汽車車門外板門把手面畸變?nèi)毕莸姆治雠c改進(jìn)對策

文/方永光，胡廣珍·奇瑞汽車股份有限公司

汽車車門外板門把手面畸變?nèi)毕莸姆治雠c改進(jìn)對策

文/方永光，胡廣珍·奇瑞汽車股份有限公司

對于汽車主機(jī)廠來說，汽車的外觀質(zhì)量與整車性能一樣重要。而汽車的外觀質(zhì)量主要表現(xiàn)在汽車的外覆蓋件上。其中面畸變與起皺一樣，是面形狀精度的一項(xiàng)重要方面，是汽車外覆蓋件的重要質(zhì)量指標(biāo)之一。一般認(rèn)為，在沖壓零件上形狀急劇變化部位的周圍，由于毛坯的變形分布極不均勻，容易在零件表面上產(chǎn)生局部起伏（或凸凹），這種起伏的高度在0.2mm的范圍內(nèi)時(shí)，稱為“面畸變”，當(dāng)起伏高度在0.2mm以上時(shí)則稱為“起皺”。在板料沖壓成形過程中，引起面畸變的原因、發(fā)生部位以及它們表現(xiàn)出來的形態(tài)與起皺是基本相同的，可以說，面畸變是起皺的前期形態(tài)。由于面畸變在覆蓋件型面上表現(xiàn)出的形態(tài)很小，所以不容易控制。面畸變的產(chǎn)生因素，有的與產(chǎn)品本身的結(jié)構(gòu)有關(guān)，有的與模具制造質(zhì)量有關(guān)，有的與模具的設(shè)計(jì)工藝結(jié)構(gòu)有關(guān)，有的則是由綜合因素引起。

面畸變的發(fā)生機(jī)理和解決對策

在沖壓成形的各種不同問題中，解決面畸變是最困難的問題之一。正確掌握面畸變的發(fā)生機(jī)理和發(fā)展過程是制定有效的面畸變對策的必要前提。

下面以車門外板門把手部位的變形來簡述面畸變的發(fā)生機(jī)理及對策：門把手周圍變形表現(xiàn)為局部凸凹周圍面畸變，如圖1所示。

圖1 面畸變示意圖

面畸變的發(fā)生機(jī)理

⑴由于凸起成形（在凹模一側(cè)成形）引起材料的受力不均致使面畸變。

1）材料不均勻流動(dòng)引起材料的聚集，隨著轉(zhuǎn)角處材料的微小流入而產(chǎn)生的切向壓應(yīng)力引起失穩(wěn)；

2）由于彎矩作用使其周圍材料隆起，彎矩引起的材料隆起不均勻。

⑵回彈對面畸變的影響。

圖2 拉延筋優(yōu)化示意圖

考察面畸變的發(fā)生機(jī)理時(shí)，回彈是非常重要的。所謂回彈引起的面畸變，有的情況是回彈直接引起的，有的情況下回彈雖不是面畸變產(chǎn)生的直接原因，但卻促使面畸變增大。也就是說，在很多情況下，雖然毛坯在成形結(jié)束時(shí)與凸模完全貼合，形成零件的標(biāo)準(zhǔn)形狀，但模具回程卸載后，由于回彈的影響，使沖壓件的形狀或局部形狀產(chǎn)生變化，與凸模形狀不一致，形成面畸變。即材料塑性變形分布不均或不充分引起面畸變。

⑶毛坯在成形過程中與凸模的貼模性差。

毛坯的貼模過程對毛坯的變形性質(zhì)、變形量的大小、特別是毛坯的抗畸變能力有較大影響。毛坯在貼模之前的抗畸變能力較差。在凹模內(nèi)部局部成形區(qū)域，變形性質(zhì)以脹形變形為主，該部分毛坯貼模性差，未能抑制外部毛坯向該區(qū)域流動(dòng)，從而降低了該區(qū)域的成形極限，引起面畸變。

面畸變的改進(jìn)對策

由于面畸變的產(chǎn)生機(jī)理同皺紋的產(chǎn)生機(jī)理基本是相同的，所以一般情況下，能防止和消除起皺的對策都可以防止和消除面畸變。總的來說，使毛坯產(chǎn)生足夠的塑性變形，盡量減少不均勻拉應(yīng)力和剪應(yīng)力數(shù)值，減小塑性變形的不均勻分布，都有利于抑制面畸變的產(chǎn)生和發(fā)展。板料在沖壓成形過程中的塑性變形受到很多方面的因素的影響，進(jìn)行變形趨向性分析時(shí)，應(yīng)從多方面考慮。

⑴設(shè)計(jì)合理的工藝補(bǔ)充來改善拉延件形狀尺寸，使其具有較好的沖壓工藝性，便于變形趨向的控制。

⑵改變壓邊力的大小對毛坯的變形分布有著重要影響，控制毛坯的受力狀態(tài)達(dá)到拉延成形的需要，在局部成形位置距離壓料面和拉延筋較近時(shí)，改進(jìn)壓料面和拉延筋的形狀，在變形區(qū)域的對應(yīng)外圍位置加大材料流動(dòng)阻力來控制變形，也可通過調(diào)整壓機(jī)氣墊壓力或外周拉延筋形狀（如由圓形改為方形）來實(shí)現(xiàn)，如圖2所示。

