加工艺补充部分应满足以下4方面的要求:

        (1)必须构成完整的拉延件,生产一个完整的壳体,以利于拉延成形。
        (2)平衡成形阻力,控制材料的流量,拉延深度要均匀,平衡拉延件各断面的线段长度,充分利用材料的成形极限,避免开裂和起皱。
        (3)满足压料面的设计要求。
        (4)满足拉延后的修边工序和翻边工序的要求。
        设计中应根据修边线的位置确定各工艺补充部分的尺寸,特别是凹模R圆角处,因凹模圆角部分对拉延毛坯进料阻力影响很大,直接关系到拉延件的起皱或开裂,所以取值要合理。工艺补充部分的凹模圆角半径一般取8~10mm,在能够拉出满意的拉延件的条件下,尽可能减少工艺补充部分,但必要时还要有意增加工艺补充 (如凹槽、斜槽和凸筋等)。如果在设计拉延件时,经过仔细分析,已考虑到某一部分(形状变化急剧的部分)在拉延时有多余的金属,可能会产生起皱,那么工艺人员就要有意在这部分的工艺补充上加凹槽或凸筋等,使多余的金属在拉延过程中流到凹模或凸筋中,充分吸收多余的材料,使拉延不起皱。同时加凹槽时要考虑到修边容易去掉,这个方法可有效地解决拉延起皱问题。
        3.正确的压料面形状
        压料面是工艺补充的一部分,在增加工艺补充时必须正确确定压料面的形状,使压料面各部分进料阻力均匀可靠。要做到这一点,必须要保证拉延深度均匀,因为只有在压料圈将拉延毛坯压紧在凹模压料面上,不形成皱纹或折痕,才能保证拉延件不皱不裂。图6为LG-1左前翼子板拉延模压料面。
        在确定压料面时一定要注意以下6点:
        (1)压料面尽可能按一个平面设置。
        (2)压料面尽可能一个方向是曲线的话,另一个方向是直线。
        (3)压料面尽量避免急剧弯曲。
        (4)压料面要尽量降低拉延深度,使形面平缓。
        (5)压料面展开长度比凸模展开长度短,材料才能产生拉延。如果压料面展开长度比凸模长,拉延时可能会形成波纹或起皱。
        (6)如果压料面是零件本身的凸缘部分,则凹模圆角半径只要根据具体情况确定,因零件圆角半径一般都比较小,直接作为凹模圆角半径不易拉延,必须加大才不会导致拉延时起皱或破裂。加大后的圆角可通过后工序的整形达到产品要求。
        4.增加工艺切口或冲工艺孔
        轿车外覆盖件在拉延过程中,拉延较深的或有窗口反拉延成形的零件易拉裂,可用增加工艺切口或工艺孔的方法来解决。增加的工艺孔或切口应保证不因材料流动不好、拉应力过小而形成波纹或起皱,故工艺切口或工艺孔必须设置在拉应力大的拐角处,工艺切口或工艺孔的位置、大小、数量和形状需要在调试拉延模时试验确定。
        例如:金刚LG-1、LG-3车型四门外板拉延模、LG-3背门内板拉延模就是通过在反成形和拉延深处的废料区域冲制工艺切口得到圆满解决的。既保证了拉延件的表面质量,又不影响产品形状。一般工艺切口或工艺孔、凹槽应设在废料部分,最后将其修掉。
        模具设计时应注意的问题
        由于拉延件在拉延时受多方面因素的影响,如压力机精度以及模具制造误差等,造成压料面间隙不均匀,各点的压力不均匀,导致拉延开裂和起皱。增加平衡块的作用是调整压料面的间隙,稳定进料阻力,使材料流动均匀。平衡块数量一般为8个,可以根据不同情况相应增加或减少,用内六角螺钉安装于压边圈上,其间隙调整为最大不产生皱纹,最小不低于板件料厚。
        起皱和开裂现象的解决方法
        1.零件起皱
        拉延件产生凸缘起皱主要是由于拉延时板料受压缩变形而引起的,通常采用提高板料内径向拉应力来消除皱纹,其调整方法如下:
        (1)调整压边力的大小
        当皱纹在制件四周均匀产生时,应判断为压料力不足,逐渐加大压料力即可消除皱纹。当拉延锥形件和半球形件时,拉延开始时大部分材料处于悬空状态,容易产生侧壁起皱,故除增加压边力外,还应采用增加拉延筋来增大板内径向拉应力,消除皱纹。
        (2)调整凹模圆角半径
        凹模圆角半径太大,会增大坯料悬空部位,减弱控制起皱的能力,调整时可适当减小凹模圆角半径。
