影響車身覆蓋件沖壓成形技術(shù)淺究

李陶勝 何莉 鄒燕

摘 要：未來(lái)汽車車身覆蓋件及覆蓋件模具制造領(lǐng)域?qū)⒃鯓油ㄟ^(guò)新技術(shù)革新來(lái)提高沖壓成形工藝合理性設(shè)計(jì)，以此減少對(duì)模具調(diào)試的工作量，縮短生產(chǎn)周期、降低工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高企業(yè)生產(chǎn)效能降低企業(yè)的生產(chǎn)成本。

關(guān)鍵詞：車身覆蓋件；沖壓成形；機(jī)械性能指標(biāo)；拉深成形性能。

隨著汽車工業(yè)的迅速發(fā)展，未來(lái)汽車車身覆蓋件及覆蓋件模具制造領(lǐng)域?qū)⒃鯓油ㄟ^(guò)新技術(shù)革新來(lái)提高沖壓成形工藝合理性設(shè)計(jì)，以此減少對(duì)模具調(diào)試的工作量，縮短生產(chǎn)周期、降低工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高企業(yè)生產(chǎn)效能降低企業(yè)的生產(chǎn)成本，因此研究車身覆蓋件成形技術(shù)有著十分必要的現(xiàn)實(shí)意義。

1 通過(guò)實(shí)際生產(chǎn)和理論研究發(fā)現(xiàn)車身覆蓋件沖壓成形性能的好壞主要包括以下兩個(gè)方面

1.1 首先是成形極限

那么什么是身覆蓋件沖壓件成形極限？即能達(dá)到的車身覆蓋件最大程度上的變形度或者說(shuō)在沖壓成形過(guò)程中的最多變形量稱之為成形極限。而影響成形極限的主要是車身覆蓋件材料本身的變形系數(shù)以及在沖壓過(guò)程中的工藝有著十分密切的聯(lián)系。如果是為了要提高車身覆蓋件的成形極限能力，則一定得提高材料的塑性變形能力，增強(qiáng)抗拉、抗壓強(qiáng)度。

1.2 其次是成形質(zhì)量

車身覆蓋件表面特征在于沖壓件質(zhì)量，其質(zhì)量主要包括車身覆蓋件的沖壓成形尺寸形狀精度保證、厚度變化情況、表面質(zhì)量是否光滑等，以及車身覆蓋件沖壓成形后材料本身的物理性能和機(jī)械性能兩個(gè)方面。

從另一方面來(lái)分析，車身覆蓋件材料本身的塑性變形和彈性變形并不是相互獨(dú)立的，而兩者之間是相輔相成的關(guān)系，不可能相互獨(dú)立存在。車身覆蓋件材料制作的尺寸和形狀精度都受到其材料的彈性變形的影響。所以，怎樣把握好彈性變形規(guī)律從而實(shí)現(xiàn)控制彈性變形量是非常重要的因數(shù)之一。

另外還有很多因素都會(huì)影響車身覆蓋件的表面質(zhì)量，例如原材料的表面狀態(tài)、晶粒本身大小和模具對(duì)沖壓件表面的擦傷等等一系列因數(shù)。

2 車身覆蓋件沖壓性能試驗(yàn)及材料特征值

研究車身覆蓋件沖壓性能及實(shí)驗(yàn)方法，目的是可以超越目前市面上現(xiàn)有的技術(shù)而采用更簡(jiǎn)便更實(shí)用的方法，做到快、精、準(zhǔn)地對(duì)車身覆蓋件板料沖壓性能進(jìn)一步認(rèn)證和提高，以此可以確定板料生產(chǎn)部門的質(zhì)量和使用部門之間的交接驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)，有利于生產(chǎn)、銷售、沖壓、使用、回收再利用的有效循環(huán)；還可以利用其性能進(jìn)行分析和判斷沖壓過(guò)程中出現(xiàn)的與車身覆蓋件板料性能有關(guān)的一系列可能遇到的質(zhì)量問(wèn)題，對(duì)出現(xiàn)的問(wèn)題我們要找出其出現(xiàn)問(wèn)題的原因，列出解決問(wèn)題出現(xiàn)的措施和解決問(wèn)題的對(duì)策，同時(shí)還可以根據(jù)車身覆蓋件沖壓件的形狀特點(diǎn)和沖壓成形工藝對(duì)車身覆蓋件板材沖壓成型的諸多條件和要求，從而做出對(duì)車身覆蓋件原材料的種類與牌號(hào)的選取決定，因此為研究生產(chǎn)制造具有較高且能滿足沖壓性能的新型車身覆蓋件材料提供研究方向和鑒定方法。

