汽车覆盖件冲压成型的典型缺陷分析

李鸥

长城汽车股份有限公司徐水分公司河北保定072550

摘要：随着我国经济的发展，汽车工业已成为我国国民经济五大支柱产业之一。随着科技的不断进步，社会市场需求的加大，汽车的更新换代速度越来越快，小轿车为3-4年。覆盖件是汽车组成部件的重要组成部分，汽车覆盖件的设计与制造技术将直接影响汽车工业的发展。板料冲压成型是是汽车覆盖件的一项关键加工工艺，直接关系到汽车的品质，汽车覆盖件大都采用薄板冲压而成，钣金冲压过程中出现拉裂、回弹、起皱等缺陷，本文详细分析了产生这些缺陷的原因及影响因素，最后提出了一些解决冲压成型缺陷的意见。

关键词：冲压成型；缺陷；分析

前言：覆盖件作为汽车的主要组成部件，其设计、制造的速度对汽车工业的发展有着直接的影响作用。汽车覆盖件的重要生产方式之一即板料冲压成型，这是一种非常关键的制造技术，已广泛的应用于汽车、航空、电器等工业领域，尤其是在汽车制造中更为重要。本文对汽车覆盖件冲压成型过程中的出现的缺陷进行分析，有着重要的现实意义。

一、汽车覆盖件冲压成型过程中的典型缺陷分析

板材冲压成形过程可以被看作是板材经过塑性变形变为想要获得的形状的过程。板材成形过程包括成形材料选择、成形工序制定、模具设计制造、成形操作以及后续处理等，其中，比较关键的是成形工序的制定，包括弯曲、胀形、拉延和翻边等几道工序。由于板料尺寸、材料特性和环境条件使冲压成型过程的预测性和可重复性变得困难，一般要通过多次试验才能使成型工序与工艺参数确定出来。板材冲压成型过程中的任何一道工序都会直接影响到产品质量和价格。材质不当、模具形状不合适或加工失误，都容易产生成型件拉裂、回弹或起皱等形状不良问题。冲压成型是一个包含多种复杂物理现象的工艺过程，其设计和控制非常困难，这就是冲压成型过程常常产生许多缺陷而又难以纠正的原因。

（1）拉裂

拉裂是常见的一种深冲工艺缺陷，也是汽车覆盖件冲压成型过程中产生的三种主要缺陷之一。根据拉裂的不同程度，拉裂可以分为微观拉裂和宏观拉裂两种情况。微观拉裂指工件中出现的裂纹深度很浅，仅凭肉眼很难看清的裂纹，需要借助仪器才能看清的裂纹，其中部分材料已失效；宏观拉裂是指工件出现仅凭肉眼可看清的裂纹和断裂。宏观拉裂通常主要由薄板平面内的过度拉胀所造成，而微观拉裂则由单纯的拉胀引起，也可由单纯的弯曲引起，无论是微观拉裂还是宏观拉裂都是由于局部拉应变过大所致。对于单纯的弯曲件来说，拉裂相对容易避免一些，因为这时可用简单的办法较为准确地计算弯曲区的最大拉应变。而对于复杂的拉深件来说，用传统的方法很难准确地计算给定条件下材料的塑性流动情况，因而也就难以事先判别一道拉深工序是否产生拉裂缺陷。塑性拉裂一般是在两向拉应力下产生的，不能简单地用单向拉伸时得到的塑性指标来衡量材料的塑性变形能力，而需要用成型极限图来衡量材料的极限塑性变形。为了减少产生拉裂缺陷现象，必须降低拉裂区的拉应变值。要做到这一点，可通过改变法向接触力和切向摩擦力的分布，从而改变材料的流动状况，可采取调整压边力、改善润滑条件、增加辅助工序等方法。

在汽车覆盖件冲压生产中，可利用成型极限图分析出现拉裂问题的原因，根据变形情况制定合理的防止拉裂的技术对策。也可以用它来进行拉深模调试、选择合理毛坯，以及进行生产过程监控等。

