汽车覆盖件冲压工艺优化的探讨

2022-09-10

影响汽车覆盖件冲压成形结果的因素很多。在汽车覆盖件的冲压过程中, 材料的流动阻力 (简称约束力) 对冲压结果的成败就具有决定性的影响。约束力过小, 则容易导致材料堆积严重甚至出现起皱现象, 而约束力过大, 则会导致材料被拉裂。压边力、拉延筋 (拉延埂) 形式与尺寸、坯料初始形状等是常用的约束力控制手段, 但对具体的冲压问题而言, 究竟要提供多大的约束力才能获得满意的冲压结果的问题, 至今没有一个明确的答案。除此之外模具间隙、坯料初始形状、摩擦状态、压边力大小等真实因素对冲压结果产生都有直接影响。

本文试图以前侧围冲压制件为例, 通过CAE结果与不同参数的CAE结果之间的比较, 对毛坯形状和压边力两个影响因素进行对比分析, 并从中获取启示。

1 坯料初始形状的影响分析

前侧围模具间隙为0.1mm, 采用实际拉延筋的形状与尺寸建立拉延筋模型, 压边力为60吨, 坯料采用自适应技术, 坯料采用BARLAT材料模型, 坯料材料为宝钢牌号为St13的低碳钢, 坯料厚度为1mm, 模具采用刚体材料模型, 坯料采用BelytschkoWong-Chiang壳单元公式。坯料与凹模、凸模及压边圈之间的摩擦系数均为0.11。坯料采用图1所示的两种不同的坯料形状。

利用CAE软件分析获得所需结果如图2所示的变形图, 图3所示的FLD云图, 图4所示的厚度云图。

比较图图2所示的LFD云图, 坯料B初始形状已经得到大幅度改善, 这种改善的结果, 导致冲压结果的大幅度改善。当坯料初始形状不合适时, 冲压件开裂不仅程度严重, 而且开裂的区域也非常大 (如图2b、3b、4b) , 而采用合适的坯料初始形状时, 可能其它冲压条件仍然不太理想, 但冲压结果却得到极大改善。可见, 即使是不太理想的冲压条件下, 坯料的初始形状对冲压结果的影响仍然十分显著, 坯料初始形状是影响冲压成形成败的重要因素。

事实上, 当其它冲压条件比较合适时, 通过改善坯料的初始形状就有可能使原本冲压失败的冲压件获得成功。但是, 图1c虽然比图1b所示的坯料形状得到局部改善, 而其它条件不变, 结果表明 (如图2c、3c、4c) , 坯料形状局部改善后, 冲压结果并没有得到明显改善, 可见, 坯料形状的改善必须与冲压过程中材料的流动规律相适应才能获得好的效果, 简单地修改坯料轮廓不能达到预期目的。

2 压边力的影响分析

运用图1b所示的毛坯形状, 除压边力为由上例的60t改为50t之外, 模具间隙、坯料材料、厚度等参数均一样。利用CAE软件分析得到图5所示的分析结果。

运用图1b所示的毛坯形状, 除压边力为由上例的60t改为64t之外, 模具间隙、坯料材料、厚度等参数均一样。利用CAE软件分析得到图6所示的分析结果。

综合上面分析三种不同压边力 (分别为60t、50t、64t) 的计算结果可知, 压边力对汽车覆盖件的冲压过程有重要影响, 当冲压条件不太理想时, 合适的压边力值可以将冲压件开裂的程度及范围控制在最低的水平, 但单纯的依靠压边力的调整是难以将开裂现象最终消除的, 要获得理想的冲压结果, 还需要其它冲压条件的配合。值得注意的是, 对复杂冲压件, 在给定的 (但不是合适的) 冲压条件下, 压边力是有一个最优值的, 低于或高于此最优值, 都会恶化冲压件上的开裂程度与范围。

所以, 压边力的大小严重影响着汽车覆盖件的冲压过程 (压边力是控制冲压件起皱的主要手段之一, 也是控制拉裂现象的常用办法) , 但如果其它冲压条件不太理想, 那么仅仅依靠压边力的调整是难以将开裂现象消除的。由于汽车覆盖件冲压模具中, 拉延筋及模具形面都是复杂的三维曲面, 冲压过程中材料的流动非常复杂, 因此, 利用压边力控制拉裂现象时有其独特的特点, 即不论冲压条件如何, 压边力都存在一个最优值, 低于或高于此最优值, 都会严重影响接触界面上摩擦力的大小与摩擦力历程的形态, 进而影响冲压件的品质直至拉裂。

3 工艺优化结论

通过本文的研究, 得出坯料初始形状和压边力的工艺优化结论: (1) 坯料初始形状对冲压过程影响的研究, 得出了坯料形状的局部改善不会导致冲压结果明显改善, 只有当坯料形状的改善与冲压过程中材料的流动规律相适应时才能获得好的冲压效果的结论; (2) 压边力对冲压过程影响的研究表明:如果其它冲压条件不太理想, 那么仅仅依靠压边力的调整是难以获得理想结果的, 同时, 不论冲压条件如何, 压边力都存在一个最优值。

摘要：鉴于汽车覆盖件的缺陷现状, 从冲压工艺参数的角度出发, 重点分析了坯料初始形状和压边力的影响, 通过运用CAE软件对前侧围的分析结果进行比较, 获得了工艺优化的结论, 为提高汽车覆盖件冲压质量提供参考。

关键词：覆盖件,坯料,压边力,工艺优化