基于压力机切换下的汽车覆盖件拉深模着色差异性研究

模具交付到客户生产线后，基于机切在成形制件过程中差异性问题明显，压力异性研究深拉深制件成形性与成形裕度问题显著[1]，换下成形裕度不足主要影响深拉深及拉深走料较大的车覆制件，例如门内板、盖件侧围、拉深尾门内板等。色差拉深模零件型面着色降低明显（平均25%~45%）、基于机切制件评估分数下降约10%，压力异性研究导致主机厂对模具制造企业的换下技术实力评价降低，也造成了模具交付时间延长、车覆交付成本增加[2]。盖件针对拉深模交付到主机厂后压边圈与上模型面、拉深上模与凸模型面着色率降低的色差问题，展开原因分析、基于机切制定解决方案以及方案有效性验证等，在解决成形裕度、着色差异性的前提下，研究解决模具到达客户生产线后成形制件评估分数降低问题的方案。

1差异性研究途径

交付差异性主要包括型面着色差异、成形性差异、压力机压力差异和制件评估分数差异。其中，型面着色差异主要受压边圈与凹模、凹模与凸模着色影响，成形性差异主要是交付后出现的开裂和起皱[3]。在着色和成形性问题没有改善的情况下，交付后的生产线压力机差异也会对最终外覆盖件的面差、孔位产生影响，造成制件评估分数降低。首先通过建立“模具+压力机系统”理论分析模型对制件在厂内的成形过程进行仿真，并通过现场试验测定与仿真相对应的“压力机+模具”变形与成形压力曲线，得到的理论数据与现场试验结果对比论证，指导同1副模具在不同生产线压力机条件下的变形补偿策略，找到汽车覆盖件模具出厂差异性的最佳解决方案[4]，如图1所示。

图1拉深模着色差异性研究方法

通过建立的“模具+压力机系统”理论变形模型，以24000kN机械压力机为例，在有限元分析模型中计算15种类型的制件拉深模，成形力从50%到110%对行程限制器变形量的影响，统计结果如表1所示。

表1统计的制件类型及成形力数据(kN)

1.1模具压力机系统仿真分析

在“模具+压力机系统”中针对表1参数进行仿真分析，得到不同成形压力状态下的行程限制器变形量，再将成形力从50%~85%和85%~100%进行分段统计，统计的行程限制器变形量差值如图2所示。

图2行程限制器变形量差值

由图2可知，成形力在50%~85%变化时，行程限制器变形量差值在0.09~0.58mm，波动幅度较大；成形力在85%~100%变化时，行程限制器变形量差值在0.02~0.18mm，波动幅度较小。提出猜想：成形力在85%~100%时，成形到底前，成形力的变化与行程限制器变形量可以看成是线性或近似线性。以下进一步通过有限元分析进行验证，将仿真得到的行程限制器变形量进行统计，绘制各制件50%~100%成形力与行程限制器变形量的对应关系曲线，如图3所示。

图3成形力变化过程与有限元分析

从图3（a）可以看出，15种类型制件中行程限制器变形量与成形力的关系绝大多数呈线性关系，个别制件存在波动。但在实际冲压过程中，对制件成形影响最大的是上、下模成形到底前的瞬间，因此取成形力关系波动较大的前门内板（有框）为例，其仿真结果变化曲线如图3（b）所示，成形到底瞬间的成形力与行程限制器变形量近似线性关系。制件成形过程中成形力的变化是非线性，但是在成形到底前的瞬间，成形力的变化可以看成是线性，这是进行小变形分析的基础。

1.2行程限制器变形曲线现场测定

为了对比理论分析结果与模具现场状态下的成形情况是否吻合，在与理论仿真情况相同压力条件下对冲压过程中的模具行程限制器变形量进行现场测定，由于制件种类较多，以某车型翼子板、窗框、前门外板为例进行阐述，翼子板和前门外板属于典型制件，对2个制件再分别采用不同类别、不同压力的压力机进行测定，行程限制器变形量部分汇总数据如图4所示。

图4成形力与行程限制器间隙变形量对应关系

从图4可以看出，在不同成形力下，4个行程限制器的变形量差异较大，但是在100%成形力下变形量较小，这与仿真分析到底前变化趋势相符合。取4个行程限制器变形量的均值，绘制的成形力变化-行程限制器变形量曲线如图5所示。

图5压力变化-行程限制器间隙曲线

由图5可知，生产现场测定的压力变化与行程限制器间隙变形量呈现近似线性关系，这与模具变形仿真分析结果相吻合，同时也为后续通过调整行程限制器空开量，实现模具零件变形补偿提供了依据。

