伺服壓機變壓邊力對翼子板成形優化的分析

文/李馳·廣州汽車集團乘用車有限公司

伺服壓機變壓邊力對翼子板成形優化的分析

文/李馳·廣州汽車集團乘用車有限公司

目前，汽車造型設計日趨復雜化，車身覆蓋件零件拉延深度大、表面特征線復雜、使得沖壓件成形性、外觀品質和精度控制難度增加，制約著沖壓生產效率的提升和成本降低。本文基于伺服壓力機變壓邊力特性對翼子板拉深成形過程進行研究，結合現場生產的實際問題，通過對恒壓邊力和變壓邊力拉深成形結果進行對比分析，尋找合適的變壓邊力曲線，實現對翼子板成形的優化。

圖1是某車型前翼子板的數模，該零件的生產工藝有以下難點：

圖1 翼子板

⑴該零件安裝在車身左前和右前方，是遮蓋前車輪的外觀件，處于車身的主要視覺區域，因此對沖壓件的外觀品質要求很高；

⑵從沖壓方向上看，零件深度達到230mm，屬于深拉延件，易出現成形開裂問題，造成零件報廢率高；

⑶曲面變化多，造型復雜，使得沖壓工藝的壓料面形狀為不可展曲面（見圖2），成形過程壓料面容易起皺，造成模面、拉延筋拉傷，降低模具壽命。

圖2 翼子板沖壓工藝造型

壓邊力是板材沖壓成形過程中最重要的參數之一，對控制零件拉深過程中產生的品質缺陷如開裂、起皺、外觀品質等影響很大，對于翼子板來說，即要減少零件的減薄和開裂（小壓邊力），又要控制零件的起皺和外觀凹陷（大壓邊力），模具的調試難度大，通過伺服壓機變壓邊力控制，可以改善設備對模具的適應性，從而改善零件的成形條件，提高零件的合格率，減少模具的調試時間。下面結合實際生產中的問題，對變壓邊力對翼子板成形性改善進行分析和驗證。

該翼子板零件材質牌號為B180H，厚度0.7mm，材料分析參數見表1。

表1 力學參數

恒定壓邊力分析

壓邊力為110t分析結果

表2 不同壓邊力分析結果對比

表2為不同壓邊力分析結果對比表。從110t壓邊力的分析結果可知，翼子板上部材料流入量為95mm左右，由于材料流入過多，部分區域未充分拉深，實際生產過程中，容易在外觀面上產生凹陷（圖3）。

圖3 翼子板月亮灣處凹陷分析和實際對比

表面缺陷高度圖用于評估壓料面區域起皺趨勢，翼子板上部區域最大值為0.2mm，遠高于0.05mm的標準要求，實際生產過程中，壓料面容易起皺，尤其是在翼子板上部材料流入量很大的情況下，零件和模面的相對運動產生摩擦，大批量生產會造成模面和零件的拉傷（圖4）。

壓邊力為150t的分析結果

圖4 翼子板上部起皺趨勢分析和實際對比

為改善零件的外觀凹陷和壓邊圈起皺趨勢，嘗試提高壓邊力到150t進行分析，通過表面缺陷高度圖分析可以看到，翼子板上部最大值為0.04mm，最大流入量為85mm左右，壓料面起皺趨勢得到比較大的改善，可以有效降低零件的拉傷和模面磨損，但是輪轂處開裂嚴重（見圖5），且其他區域的開裂風險增加，生產過程造成零件的報廢率提升。

圖5 輪轂處分析開裂

恒定壓邊力的對比和分析

通過對比到底前30mm時（圖6），110t壓邊力和150t壓邊力情況下的表面缺陷高度圖，可以看出兩種壓邊力下零件起皺趨勢差異不大。主要是由于在成形前期，零件流入量比較均勻，材料局部擠壓力不大；在成形后期，由于零件造型復雜且分模線R角較多，局部材料流入過多，材料流入量不均，材料局部擠壓力急劇增加。如果此時壓邊力無法抵消由于材料起皺趨勢導致的頂出力增加，則壓料面將出現明顯的起皺。

通過分析150t壓邊力情況下的成形極限圖，零件在拉延到底前20mm出現開裂，主要是由于壓邊力增加導致材料的流入量減少，無法滿足成形需要，拉伸率過大引起開裂。

圖6 不同壓邊力到底前30mm對比圖

綜合以上分析，為了既能夠控制起皺，又能夠避免零件的開裂，在成形前期零件起皺趨勢不大的情況下，采用較小的壓邊力110t，使材料能夠流入模腔，為后期成形儲備充足的材料；成形后期（拉延到底前30mm，即零件開裂前20mm再增加10mm余量），處于壓料面起皺趨勢加劇的階段，再通過增加壓邊力到150t，控制零件壓料面的起皺趨勢，防止起皺導致零件和模面的拉傷。

變壓邊力的分析結果驗證

根據以上分析，設置壓機的變壓邊力曲線如圖7所示。通過CAE分析結果對比可以看出，變壓邊力情況下材料流入量為89mm，成形極限圖中無開裂區域，表面缺陷高度圖中翼子板上部最大值為0.06mm，略高于壓邊力150t時的分析結果。圖8為現場實際生產的零件情況，可見壓料面起皺得到明顯改善。

圖7 伺服壓機變壓邊力曲線

圖8 變壓邊力成形拉延件

結論

通過CAE分析和實際驗證表明，該翼子板在其他沖壓成形參數不變的條件下，根據成形階段的特點，使用不同的壓邊力，在改善零件的開裂情況的同時，降低起皺產生，減少拉傷和磨損，延長了模具使用壽命，減少了模具的調試工作。

變壓邊力控制技術將對沖壓成形的自動化、柔性化和智能化產生積極的推動作用，體現了沖壓制造精度、效率、成本控制理念，對實際生產的重要意義，也是先進沖壓成形技術的發展趨勢。