汽车高强板冲压件质量问题解决方法的研究

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  • 更新时间2015-09-28
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邹 玉 清

(吉林电子信息职业技术学院机电技术学院 吉林 长春 132021)

摘 要:随着我国汽车产业的高速发展,在整车设计上逐渐突出了安全性和轻量化的特点,特别是组成整车骨架车架的纵梁,采用高强板成为了一种趋势。但影响汽车高强板冲压件质量的主要问题是成形回弹,已形成问题瓶颈;其次是冲压模具寿命及稳定性对制件的影响。针对某微型车左、右前纵梁后段在开发过程中存在的质量问题,通过对产品的冲压工艺设计、模具设计与调试及模具寿命研究,寻找解决质量问题的最佳方案和方法。

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关键词 :回弹;CAE模拟;高强板

中图分类号:U465 文献标识码:A doi:10.3969/j.issn.1665-2272.2015.03.039

收稿日期:2014-11-28

1 汽车高强板冲压件质量问题

高强板较普板具有高屈服强度,低断面收缩率等性能。采用高强板,遇到的常见问题就是成型后,制件产生的回弹、扭曲、翘曲,而且不易解决。影响制件质量的次要问题是冲压模具寿命及工序稳定性。

2 冲压工艺设计时质量问题解决方法的研究

某微型车左/右前纵梁后段,材料为P250,料厚为2.0mm,生产批量很大。此纵梁的特点是各个断面形状相似,基本上类似U形断面,长度方向为S型。

根据此产品的形状、所用材质和产品的质量要求,制订产品的工艺方案时需着重解决以下问题:

①制件在拉延(或成形)后,两侧翼面的回弹问题; ②由于制件在长度方向S型,在拉延(或成形)后,制件的上表面出现的扭曲、翘曲和回弹问题;③工艺要稳定,模具的调试、调整量要小。在左右前纵梁后段冲压工艺设计阶段,提出了3种工艺方案,分别对工艺的着眼点及优缺点进行了分析。

(1)简单成形方案。采用的工艺方案为:落料、冲孔→成形→整形→斜冲孔

此种工艺方案的特点是简捷,符合材料利用率最低的要求。难点在于:①成形过程中,材料位置难以控制,将影响产品生产的稳定性;②成形的上压料只能起到退料作用,起不到提高材料塑性变形的作用,后序的回弹会比较大;③整形对零件的回弹变形难以控制;④由于制件的回弹没有有效控制,后序的斜冲孔的孔位难以满足产品需要。

(2)拉延整形方案。采用的工艺方案为:拉延→修边、冲孔、斜修边→整形→斜冲孔

此种工艺方案为传统的典型工艺方案,由于采用拉延工艺,制件的强度和回弹都能够得到较好的控制,两侧面的质量也有了明显的改善。但此方案出现了第二序斜修边的问题。此外还存在以下几个问题:①拉延工序由于采用了回弹补偿,不容易确定拉延的最终状态;②整形状态不容易确定(包括整形的圆角和角度无法确定),增加了调试和修整的工作量。

(3)拉延斜翻边整形方案。采用的工艺方案为:拉延→修边、冲孔、斜修边→斜翻边整形→斜冲孔

此种工艺方案是针对方案(2)出现的整形状态不易确定的问题,改变了整形方案,从而也解决了拉延工序难确定的问题。

由于采用了斜翻边整形方案,制件在拉延后产生的回弹,可以通过调整整形工序模具的封闭高度来调整两侧壁的回弹角度,减少了模具的调试工作量。

3 冲压模具设计时质量问题解决方法的研究

采用AUTOFORM成型模拟分析,预测制件的回弹与变形,然后采用CAE模拟,确定模具的回弹补偿方案。

通过CAE模拟可以明显看出,此件在进行拉延、修边、冲孔等工序后,制件的因回弹引起的变形较大。特别是板件整体两端向下回弹,达到1.14~1.34mm;另外可以看出制件由于制件本身形状(长度方向S型),在拉延成型过程中,中间部位应力应变明显变形不均,这会造成制件的成品的扭曲。在设计拉延模时,根据CAE模拟结果,对模具模面进行工艺补偿:将板件两端向上反向补正,中间不动,两端头分别向上抬高2~3mm不等。

对斜整形模具局部强压处理。模具在制造调试中,斜整形模具局部考虑局部采用强压处理,来保证制件的最终形状,防止翘曲、扭转等的变形问题。

提高模具寿命,保证工序的稳定性。高强板强度高,变形时,所需的成型力较大。设计拉延模的压料板时,要使模具的调整块位置与墩死块的位置相一致,模具结构避免采用悬臂机构,保证模具的强度和刚度;拉延模具的凹模和压料面都采用Cr12MoV镶块,并进行TD处理,提高模具的耐磨性;优化凹模圆角,改善材料进入凹模的流动状态,降低凹模口的磨损和成型力。

4 冲压模具调试时质量问题解决方法的研究

4.1 模具调试时,重点关注的问题及解决措施

模具调试过程中,应努力提高模具的工作状态,需重点关注:

(1)模具着色。模具着色率应达到90%以上,特别是拉延和斜整形工序。如未达到,需调整模具,确保模具的工作状态稳定。

(2)拉延模具压边力。在保证制件不裂的前提下,尽可能满足制件塑性变形,减少制件回弹。

(3)模具拉延筋的调整。合理设置拉延筋位置和大小,可以改变拉延模具的压边力的分布,从而保证整个制件变形均匀,最大程度上保证制件的变形,以减小回弹。

(4)模具表面光洁度。表面粗糙虽然可以使进料阻力增大,增加进料阻力,但是模具的工作状态不稳定,模具的表面磨损较快,生产一定数量制件后,模具的状态就难以确定了,以致后序的制件状态也无法保证。

4.2 模具调试时,存在的质量问题及解决措施

模具虽经上述调整,制件经过拉延,修边和斜整形后,仍存在翘曲、扭转等问题,根据制件翘曲的相应位置采取以下方法:①整形模具局部地方采用强压处理;②改变拉延凹模的圆角。为改善产品侧壁内凹现象,把制件部分区域的圆角由R5改为R3,增大了板料进料阻力,使制件塑性变形最大,减少制件回弹和翘曲;③增大拉延工序的设备吨位。原试模用1000T压力机,制件的回弹、翘曲状态不稳定,后来采用2000T压力机后,制件的状态有了明显的好转;④合理调整拉延筋的位置和大小。

5 结语

通过对高强板纵梁回弹、扭曲、翘曲等质量问题解决方法的研究,在调试过程中采取有效措施,最终制造出了生产稳定、质量合格的产品。在模具调试过程中,虽然很多参数不可量化,如压边力大小及压力分布状态、拉延筋的阻力大小等,但是可以借助前期的模拟分析,去了解板材成型情况,在保证各序模具工作状态稳定的前提下,有针对性地调整模具,最终达到产品要求。

随着计算机技术的不断发展和深入,利用板材成型分析软件,在产品设计时期,做好前期产品规划;在工艺设计、模具设计和模具调试过程中,采取合适措施,一定能够保质保量制造出符合汽车需要的更复杂的梁类产品。

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参考文献

1 韩俊,詹捷,罗静.高强板成形回弹控制方法研究[J]. 机械工程师2009(8)

2 范军锋,陈铭. 中国汽车轻量化之路初探[J]. 铸造,2006(10)

3 陈和清,彭成允,魏良庆.汽车用高强度钢板弯曲回弹实验研究[J].模具工程,2008(7)

(责任编辑 梁 工)