1.3成形力与型面着色率关系曲线现场测定

为了调整行程限制器空开量实现模具零件微变形补偿，将模具零件型面着色变化趋势与行程限制器变形量统一，测定拟合上述制件在生产现场的模具压边圈与凹模、凹模与凸模着色关系曲线，压边力与压边圈的着色关系如图6所示。

图6压边力与型面着色关系曲线

由图6可知，压边力在50%~80%时，压边圈着色率变化较大，着色率在30%~80%，波动幅度较大；压边力在80%~100%时，压边圈着色率变化较小，着色率在80%~90%，波动幅度较小。为了进一步验证型面着色率与成形力的关联性，测定并绘制上述制件凸、凹模、压料面着色率与成形力关系曲线，如图7所示。

图7着色率与成形力关系曲线

由图7可知，模具研配合格状态下，成形力在80%~100%时，凸、凹模型面着色及压料面着色率的波动在10%~15%。图3（b）和图7综合表明在成形力越接近理论要求时，凸、凹模成形到底前瞬间成形力与型面着色率呈近似线性关系，通过小变形补偿的方式减小因压力机切换而造成的拉深模型面和压料面的着色差异可行。

2小变形补偿策略解决型面着色差异方案

无特殊情况下，厂内调试的压力机选择与客户生产线顶杆布局相同的压力机进行调试[5]；若因特殊原因出现偏装调试，出厂前需要在压力机上确认并修复着色。压力机与模具安装状态信息传递及调试压力机安排：①编制项目技术总方案时，对客户生产线压力机的描述项增加机械压力机、液压压力机等类型的描述；②调试指导书中增加客户生产线模具偏装状态的描述；③在调试压力机排产时，根据技术总方案及调试指导书进行调试压力机安排。

2.1型面着色差异性解决方案

2.1.1解决措施

采用小成形力着色研配及着色检验，为模具到客户生产线后预留±20%的设备适配调整量。对于带行程限制器的拉深模，以100%成形力模具闭合时的行程限制器间隙为基础，抬高压力机闭合高度，使四角行程限制器间隙增大0.1mm，以此状态的主压力作为研配及着色检查的主压力。对于不带行程限制器的拉深模，以80%成形力调试确定的主压力为基准进行着色及着色检查。

2.2.2过程记录数据

着色研配到位后，记录80%、100%成形力状态下的凸模、凹模、制件的蓝油着色照片以及100%主压力对应的压力值。在此过程中，首先粗研合至确定调试主压力时进行主压力适配调整，确定变形补偿量对应的压力闭合高度（变形补偿量最大为0.1mm）。成形过程中若压力产生变化需重新适配调整直至精研结束，此时需记录0.1mm补偿状态下的着色，按照100%成形力将行程限制器调整成虚着色，再按照100%成形力出件并记录该状态下的着色。在研配过程中，依然保留现有研配方法中的通过加大主压力排除干涉区域的操作。

2.2交付后成形性问题解决方案

交付后成形性问题主要体现在成形裕度方面，表现形式为基准压力下不能成功出件或成形裕度浮动范围内不能成功出件。解决措施：厂内进行成形裕度适配时，记录基线压边力及上、下浮动的压边力数值，测量基线压力下成形后的材料流入量，并记录流入量数值；模具到达客户生产线后，在压料面着色恢复到位时，按照出厂前的基准压力进行成形裕度测试，对比分析拉深成形后材料流入量差异，以材料流入量为基准，重新校正基准压力，在校正后的基准压力基础上进行上、下极限的成形裕度测试，解决交付后的成形性问题。

3小变形补偿策略解决型面着色差异效果验证

通过小微变形补偿策略减小因压力机切换造成的拉深模零件型面和压料面的着色差异，对交付后的侧围、发动机盖、门内外板、翼子板、尾门内外板等制件成形模具进行研配调整，并比较各制件出件前后的着色情况，如图8所示。交付后成形性问题发生率统计如图9所示。

图8压力机切换试验前后着色率差异

（a）压料面着色差异（b）凸、凹模着色差异

图9交付后成形性问题发生率

从图8可以看出，相同模具进行压力机切换后，经过小微变形补偿方法适配行程限制器后，模具零件型面着色差异性除个别制件达到15%以外，均不超过10%，压料面着色平均差异性为7%，凸、凹模着色平均差异性为5%，差异性大幅降低。从图9可以看出，交付后的制件绝大多数成形性问题发生率在10%以下，平均发生率控制在5%以下。型面着色差异性和成形性问题发生率的大幅降低对模具交付后制件的稳定性、精度尺寸的提高产生积极效果。

▍原文作者：杨玉贵，周雪峰，刘探，刘壹帆