尾门内板三动拉延冲压工艺研究

文/邵阳·赛科技术工程集团大中华区武汉分公司

尾门内板三动拉延冲压工艺研究

文/邵阳·赛科技术工程集团大中华区武汉分公司

邵阳，冲压工艺工程师，主要从事新车型的冲压工艺开发及工业化，主持完成过众泰A00/ A11等车型冲压工艺开发项目。参与了神龙公司T88/ T93/T91/P84的冲压覆盖件工业化开发。

尾门内板是常见的三厢车型覆盖件，造型复杂、不易成形。拉延成形的方式至关重要，很大程度上决定了冲压工艺的成败。本文主要阐述了某车型尾门内板冲压工艺方案的确定过程，包括拉延成形方式（三动拉延）的确定和工艺补充两个方面；同时，针对生产现场调试中出现的问题及解决措施予以汇总说明。

尾门内板作为常见的三厢车覆盖件，其特点为造型复杂、成形难度大、尺寸精度要求高。拉延工艺是该类零件冲压工艺设计的关键。国内模具制造商针对尾门内板的冲压工艺设计研究和生产实践不少，也积累了一些成熟的方法和经验。

近年来，为满足消费者的多样性、独特性需求，各汽车厂家推陈出新，新产品新造型层出不穷，汽车覆盖件也越来越复杂。同时，汽车厂家也越来越重视成本和零件质量精度控制。常用的针对尾门内板的冲压工艺方法对某些造型夸张的零件已不适用，或达不到厂家对零件的成本控制及质量精度要求，这就要求在冲压工艺方法上作出创新设计。本文即以某车型尾门内板为例，介绍三动拉延成形方式在该类零件上的应用，并对目前调试过程出现的问题进行了说明和总结。

零件分析

产品信息

本文尾门内板的厚度为0.7mm，材料为DX56 D+Z 100 MBO，重量为5kg，理论毛坯尺寸为1660mm×1255mm，零件如图1所示，材料参数见表1。

表1 零件材料主要参数

零件成形难点

经过初步CAE分析及工艺规划判断，有以下成形难点：

⑴拉延开裂。图2a红圈所示位置零件造型变化陡，拉延极易开裂。若按常规思路，采用先降低拉延深度，再后序整形到位的工艺设计，其成形表面质量不如直接拉延成形好。本文示例即为三动拉延成形到位。

⑵拉延产生波纹。图2b中红圈处由于造型下塌及周围造形复杂、变化急剧，变形不充分也容易出现表面质量缺陷。

⑶翻边起皱。图2c所示法兰面区域较大，无法直接拉延成形，只能采取拉延时降低此处高度，后工序整形得到产品形状。但翻边高度较大，易产生表面质量缺陷。

图1 尾门内板零件图

图2 零件成形难点

冲压工艺性分析

拉延板料需要落料处理以满足零件的成形，落料外形如图3所示。

图3 落料形状

现对零件的冲压工艺性分析介绍如下：

确定冲压方向

在汽车坐标系下，产品的状态如图4所示，常见的拉延成形（单动拉延）冲压方向示例如图5所示，拉延深度较浅且均匀，与其他成形方式相比毛坯较小，后工序设计相对简单，整套设计、制造、调试经验丰富。

图4 坐标系下的产品状态

图5 常见的拉延成形冲压方向

但本文示例零件限于冲孔及翻边实现可能性，常见的拉延冲压方向设置不适用。

因此，设置拉延冲压方向时，零件绕+Y向旋转-235°，用Autoform软件检查冲压方向未发现负角。

确定拉延成形方式

根据生产线设备条件，拉延成形方式可采用单动拉延和三动拉延，两种成形方式特点对比如下：

⑴单动拉延。设置有外压料面、窗框内压料面，拉延深度较大，毛坯尺寸偏大，易出现表面质量缺陷，但模具设计、制造相对简单，经验成熟。

⑵三动拉延：设置有上、下外压料面及独立凹模，拉延深度浅，毛坯尺寸相对较小，材料利用率高，成形表面质量稳定；但模具设计、制造复杂，成本较高、调试难度大。

考虑材料利用率及零件成形质量，本文示例采用三动拉延成形方式。

工艺补充设计

工艺补充设计的目的是均匀进料，使压料面与上模接触面积最大，压料面作用力能够得到更好的分布，毛坯在拉延过程中不容易产生波纹。波纹是起皱的趋势，无波纹则表面质量会更完美。在实际生产中，也可以通过改变摩擦力系数来调整拉延面的作用力大小。