（2）回弹

汽车覆盖件冲压成型是由弹性变形过渡到塑性变形的，在塑性变形中依然有弹性变形存在。当卸除外载时，覆盖件外层纤维因弹性恢复而缩短，内层纤维因弹性恢复而伸长，结果使覆盖件的曲率和角度发生显著的变化而与卸除外载之前不一致，从而引起回弹。汽车覆盖件冲压成型时产生回弹缺陷的原因十分复杂。从冲压成型的面外变位形成机制考虑有以下几个方面的原因：由于弹性回复线长差引起的曲率变化；由于不均匀的弹性回复力矩所产生的面外变形；由弹性回复时的膜应变引起的回弹。汽车覆盖件冲压成型过程中产生弹性回弹是不可避免的。究其根源都是成形应力分布不均所致；材料的屈服应力、模具间隙以及板料厚度是影响弹性回弹的主要因素。

（3）变薄

板材的拉伸会造成板材变薄，从工程实际情况来看，板材厚度允许减少4%～20%，但不得过多减少，否则会使零件的刚度大大削弱，并引起开裂。此外，金属的延展性及延伸率也会造成板材变薄。通过拉深筋设计参数的调整以及布置方案的优化，可以有效的控制板材变薄情况。值得注意的是，约束力不宜过大，否则会加剧板材变薄。板材变薄的控制是进行覆盖件模具设计的一个重要方面，一般来说，板材变薄越均匀，获得的冲压件质量就越好。

（4）起皱

起皱是汽车覆盖件冲压成型过程中经常出现的质量问题之一，也是控制难度比较大的质量问题。一般来说，汽车覆盖件冲压成型过程中出现的起皱可以分为压应力起皱、不均匀拉应力起皱和剪应力起皱等类型。不同类型的起皱，是在不同的直接受力状态下产生的，其产生部位也不同。一般来说，可以通过不同部位和受力状态来分析判断起皱的原因，从而制定针对性的技术措施。如：法兰面上的毛坯产生的起皱多是由于切向压应力过大引起的，可以通过加大压边力，或减小切向压应力的措施来解决；在凹模内部产生的起皱有的是由不均匀的拉应力引起的，有的是由剪应力引起的，往往要通过改变压料面土的进料阻力分布（如改变拉深筋的布置或高度变化等），以使起皱区内拉应力的分布相对均匀，或使起皱区内的剪应力减小，从而防止起皱的产生。

面畸变是指在汽车覆盖件表面上产生的很微小的局部凸凹（一般认为，局部凸凹的高度小于0.2mm时称为面畸变，大于0.2mm时称为起皱）。当这种面畸变出现在外覆盖件上则会对整车的外观产生很大的影响，尤其是轿车的外覆盖件是不允许出现面畸变的。面畸变与起皱只是程度上的区别，在形成机理、产生原因、影响因素及防止措施等方面基本相同。防止面畸变产生的手段就是要控制好面畸变产生区域在冲压成型中的贴模过程。起皱直接影响零件的精度和美观，也能削弱零件的强度和刚度。如果起皱发生在中间某道工序，还会影响下一道工序的正常进行。消除起皱的最直观的办法是增加起皱处的法向接触力，但在实际冲压成型中这样有可能会导致其它部位被拉裂，因此，消除汽车覆盖件的起皱也并不太容易，它同样要求能准确地预测材料的流动状况。

结语：通过汽车覆盖件的冲压成型中产生的典型缺陷分析，掌握汽车覆盖件冲压成型时的基本变形规律，取合理措施，应用先进、实用的工艺技术方法，生产出高质量的汽车覆盖件产品。需要进行更深入地研究更多问题，使之运用在批量生产阶段，改善覆盖件生产质量，降低成本，达到使用要求。

参考文献：

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