        (3)调整压料面的间隙
        调整压料面间隙的方法有以下几种:
        ①图7采用里紧外松的原则,在凹模口直线弯曲变形区和延长变形区应允许压料面稍有里紧外松现象,即里侧间隙应略小于料厚t,外侧间隙应略大于料厚t。因为在此两类区域中,材料变形过程中料厚t或不变或变薄,这样就造成了压料间隙的变化。
        材料变形过程中不同区域材料受力情况,延长类变形区在圆周方向径部均受拉应力作用,料厚变薄。随着材料的流动,料厚变薄,压料面间隙相对增大,减少了压料力。当板料流过紧区时,压料面就减弱了压料作用,而里紧外松的压料面则可以均衡压料力。随着材料的流动,压料面始终保持压料作用,防止起皱等缺陷产生。
        ②图8为采用里松外紧的原则,在压缩变形区中,材料处于径向受拉,切向受压的应力状态,毛坯在圆周方向上产生压缩变形。随着材料的流动,料厚有增大的趋势,这样会使压料面间隙相对减小进而增大进料阻力,材料在拉应力的作用下易于破裂。因此在调模具压料面间隙时应采用里松外紧的方法,消除材料厚度增加对材料变形的不利影响。
        拉延模的调整是一项比较复杂和困难的工作,在压料力不易控制的情况下,采取调整拉延间隙的办法可消除因材料厚度变化而引起的压料力变化对材料变形的不利影响,这种方法在调整拉延模时是很有效的。上述压料面间隙调整原则是实际调整拉延模的经验总结,与理论分析相吻合。
        2.零件开裂
        零件开裂的根本原因在于拉延变形抗力大于简壁开裂处材料的实际有效抗拉强度。在实际的模具调试中,常见解决拉延件破裂的调整方法如下:
        ①调整压料力,使压料力变小;
        ②调整拉延间隙,放置一个0.1mm的间隙垫,并使间隙变得均匀;
        ③调整凹模圆角半径,凹模圆角半径太小,零件易拉裂,加大凹模圆角半径可减小拉裂程度;
        ④调整凸模圆角半径;
        ⑤调整凸模与凹模的贴合率(研配);
        ⑥毛坯尺寸太大或形状不当,板料质量及润滑不好也会使零件拉裂,故应改变毛坯尺寸或形状,调整冲压工艺;
        ⑦模具表面粗糙度不足,造成板料流动阻力过大;
        ⑧把气垫调整低一点;
        ⑨调整拉延筋阻力;
        ⑩在实际模具调试过程中,如果以上手段还不能解决开裂问题,与产品协商对拉延件开裂部位,进行局部工艺造型更改。
        造成零件开裂的原因很多,在调整时应仔细检查开裂状况、产生的部位,确定产生开裂的拉延行程位置,根据具体情况推断产生开裂的原因,从而制定出解决开裂的具体方案。
        结语
        拉延模在初次试拉时拉延件又皱又裂,这时必须仔细观察压料面走料的情况,分析各种引起皱裂的原因。如果压料面有压痕,凹模圆角半径处开裂,说明进料困难;如果压料面形成波纹,则开始进料容易,以后由于波纹的产生,材料流动困难,从而产生起皱开裂在实际模具调试中,还可以先对试模板料进行等值网格划分,待拉延完成后观察板料的流动情况。
        进料困难一般是由于压料面的进料阻力太大引起的。如果压料面和凹模圆角表面粗糙度值太大,或有反成形,局部拉延落差太大,就要减小机床压边力,适当加大凹模圆角,降低表面粗糙度值和加大拉延筋槽的间隙。如果局部拉延变形太大,有反成形,则要采取增加工艺切口或工艺孔的方法解决。
        进料容易主要是由于压料面的进料阻力太小,压料面接触不好,或设计的拉延件工艺性较差所致。如果是压料面问题则要求研修压料面,保证全面接触,另外还要增加机床压边力或增加压边面积。如果是拉延件工艺性较差,则要重新设计拉延件,以拉延出合格产品。
        以上仅是从冲压工艺和拉延模设计以及调整等方面讨论了如何防止零件的拉延起皱开裂的问题。引起拉延件起皱开裂的原因很多,我们应该在实际生产中注意观察和总结。
微信群
发表于 2014-4-17 16:19:05 | 显示全部楼层
这篇文章一定要顶起来
回复 支持 反对

使用道具 举报

发表于 2015-10-17 23:59:35 | 显示全部楼层
比较经典的帖子
回复 支持 反对

使用道具 举报

您需要登录后才可以回帖 登录 | 立即注册

本版积分规则