由于前门内板在车门开启后存在部分型面可见,其外观质量要求高于其他内板零件,某车型前门内板结构如图1所示,最大拉深深度为163mm,材料为BUFD激光拼焊板,采用厚度分别为0.7mm和1.4mm的2种板材拼焊而成,工艺路线为拉深→切边冲孔→整形→冲孔分离,左右件共模生产。
图1 前门内板结构及产生问题区域
模具在主机厂调试前期,前门内板锁扣孔下部开门可视区域出现起皱(图1中方框处),通过常规调试如增大压边力、调整压边圈间隙与板料定位等,制件起皱得到一定程度的改善。但在小批量试生产过程中制件起皱状态不稳定,并且随着模具持续工作发热而引起压边圈间隙及摩擦阻力的变化,起皱位置上部侧壁及R角区域容易出现开裂或缩颈,无法得到质量合格的制件,模具不能满足量产要求。
从制件结构及工艺性分析可知,侧壁起皱区域内凹且型面变化急剧,成形过程中板料流动速度不均且伸展不充分,容易出现材料积聚现象。采用AutoForm分析成形过程并结合实际模具调试过程发现,前门内板在拉深到底前10mm位置出现起皱,如图2所示。在制件结构或成形工艺无法改变的情况下,通过常规的模具调试手段如增减压边力、调整板料定位及模具零件型面研合间隙等对起皱问题的改善程度有限,难以获得成形质量稳定合格的制件。
(a)制件实际成形到底前10 mm起皱状态
(b)CAE分析到底前10 mm起皱状态
图2 制件实际成形与CAE分析成形对比
针对前期小批量试生产中起皱区域侧壁及R角出现的缩颈与开裂,检查原始CAE分析数据得到缩颈区域减薄率约19%,在正常范围内,如图3所示。但在实际模具调试过程中为了优化起皱,对该区域的板料流入量进行控制,推测制件减薄率超过原始CAE分析值,从而导致生产过程出现缩颈与开裂。常规调试方式是通过减小局部板料流入来优化起皱至可接受的状态,但并不能有效控制材料在成形过程中的流入速度,容易使制件侧壁减薄率达到临界值。生产过程的轻微波动则会造成起皱状态的变化或缩颈开裂的产生,因此保证材料流入速度均匀与适当的板料流入量才能得到成形质量合格的制件。
图4 网格试验测量区域
为了验证上述分析并快速指导现场对冲压工艺或模具的调整和改善,需要进一步确认板料在实际成形过程中的流入状态及减薄率。模具实际调试过程中,采用网格试验测量了板料的厚度应变和网格应变,如图4所示,开裂区域制件减薄率最高为26.1%,对应区域安全裕度最低值为5.9%,最大减薄率处于临界状态且安全裕度过低,制件量产稳定性差,网格试验结论与实际情况和推论分析基本一致,如表1所示。
在项目节点紧急和调试时间有限的情况下,为改善起皱程度至可接受状态并实现稳定量产,前期对模具进行了以下调试。
(1)压边圈间隙检查:首先检查压边圈研合及平衡块着色情况,发现压料面研合较差,间隙不均匀。为保证后续批量生产的稳定性,需重新研合压边圈并将平衡块调平至均匀着色状态,完成后冲压检查制件起皱情况,与之前并无改善。
(2)压边力调整:逐步提升压边力进行调试,制件起皱改善有限,但仍处于不可接受状态,并发现压边力提升后开裂风险加大。
(3)板料尺寸及定位:将板料位置往起皱侧方向移动5mm,加大该侧压料面积,并垫砂纸以增大局部进料阻力,冲压后制件起皱改善明显,达到可接受状态,但测量制件起皱区域的减薄情况发现已接近极限值,存在较高的开裂风险,如图5所示。
(a)拉深筋加高后起皱改善效果
(b)拉深筋加高后R角缩颈
(a)到底前10 mm状态
(b)到底前3 mm状态
(a)原工艺筋条布置
(b)增加1条拉深筋
图12 分模线向内调整
(a)到底前10 mm状态
(b)到底前3 mm状态
图13 更改工艺后CAE成形分析
图14 更改工艺后减薄率
图15 采用新工艺成形的制件
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