車身覆蓋件板料沖壓性能的試驗(yàn)方法多種多樣，一般通常情況下我們將其歸納并分為三種類型：即力學(xué)試驗(yàn)、金屬學(xué)試驗(yàn)和工藝試驗(yàn)，通常我們把金屬學(xué)實(shí)驗(yàn)也稱作間接試驗(yàn)，工藝實(shí)驗(yàn)也稱作直接實(shí)驗(yàn)。通過(guò)以上各種試驗(yàn)方法我們得到的車身覆蓋件材料特征值如下。

（1）力學(xué)試驗(yàn)。①通過(guò)簡(jiǎn)單的單向力學(xué)拉伸試驗(yàn)我們得到以下試驗(yàn)值，如：屈服點(diǎn)σx、抗拉強(qiáng)度σb、屈強(qiáng)比σx/σb、屈服伸長(zhǎng)率δs、均勻伸長(zhǎng)率 δu、總伸長(zhǎng)率δ、均勻?qū)挾葢?yīng)變u、斷口寬度應(yīng)變、極限變形能力εf、硬化指數(shù)n與各向異性系數(shù)r值Δr等。②通過(guò)雙向力學(xué)拉伸試驗(yàn)我們得到以下試驗(yàn)值，如：硬化指數(shù)值、延性T值、各向異性系數(shù)x值等。

（2）金屬學(xué)試驗(yàn)，它是用以確定金屬材料的硬度HR、表面粗糙度Ra、化學(xué)成分和晶粒度grain size等。

（3）工藝試驗(yàn)，從根本上來(lái)說(shuō)它是用以模擬實(shí)際生產(chǎn)中的沖壓成形工藝為方法，以此來(lái)測(cè)量出車身覆蓋件所對(duì)應(yīng)的一系列相應(yīng)的工藝參數(shù)。如：Swift的拉伸試驗(yàn)測(cè)出極限拉深比LDR、TZP試驗(yàn)測(cè)出對(duì)比拉深力的T值；Erichsen試驗(yàn)測(cè)出極限脹形深度Er值；K·W·I擴(kuò)孔試驗(yàn)測(cè)出極限擴(kuò)孔率λ；福井伸二的球底錐形件拉深試驗(yàn)測(cè)出CCV值等。

3 對(duì)車身覆蓋件板料沖壓成形性能影響較大的機(jī)械性能指標(biāo)有以下幾項(xiàng)

3.1 車身覆蓋件材料機(jī)械性能對(duì)車身覆蓋件板料沖壓成形的影響

（1）屈服點(diǎn)σs。

σs小，車身覆蓋件材料很容易屈服，成形后回彈率也微乎其微，非常小，因此該車身覆蓋件材料貼膜性和定形性能非常好。另外σs還影響車身覆蓋件零件表面粗糙度、硬度、晶粒度等質(zhì)量。當(dāng)車身覆蓋件的板料在拉伸時(shí)出現(xiàn)拉伸曲線停頓現(xiàn)象，在屈服階段會(huì)出現(xiàn)臺(tái)階狀結(jié)構(gòu)，零件表面就出現(xiàn)不平整的現(xiàn)象，即車身覆蓋件板料表面的滑移痕跡。

（2）屈強(qiáng)比σs/σb。

σs/σb對(duì)車身覆蓋件板料成形性能有著至關(guān)重要的影響。一般情況下σs/σb比值越小，則σs與σb之間差值就會(huì)越大，表示車身覆蓋件的材料允許其塑性變形區(qū)間值就越大，說(shuō)明該材料的極限變形程度也越高，可以減小工序次數(shù)縮短生產(chǎn)周期，提高生產(chǎn)效率。所以，材料的沖壓性能的好壞和σs/σb是成反比，直接影響車身覆蓋件質(zhì)量的好壞。

