安萌萌 / 李泉
浙江省吉利汽车杭州湾基地冲压二厂 浙江省 315336
摘要：目前我国的汽车市场竞争逐渐白热化，消费者关注车辆性能的同时对汽车的外观质量也越来越重视。在汽车制造环节，决定汽车外观质量的关键因素就是汽车模具，模具的工艺/结构好坏决定了生产效率与生产成本的高低，所以模具制造厂和汽车生产厂商对冲压模具的关注程度也越来越高，不断优化工艺结构来满足形状复杂质量要求高的冲压件生产。
关键词：汽车模具 开裂/起皱
引言：
目前我国民用汽车品牌为满足批量生产需求，外表面覆盖件及四门两盖内板是由薄钢板通过冲压而成，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，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：
1、工艺方面：从设计上考虑拉延模工艺性是否合理，顶缸压力参数设定是否合理；
2、模具加工：从模具本身的制造精度上考虑，是否对局部拉延筋、压料面做了补偿或避空；
3、设备方面：从压力机选择是否合理，滑块平行度、工作台的精度以及顶缸压力稳定性等方面考虑
4、材料方面：试模板料牌号是否符合设计要求，板料性能是否稳定等方面考虑。
本次我们从拉延模具工艺设计方面分析一下拉延模具起皱、开裂问题产生的原因，并针对一些现场常见的起皱、开裂的缺陷的实际案例提供一些整改方案与思路。
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
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，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，FY11右前门内板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。
图一
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，它直接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：
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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。
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。
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。
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。
在确定压料面时一定要注意以下4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。
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：某SUV车型侧围外板，后窗框部位棱线反复开裂，状态不稳定，最后利用后窗框部位的废料区域冲制工艺切口，使内部板料向外侧流动，完美解决相邻棱线开裂问题得。
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。
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模具表面粗糙度不足，造成板料流动阻力过大；
⑤调整拉延筋阻力；
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
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。
参考文献：
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