⑶局部成形區(qū)域距離拉延筋和壓料面較遠(yuǎn)，難以控制料流時(shí)，通過設(shè)計(jì)凸凹模的閉合距離小于毛坯料厚0.1mm左右來達(dá)到強(qiáng)壓的效果來控制變形，如圖3所示。模具在即將閉合之前先壓緊對應(yīng)部位的材料，從而減少橫向的料流，沖壓件的法向方向有一個(gè)很大的壓應(yīng)力，與橫向料流產(chǎn)生的拉應(yīng)力抵消，減少了凹陷。

圖3 型面著色強(qiáng)壓示意圖

⑷調(diào)整變形區(qū)域內(nèi)部工藝補(bǔ)充造型，提升變形區(qū)域材料變形量，減少回彈。在門把手沖孔部位增加小筋，提高門把手凹坑的材料變形量。具體技術(shù)方案為：在制件門把手位置修邊線內(nèi)，依據(jù)門把手安裝型面做簡單的工藝造型，造型的尺寸依據(jù)門把手安裝尺寸和CAE模擬效果確定，然后在后面工序修邊剪切掉工藝造型。由于工藝造型補(bǔ)充了門把手處鈑金成形，使得板料成形均勻充分，可以消除門外板把手處鈑金變形。

圖4 凸模型面烘烤示意圖

⑸為了快速優(yōu)化減輕變形，可以采取烘烤法并調(diào)整凸、凹模型面間隙，對變形處進(jìn)行強(qiáng)行壓料，如圖4所示。由于鉬鉻鑄鐵具有烘烤600℃左右后內(nèi)部晶體結(jié)構(gòu)會(huì)發(fā)生變化的特性，對模具凸模型面（對應(yīng)板件凹陷處）進(jìn)行火焰烘烤，烘烤處型面有0.1mm左右的鼓包，并精研凸凹模具間隙，達(dá)到合理間隙直至變形得到改善。

工藝設(shè)計(jì)和模具結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)

沖壓工藝設(shè)計(jì)

在工藝設(shè)計(jì)階段，控制毛坯與凸模的貼模過程，使該區(qū)域毛坯盡早貼模，在整個(gè)沖壓成形過程中均維持貼模狀態(tài)，降低該區(qū)域的成形極限。

新型模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

⑴凹模在門把手部位設(shè)計(jì)為鑲塊式，如圖5所示。上模門把手部位安裝有門把手成形鑲塊和強(qiáng)壓鑲塊，把手成形鑲塊、強(qiáng)壓鑲塊及凹模本體三者之間為“0”間隙配合，把手成形鑲塊、強(qiáng)壓鑲塊分別用螺釘連接在上模本體上，鑲塊可以根據(jù)調(diào)試情況進(jìn)行型面調(diào)試和處理。模具調(diào)試出零件時(shí)，用油石或是其他檢測方法，檢查出零件門把手的變形位置，根據(jù)變形的情況，決定調(diào)整模具鑲塊，底部增加適當(dāng)?shù)膲|片，并根據(jù)型面著色要求做精研至間隙為料厚的0.9倍。由于模具調(diào)整的部位小，調(diào)整工作量小，很容易控制門把手處變形，同時(shí)也可以收集數(shù)據(jù)，在以后的車型的模具設(shè)計(jì)上在此處進(jìn)行工藝補(bǔ)償。鑲塊式模具結(jié)構(gòu)具有調(diào)整方便，便于控制型面著色及達(dá)到強(qiáng)壓處理效果的特點(diǎn)，需要注意的是鑲塊底部凹模本體基座的強(qiáng)度（尤其為強(qiáng)壓鑲塊對應(yīng)部位）在模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)要做加強(qiáng)處理。

⑵凹模在門把手部位設(shè)計(jì)為氣缸推動(dòng)式結(jié)構(gòu)。本結(jié)構(gòu)的操作過程如下：模具的上模先與壓邊圈接觸，然后上模與凸模接觸并開始成形，距壓邊圈與下模鐓死還有一小段距離（此距離與滑塊到底的速度、氣缸的推進(jìn)速度相關(guān)）時(shí)，氣缸開始推動(dòng)驅(qū)動(dòng)塊水平運(yùn)動(dòng)，通過斜導(dǎo)板傳遞給滑塊部件的豎直運(yùn)動(dòng)，最后整形鑲塊在壓邊圈與下模鐓死的瞬間，沖擊整形部位，然后鐓死，完成制件的成形。機(jī)構(gòu)處于初始狀態(tài)時(shí)，彈簧為釋放狀態(tài)，支承滑塊部件使其整形鑲塊的型面處于比上模的型面滯后狀態(tài)；機(jī)構(gòu)處于工作過程中，整形鑲塊周圈輪廓與上模相應(yīng)輪廓豎直方向?qū)蚧瑒?dòng)，從而實(shí)現(xiàn)滑塊部件的穩(wěn)定工作。氣缸式結(jié)構(gòu)集拉延與整形為一體，通過氣缸使得整形鑲塊在壓邊圈與下模鐓死的瞬間，沖擊門把手部位，然后鐓死，完成制件的成形。

結(jié)束語

在實(shí)際操作中，首先要正確的分析和判斷產(chǎn)生面畸變的具體原因，針對具體情況，在沖壓工藝和模具結(jié)構(gòu)及模具調(diào)試等環(huán)節(jié)采取相應(yīng)的措施。當(dāng)然，在實(shí)際工作中不斷積累經(jīng)驗(yàn)和數(shù)據(jù)資料，并科學(xué)提煉總結(jié)，對解決面畸變問題仍然是十分重要的。