（3）延伸率。

在做單向拉伸試驗(yàn)的時(shí)候，我們技術(shù)人員必須要考慮均勻延伸率δu；和總延伸率δ，這兩者分別出現(xiàn)在頸縮之前和試樣拉斷之前。通常情況下，δu和δ與車身覆蓋件板料的塑性變形程度及抗破裂性是成正比的。試驗(yàn)進(jìn)一步表明，延伸率越大，擴(kuò)孔性能和“拉深-脹形”復(fù)合成形性能也越好。

（4）硬化指數(shù)n。

n表示車身覆蓋件板料在塑性變形過(guò)程中的硬化程度。n值大，在塑性變形沖壓過(guò)程中車身覆蓋件板料局部變形程度增加就會(huì)使該處的變形抗力增大，從而可以彌補(bǔ)在該處因截面積減小而引起的承載力差的能力，可以阻止其局部集中應(yīng)力變形的逐步發(fā)展。這一點(diǎn)對(duì)對(duì)于伸長(zhǎng)類變形來(lái)說(shuō)是有利的。

3.2 工藝參數(shù)對(duì)車身覆蓋件板料在沖壓成形實(shí)際生產(chǎn)中的影響

在工廠里沖壓成形的實(shí)際工序生產(chǎn)中，對(duì)車身覆蓋件板料的沖壓，采用不同的沖壓工藝參數(shù)對(duì)車身覆蓋件板料塑性成形后的產(chǎn)品質(zhì)量有著至關(guān)重要的意義。采用優(yōu)選的合理的沖壓成形工藝參數(shù)，可以提高彎曲、拉深、脹形、翻邊等塑性變形的均衡性，降低了對(duì)車身覆蓋件板料性能的要求，從而導(dǎo)致降低車身覆蓋件在沖壓成型工序中的生產(chǎn)成本。

3.3 車身覆蓋件板料在沖壓工序中工藝參數(shù)對(duì)其塑性成形的影響

（1）凸凹模圓角半徑。

凹凸模是車身覆蓋件沖壓成形中必不可少的工裝，而凸凹模各個(gè)過(guò)渡圓角半徑的大小將決定車身覆蓋件板料的拉延成功與否。車身覆蓋件板料拉延的缺陷中最為常見的就是起皺和拉裂這兩種。若凸模圓角和凹模圓角半徑過(guò)小時(shí)就會(huì)增大車身覆蓋件板料在沖壓成形中的拉延系數(shù)，使得車身覆蓋件板料在沖壓成形時(shí)增加其塑性變形的阻力，此時(shí)車身覆蓋件在沖壓過(guò)程中總的拉延力無(wú)形中就增大了，從而沖壓成形模具的使用壽命也隨之縮短。相反，凸模圓角和凹模圓角半徑過(guò)大時(shí)，盡管加大了車身覆蓋件板料在模具中的流動(dòng)性，但是車身覆蓋件板件在沖壓成形過(guò)程中的壓邊劉會(huì)減小，導(dǎo)致車身覆蓋件表面很容易起皺和線痕現(xiàn)象的發(fā)生，由此看來(lái)，凸凹模圓角半徑大小直接影響車身覆蓋件板料變形、拉延等因素。

（2）坯料的大小。

當(dāng)車身覆蓋件結(jié)構(gòu)不對(duì)稱時(shí)，因此法蘭邊的大小將成為直接影響車身覆蓋件拉延質(zhì)量的好壞。當(dāng)法蘭邊過(guò)大時(shí)，拉應(yīng)力毫無(wú)疑義就會(huì)增大，導(dǎo)致車身覆蓋件板料在加工過(guò)程中易于破裂；當(dāng)法蘭邊較小時(shí)，拉應(yīng)力也毫無(wú)疑問(wèn)地隨之減小，導(dǎo)致車身覆蓋件板料的流動(dòng)性增強(qiáng)，加工過(guò)程中易起皺。

（3）摩擦和潤(rùn)滑。

摩擦力的大小由潤(rùn)滑條件直接決定，因此潤(rùn)滑的好壞將直接影響車身覆蓋件拉延的成功率。在車身覆蓋件板料的塑性成形生產(chǎn)過(guò)程中，板料表面每一個(gè)點(diǎn)和模具對(duì)應(yīng)的每一個(gè)點(diǎn)之間的表面是相互直接接觸的，而在沖壓成形過(guò)程中兩者是相互運(yùn)動(dòng)并產(chǎn)生很大的摩擦力，而摩擦力的產(chǎn)生恰恰又增大了車身覆蓋件在沖壓成形生產(chǎn)過(guò)程中的拉應(yīng)力，導(dǎo)致車身覆蓋件板料在沖壓過(guò)程中容易產(chǎn)生破裂或不均勻的表面現(xiàn)象。

