汽车覆盖件的成形过程复杂多样,从产品开发、模具设计到制造调试都需要综合多方面的考虑,最终的模具都需要按照客户的生产条件和质量要求达到稳定量产。轮罩作为汽车深拉延冲压件的典型代表,易出现多种冲压生产问题：⑴拉延深度深,易出现开裂问题；⑵形状复杂,特征变化急剧,易出现起皱问题；⑶拉延工艺使材料向轮罩型腔内流动,材料处于环向压应力状态,拉延立壁易出现起皱或波浪；⑷材料流过凹模圆角,易出现侧壁卷曲回弹；⑸材料流动量大,模具摩擦磨损剧烈,易出现模具发热、拉毛问题；⑹自动化模具生产时制件抬起高度高,生产节拍慢等。针对以上问题,轮罩工艺需要结合生产经验和CAE 分析对各类问题做出充分评估,分别制定有效的解决方案,以最大程度的减少后期改模问题和母线调试周期。

产品描述

本文所述零件为轮罩左右件,如图1 所示,材料为CR5,名义料厚为0.6mm,零件单件尺寸为952mm×498mm×233mm。冲压工艺采用零件左右对拼,一出左右件的生产方式,拉延深度为220mm。由于客户对材料利用率要求较高,所以拼接角度经过优化确定A 点与B 点对齐,C 点与D 点对齐,这样导致凸模轮廓最小曲率半径R 为77mm,如图2 所示,按照经验,凸模轮廓最小曲率半径在100mm 以上（图3),该轮罩明显偏小,初步评估,相比其他轮罩产品,该轮罩更容易出现起皱和开裂问题。

工艺分析及优化

轮罩采用3D Transfer 自动化模具,工艺排布如图4 所示,送料方向为从右向左,工序内容依次为拉延→修边+冲孔→修边+侧修边+冲孔→上下翻边+整形→侧翻边+整形→修边+冲孔+分离,共分三个模座,模具联合长度为7.5m。

为使产品拉延充分,减小回弹,经过调整拉延筋和压边力,优化拉延成形如图5（左)所示,整个产品大部分位于绿色区域,少数尖点和局部小区域处于黄色有风险区域,评估认为调试可以解决。以此拉延状态做全工序模拟分析,计算得到最终回弹如图5(右)所示,可以看到回弹控制效果整体趋势较好,未超过±2mm 范围,最终确定以此作为模具制造依据。

现场验证

现场调试出件较为顺利,无大的起皱和开裂问题,全工序零件尺寸扫描与前期分析吻合,趋势与前期CAE 分析完全相同,如图6 所示,实际制件型面最大偏差大约为2mm,经过工序样板扫描与数据分析,确定在整形工序调整局部型面,做型面回弹补偿,补偿数值及区域如图7 所示,经过局部改模调整局部型面,整体产品合格率上升至95.2%。

母线调试

母线调试要求产品生产节拍为15SPM,高节拍生产条件下的模具发热严重,连续生产100 件左右时产品即出现开裂,停止生产,待模具冷却后再生产100件左右时,再次出现产品开裂,工序及位置为拉延立壁靠近凹模口位置,如图8 所示,开裂位置与产品规划初期预测的凸模轮廓曲率半径小的位置吻合,对比之前完成母线调试的另一对量产轮罩,两者最大的差别为凸模轮廓曲率半径,因此对两套轮罩的拉延工序做CAE 分析对比,发现同一位置的分析结果有明显差异：第一,安全裕度,当前轮罩最大失效因子为0.86,安全裕度为14%,而对比轮罩最大失效因子为0.67,安全裕度为33%,如图9 所示；第二,单冲次温升差距大,当前轮罩由于其曲率半径小等特征原因使该区域的材料塑性变形剧烈,导致材料塑性变形能转化为热能,温度升高110℃,之前轮罩温升仅为61℃,如图10 所示,随着冲次的增加,热量累积导致模具温度升高,进而导致模具间隙的变化,从而使模具的生产状态与调试状态不一致,引起开裂。由此制定改模方案：第一,通过调整对应位置拉延筋,加大破裂位置对应材料的流入量,增加破裂区域的成形安全裕度；第二,调整两侧的拉延筋,由于该区域为材料压缩区域,所以可以通过减少旁边材料的流入来减小该区域材料的流动和塑性变形,从而降低模具温升,如图11（左)所示,加强A 区和C 区的拉延筋,做平B 区的拉延筋,修改之后如图11（右)所示。经过CAE 重新分析,可以看出原破裂区域的最大失效因子降至0.72（图12),安全裕度增加至28%,温升降至85℃（图13),两大主要影响因素都已做出较大改善,确定此方案为最终改模方案。

改模之后,为避免压料面区域的材料在压缩区域起皱,需要确保压边圈着色的研合,在重新精研压边圈之后,零件顺利量产如图14、图15 所示,首批次以15SPM 节拍生产2000 件,第二批次生产2500 件,第三批次生产2000 件均未出现废品,模具母线调试验收成功。