后背門內(nèi)板密封面起皺問題的改善

劉玉山，趙 明，鄭 飛，張 毓

奇瑞商用車（安徽）有限公司（安徽蕪湖 241000）

1 引言

汽車沖壓件對汽車的安全、隔振降噪性能以及整車造型與靜態(tài)感知質(zhì)量等具有重要影響，大多數(shù)汽車沖壓件由空間構(gòu)造復(fù)雜、成形尺寸較大、板料厚度較小的自由曲面構(gòu)成，板料在沖壓成形過程中易因各區(qū)域受力不均勻、進(jìn)料不一致等產(chǎn)生起皺、開裂、變形、滑移線等表面缺陷，其中起皺是汽車沖壓件中最常見的缺陷。起皺問題不僅無法滿足沖壓件質(zhì)量要求，同時浪費(fèi)原材料，增加生產(chǎn)、返修等成本，同時也影響白車身密封性及美觀。

后背門內(nèi)板造型復(fù)雜，局部深淺不均，導(dǎo)致拉伸過程中板料走料不均，易出現(xiàn)起皺或開裂等質(zhì)量問題。同時后背門內(nèi)板在裝配中與后背門護(hù)板匹配，密封面的起皺會導(dǎo)致制件密封性不良。

現(xiàn)以某車型后背門內(nèi)板為例，如圖1所示，材料DC06，料厚0.7mm，闡述了制件起皺產(chǎn)生的原因，同時結(jié)合有限元仿真模型對制件進(jìn)行分析，通過調(diào)整更改拉伸筋形狀、尺寸、參數(shù)，增加強(qiáng)壓面等方法，解決制件起皺問題，以滿足制件尺寸與表面質(zhì)量要求。

2 后背門內(nèi)板結(jié)構(gòu)特點

由于后背門內(nèi)板造型成V字型，起皺部位分布在V字底部。因為在成形過程中板料會集中在此，導(dǎo)致多料。同時該處為護(hù)板的密封面，無法增加特殊造型，導(dǎo)致聚集的板料無法消除產(chǎn)生起皺。

3 影響沖壓件起皺部分因素及解決方法

（1）拉伸件在拉伸過程中起皺的原因很多，主要原因有以下幾個方面：

a.沖壓件拉伸深度太深，導(dǎo)致制件在走料的過程中板料流動過快，形成起皺。

b.沖壓件在拉伸過程中凹模R角過大，導(dǎo)致在拉伸過程中凸模無法壓住料，造成板料流動過快形成起皺。

c.沖壓件壓料筋不合理，壓料筋過小和位置不正確，不能有效阻止板料過快流動，形成起皺。

d.頂桿的壓力過小，使沖壓件成形不徹底，形成起皺。

e.模具定位設(shè)計不合理，導(dǎo)致沖壓件拉伸過程中無法壓住料或者壓料邊過小，導(dǎo)致在拉伸過程中無法壓住料，造成起皺。

f.凸凹模間隙過大導(dǎo)致在拉伸過程中無法壓住料，造成起皺。

（2）防止沖壓件起皺的措施方法：防止起皺的方法就是要保證沖壓件在拉伸過程中模具能夠壓住料，保證合理的板料流動速度。沖壓件在拉伸時板料流動過快，則可造成起皺；另一方面，板料流動過慢，則可造成沖壓件開裂。

a.采用合理的壓料裝置。當(dāng)采用壓料裝置時，壓料裝置將毛坯變形部分緊緊壓在，并對其作用壓料力，以防止凸緣部分拱起而造成起皺。壓料力的大小要合適，壓料裝置分為彈性壓料和剛性壓料兩類：彈性裝置適用于淺拉伸，剛性裝置適用于深拉伸。

b.合理采用拉伸筋。在壓料面上設(shè)置拉伸筋是調(diào)節(jié)控制變形阻力的一種有效和使用的方法。拉伸筋能夠很好的調(diào)節(jié)材料的流動情況，使拉伸過程中各部分的材料流動阻力均勻，使材料流入到型腔中的量適合制件的需要，防止多則起皺，少則開裂的現(xiàn)象。

c.對于形狀復(fù)雜的曲面拉伸件，應(yīng)設(shè)置拉伸筋，以提高拉伸的徑向拉應(yīng)力以控制起皺；拉伸筋的設(shè)置位置在徑向拉應(yīng)力較小的部位上，即板料易流動的部位。

d.對于拉伸深度相差大的拉伸件，拉伸筋應(yīng)設(shè)置在進(jìn)料少的部位，這樣就可組織該部分過多的材料拉人凹模腔內(nèi)，從而防止起皺。

4 后背門內(nèi)板沖壓工藝排布

圖2所示為后背門內(nèi)板沖壓工藝排布，根據(jù)制件造型特征考慮到?jīng)_壓方向，拉伸深度及零件功能等要求，確定沖壓工藝為5工序，分別是OP10：DR/拉伸；OP20：TR/修邊+CTR/側(cè)修邊+PI/沖孔；OP30：RST/整形+FL/翻邊；OP40：CPI/側(cè)沖孔+PI/沖孔+TR/修邊；OP50：CPI/側(cè)沖孔+PI/沖孔+TR/修邊，并確定每道工序的工作內(nèi)容，如圖2所示。

