冲压工艺是汽车模具设计制造的核心技术，涉及工序设计、成形型面设计、修冲刃口设计等制件成形内容，一般包括制件前期工艺性分析、工艺方案预测、模型构建、工艺可行性分析、模型反复优化等设计过程。
轿车顶盖类制件的棱线R角光顺度是模具企业关注的质量指标之一。为解决棱线光顺问题，一般需要对制件棱线部位进行正整形。正整形通常会导致制件拐角下部侧面起皱且难以消除，影响模具制造水平和制件质量。
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制件结构
图1 两厢轿车顶盖制件
某两厢轿车顶盖制件如图1所示，此类制件具有尺寸大、形状简单、拉深深度相对较浅等特点。在成形时要求制件表面平整无皱纹，具有良好的刚度，保证制件R角处棱线清晰光顺。因此，从工艺设计角度考虑，关键是如何保证其与前、后窗框及背门、侧围横梁之间的平顺过渡。
在整个顶盖制件造型中，成形工艺最复杂的区域是制件尾部，此处需要经过拉深、修边、整形等多道工序。由于其是连接后背门的主要部位，不仅需要有足够的强度，还要求有较高的形状精度和尺寸精度，这是工艺设计的难点。
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原成形工艺与问题
原顶盖尾部成形工艺
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OP20。拉深，拉深出制件的大致形状。
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OP30。正整形、修边，先整形制件尾部R角。
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OP40。侧整形，整形出制件形状。
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OP50。整形、冲孔，最终修整。
在实际冲压生产中，从OP30工序整形结束开始至OP50工序，制件的尾部侧壁上出现了起皱现象（见图2），显然不能满足制件质量要求。
图2 OP30整形后尾部侧壁起皱
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起皱原因分析
在工艺设计中，为避免在模具调试和实际冲压中出现开裂等问题，通常在拉深工序后进行整形，而在一些冲压成形案例中，过拉深往往是导致制件起皱的原因之一。由图3所示顶盖拉深工艺数模的过拉深处理可知，工艺设计中有4mm的过拉深量，会在后序成形时产生多余的材料，这是导致制件整形起皱的根本原因。
图3 顶盖拉深工艺数模的过拉深处理
采用Autoform软件对前期设计的制件拉深造型进行有限元分析，模拟结果如图4所示，制件拐角部位最大变薄率达到28.3%，略小于CAE判别极限值30%，表明实际起皱部位有开裂风险。如果通过减小过拉深来改善起皱问题，势必会导致制件开裂。因此，过拉深导致的起皱问题只能在后工序中加以改善。
图4 前期设计的制件拉深造型有限元分析
OP30工序整形结构如图5所示。从原成形工艺看，OP30工序整形的作用是先将制件尾部R角成形，防止R角一次性整形发生变形。因此，OP30工序整形部位只包括制件尾部R角及R角以下一小部分拉深区域。下模上有压料符型面，同时还要留有整形空间，这样压料区域与整形区域之间就形成一个台阶。
图5 OP30工序整形结构
1.压料芯 2.整形刀块 3.拉深板料 4.下模块 5.压料板
实际成形时，过拉深设计中多余的材料在整形刀块的作用下向下流动，而压料板和下模块台阶形状严重阻碍了材料继续流动。因此，在压料板与整形刀块接触的台阶面缝隙部位产生严重积料现象。聚集的材料在模具压力作用下发生堆积硬化，无法在OP40工序侧整形时再进行拉深变形，或留有很深的叠料痕迹，导致制件尾部出现起皱现象。
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冲压工艺优化
由上述分析可知，制件尾部起皱的直接原因是OP30工序下模块台阶造型和压料板成形工艺设计不合理。因此，重点改变下模块和压料板造型及压料范围，使多余的材料在成形过程中平缓延展而避免集中在某一小范围内，即可改善上述起皱缺陷。根据此思路，得到优化后的整形结构如图6所示。
图6 优化后的整形结构
1.制件 2.下模块 3.压料芯 4.整形刀块
5.拉深板料 6.压料板
将下模块原台阶形状设计成平缓过渡形状，便于材料向下流动；压料板上部分设计成让空形式，整形时只压拉深板料凹R角以外部分，使材料有一个平缓延展的空间，避免过拉深余料在局部小范围内堆积。将下模块与上模部分形状设计成不同造型，且压料板与整形刀块间有一定间隙，增强了材料流动性。优化后的工艺方案，消除了OP30工序整形时材料聚集现象，使过拉深余料存储在压料板与整形刀块的间隙空间内，同时满足OP40工序侧整形时进料需求，从而改善制件尾部起皱缺陷。
采用Autoform软件对顶盖尾部优化后的成形工艺进行模拟，模拟结果如图7所示。
（a）成形极限
（b）变薄率
图7 顶盖尾部优化后的成形工艺模拟结果
由图7可见，顶盖尾部在成形工艺优化后未出现起皱现象，变薄情况满足CAE判定依据，起皱缺陷的改善在理论上取得了满意的效果。模具结构根据优化后的成形工艺进行整改，经冲压试模，OP30工序整形后拉深余料聚集现象得到消除。
图8 顶盖尾部成形工艺优化后冲出的制件
图8为顶盖尾部成形工艺优化后冲出的制件，对比图2可见，顶盖尾部未出现起皱和整形叠料痕迹，制件质量合格。
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▍原文来源：《模具工业》2014年第5期
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