（4）壓邊力。

在車身覆蓋件沖壓成形過(guò)程中壓力過(guò)大造成模具的損傷，導(dǎo)致模具壽命會(huì)降低，增加開模費(fèi)用，反之壓力過(guò)小在產(chǎn)生過(guò)程中容易起皺，車身覆蓋件板料拉延成形質(zhì)量也就會(huì)下降，影響車身覆蓋件的使用壽命。所以，在車身覆蓋件板料沖壓成形中，壓邊力過(guò)大或過(guò)小將直接影響車身覆蓋件成品質(zhì)量的高低，它是控制車身覆蓋件板料在沖壓成形模具中流動(dòng)的重要工藝參數(shù)之一。

（5）模具間隙。

在車身覆蓋件沖壓過(guò)程中如果凸凹模間隙調(diào)整不當(dāng)，車身覆蓋件在沖壓成形時(shí)的質(zhì)量會(huì)嚴(yán)重不良，有時(shí)甚至?xí)a(chǎn)生比較嚴(yán)重的影響。故在調(diào)整模具間隙時(shí)，一定要考慮到其間隙大小是否合適。

4 車身覆蓋件板料成形工藝參數(shù)的控制措施

車身覆蓋件沖壓成形質(zhì)量的好壞是受多個(gè)加工參數(shù)的影響，首先離不開模具的設(shè)計(jì)和制造本身的質(zhì)量、其次是車身覆蓋件設(shè)計(jì)工藝參數(shù)、再者就是選擇車身覆蓋件板料質(zhì)量等。

4.1 選擇合適的車身覆蓋件板料

車身覆蓋件板料的選擇是沖壓成形好壞的首要因數(shù)，對(duì)所選的板料要分析其在沖壓成形中的成形性能。

對(duì)于車身覆蓋件應(yīng)以拉延變形為主，將重點(diǎn)放在板料的拉延成形性能上。不同的變形零件，選取不同的分析方法，以獲得最佳的板料的性能。

4.2 合理的工藝補(bǔ)充設(shè)計(jì)

盡管在車身覆蓋件沖壓拉延完成后，所述的工藝補(bǔ)充面不發(fā)揮任何作用，但是車身覆蓋件在拉延生產(chǎn)中，工藝補(bǔ)充面起到了至關(guān)重要的作用。因此為了提高車身覆蓋件板料的有效價(jià)值，而對(duì)于車身覆蓋件的工藝補(bǔ)充面能減小則盡量減小，當(dāng)然在減小工藝補(bǔ)充面之前應(yīng)考慮車身覆蓋件能否順利完成沖壓成形至關(guān)重要。同時(shí)車身覆蓋件板料的流動(dòng)性的變形阻力也受凸凹模圓角大小的制約，凸凹模圓角大變形阻力低，材料易于沖壓成型及拉延，而圓角小則阻力大。壓邊力過(guò)大時(shí)，進(jìn)料阻力明顯就會(huì)增加，這樣可以起到防止起皺缺項(xiàng)的發(fā)生，可提高車身覆蓋件板料拉延件的剛性；相反，進(jìn)料阻力過(guò)小時(shí)，這樣就降低了抗起皺風(fēng)險(xiǎn)，但可提高抗破裂的能力。

4.3 進(jìn)行合理的潤(rùn)滑

在車身覆蓋件板料料與凹模接觸時(shí)，摩擦力較大，表面因磨損造成不良，在凹凸模與板料之間涂抹一層潤(rùn)滑劑后，凹凸模與板料之間形成一層油膜，當(dāng)板料與凹凸模相互運(yùn)動(dòng)時(shí)，板料與凹凸模不會(huì)直接相接觸，減小摩擦而增加了車身覆蓋件板料的流動(dòng)性，減少產(chǎn)品破裂的幾率。

綜上所述，可以得知關(guān)于車身覆蓋件板料沖壓成形的研究，至今也是一個(gè)需要不斷完善補(bǔ)充的研究領(lǐng)域。