完成后的三动拉延工艺补充与单动拉延工艺补充的效果对比如图6所示。三动拉延形式的拉延深度比单动拉延降低了75mm左右，由于拉延深度降低了，毛坯走料更容易，零件内部开裂风险减小，成形质量更易保障，同时废料区较少，材料利用率也得到提高。

图6 单动拉延与三动拉延效果对比

CAE分析

确定成形方式后，对零件进行CAE分析，本文示例采用Autoform软件。三动拉延的工具设置如图7所示，下压边圈有效行程60mm，上压边圈与上凸模之间行程130mm，上模独立凸模比上凸模提前20mm成形到底。

图7 三动拉延的工具设置

CAE计算结果如图8所示，零件总体成形充分，无明显缺陷。

图8 CAE分析结果

对于模具结构及压边力设置，需要注意以下两点：

⑴上模分拆独立凸模的CAE结果较上模未分拆独立凸模的CAE结果略好，如图9所示。从图9可以看到，拆分独立凸模前，该区域变形不充分，有明显的起皱趋势，而拆分独立凸模后变形充分，成形质量变好。同时，独立凸模的工艺补充深度要适中，成形凸R不要太大，需要反复调整工艺补充设计并进行CAE验证，从而得到理想的结果。

图9 上模有无独立凸模的效果分析

⑵上、下压边圈的压边力关系。本文示例中，下压边力较上压边力大，目的是让上凸模与上压边圈先成形到位，尽量多储料以保证零件内部成形质量。若下压边力较上压边力小，下凹模成形前储料不足，则成形开裂风险较大。同时，如果生产设备的气垫需要考虑预加速行程，则必须保证下凸模接触板料前，下气垫压力已到位。

因本文主要讨论拉延成形，后工序冲压工艺设计虽复杂但较常规，这里就不一一赘述了。

生产现场问题及解决措施

生产现场问题及解决措施

三动拉延模具设计、制造比较复杂，各种关联因素较多，因而在生产现场还是遇到了一些问题。

尾灯处拉延开裂

尾灯处在上模独立凸模到底时拉延开裂，如图10所示。

图10 尾灯处拉延开裂

原因分析：通过调试观察，上凸模与上压边圈成形到底时，板料流入量与CAE分析相差太多，在下凸模成形前储料不足导致拉延开裂。又查模具图纸及现场实物得知，上压边力设计为90t，比CAE分析压边力70t多出20t。上压边力过大，导致板料流动困难及拉延开裂。

解决方案：参照CAE分析，减少上压边圈氮气缸数量以减小上模压边力至70t，同时适当降低尾灯处外压料面的拉延筋高度，开裂问题得到解决。

独立凸模处拉延开裂

上模独立凸模与上凸模分型处拉延开裂，如图11所示。

图11 上模独立凸模处拉延开裂

原因分析：产品该处R角过小，成形过程中材料变薄过快，导致拉延开裂。

解决方案：放大该处R角，通过后工序整形得到产品形状。经CAE分析及现场验证，开裂问题得到解决。需要注意的是，采取放大R角的措施，要保证与周围区域的过渡自然、平缓，避免次生缺陷。

结束语

前期的冲压工艺设计对零件的最终质量起到关键作用，但汽车覆盖件种类繁多，成形难度各异，不同零件的冲压工艺设计的成形工艺要求也不同，因而需要具体问题具体分析，全面考虑，选择最优的冲压工艺方案，以达到最理想的成形效果。本文所采用的三动拉延工艺方式在生产实际中取得了不错的效果，得到了客户的认可。当然也遇到了一些问题，这正需要我们积极思考，解决问题，积累经验，在总结中不断优化创新，为以后类似零件冲压工艺设计提供技术理论和实践支撑。