5 起皺問題整改

5.1 制件起皺問題分析及整改方案制定

在制件起皺這個問題點上拉伸工序是關(guān)鍵，考慮到制件造型的復(fù)雜性，同時，為了減小拉伸深度對制件開裂、起皺的影響，拉伸模采用反拉伸、上、下壓料結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)可以降低拉伸深度，同時也提升了制件的材料利用率。針對目前制件狀態(tài)進(jìn)行CAE分析確認(rèn)起皺點，并根據(jù)CAE分析結(jié)構(gòu)查找起皺原因，如圖3所示。

通過圖3分析結(jié)果，該處在CAE分析中存在起皺，同現(xiàn)場實物狀態(tài)一致；以下是CAE成形過程，通過過程的變化分析、制定整改方案。

通過圖4的制件成形過程可以看出，當(dāng)板料接觸后直到車型結(jié)束，起皺問題一直存在，隨著成形深度下將，起皺面積減少起皺狀態(tài)趨于好轉(zhuǎn)，但未能徹底消除。根據(jù)CAE分析結(jié)果結(jié)合現(xiàn)場實物狀態(tài)，制定以下幾種整改方案：

圖2 后背門內(nèi)板沖壓工藝

圖3 后背門內(nèi)板拉伸模具結(jié)構(gòu)及CAE分析結(jié)果

（1）調(diào)整起皺對應(yīng)面拉伸筋長度和形狀，控制板料流動。

（2）將起皺對應(yīng)面的拉伸筋由圓筋改為方筋，增加阻力，如圖5所示。

（3）對起皺面增加強(qiáng)壓面，凸凹模間隙按照料厚的90%設(shè)置，強(qiáng)行把起皺面壓平。

對以上的方案重新進(jìn)行CAE分析，制件問題左右對稱，為了更明顯的對比整改前后的效果，制件調(diào)整一半尺寸，如圖6所示。

5.2 現(xiàn)場模具維修及調(diào)試

（1）拉伸筋補(bǔ)焊維修：針對前期的圓筋及拉伸筋長度不夠問題進(jìn)行維修整改；現(xiàn)場補(bǔ)焊拉伸筋（見圖7），焊條采用7號鋼焊條：俗稱Super7，含高鉻成份，耐沖擊、耐磨，適用于磨槌、研土機(jī)、鏟齒、樁槌咀、汽車大型模具等硬面制造的電焊條。宜直流反接施焊，焊前工件適當(dāng)預(yù)熱，焊條適當(dāng)烘干，堆焊層硬度：58～60HRC。在保證焊條硬度的基礎(chǔ)上其他焊條也可以用，這里重點關(guān)注焊接砂眼，在拉伸筋上產(chǎn)生的砂眼會在后期生產(chǎn)中對制件產(chǎn)生拉毛問題。根據(jù)經(jīng)驗，焊接前將模具母體和焊條加熱，去除水分，油脂等贓物，可以采用氣割烘烤，同時焊接時需要調(diào)整好焊接電流。

圖4 制件成形過程

圖5 更改拉伸筋后CAE分析結(jié)果對比

圖6 制件拉伸筋更改后（左/右狀態(tài)）CAE分析結(jié)果對比（左邊更改）

（2）對起皺面進(jìn)行研合，使起皺面形成強(qiáng)壓面，強(qiáng)行把起皺面壓平，如圖8所示。模具型面研合是模具開發(fā)中最基本的工作，也是最重要的一步，模具研合的好壞直接影響制件的質(zhì)量及生產(chǎn)的穩(wěn)定性，其中各工序中拉伸模是重中之重；當(dāng)制件成形到底型面還有輕微起皺時，通過型面的強(qiáng)壓可以保證制件型面平整，達(dá)到裝配質(zhì)量需求。

6 制件整改后效果

通過以上方案的模具整改后，并由專業(yè)質(zhì)量人員現(xiàn)場對面品檢查，同時借助白光掃描等手段判定制件質(zhì)量達(dá)到產(chǎn)品要求，制件起皺問題消除，外觀質(zhì)量達(dá)到整車AUDIT要求，如圖9、圖10所示。

圖7 現(xiàn)場模具拉伸筋補(bǔ)焊及模具研合調(diào)試

圖8 模具研合后起皺面處壓合狀態(tài)

圖9 制件整改前狀態(tài)

圖10 制件整改后狀態(tài)

7 總結(jié)

隨著沖壓CAE技術(shù)的不斷發(fā)展，模擬分析結(jié)果更加接近實際模具生產(chǎn)狀態(tài)。針對現(xiàn)場生產(chǎn)中出現(xiàn)的制件問題可以通過理論結(jié)合實際的維修方法，是每個模具人將要具備的能力。生產(chǎn)現(xiàn)場對質(zhì)量問題進(jìn)行診斷，制定整改方案。通過CAE軟件對方案進(jìn)行分析、驗證方案的可行性及效果，最終確定整改方案并提供更加合理的整改數(shù)據(jù)，對制件整改質(zhì)量和周期有著重要的作用。本文主要通過對后背門內(nèi)板拉伸中存在的起皺問題通過CAE分析及模具過程維修等手段最終達(dá)到滿足要求的制件，對沖壓模具維修方法有一定的參考意義。當(dāng)然要想得到精度更高，面品質(zhì)量更好的沖壓件，需要在使用過程中不斷總結(jié)和完善。