提高汽車覆蓋件剛度.docx

提高汽車覆蓋件剛度剛度是反映覆蓋件使用性能的一項(xiàng)重要指標(biāo).本文介紹了影響汽車覆蓋件剛度的主要因素和改進(jìn)對策,并從模具工藝結(jié)構(gòu)方面簡述了合理的模具設(shè)計(jì)對改善剛度的重要性. 剛度是反映覆蓋件使用性能的一項(xiàng)重要指標(biāo)。本文介紹了影響汽車覆蓋件剛度的主要因素和改進(jìn)對策，并從模具工藝結(jié)構(gòu)方面簡述了合理的模具設(shè)計(jì)對改善剛度的重要性。汽車覆蓋件屬于大型薄板沖壓件，保證其具有一定的剛度十分必要。若汽車車身覆蓋件的剛度不足，在汽車行駛過程中就會產(chǎn)生共振現(xiàn)象，產(chǎn)生很大的噪聲，容易引起駕駛員疲勞；此外，覆蓋件早期破壞對車身的安全性也有著重要影響。隨著超薄高強(qiáng)鋼板在車身上的應(yīng)用，汽車覆蓋件剛度問題越來越受到人們的重視。汽車車身外板等覆蓋件具有比較平緩的曲面，相對于板厚來說，其表面積非常大，當(dāng)有外力作用在這類零件表面上時(shí)，覆蓋件應(yīng)當(dāng)有一定的抵抗力。檢查覆蓋件剛度的傳統(tǒng)方法是敲打零件以分辨其不同部位聲音的異同，或用手按壓看其是否發(fā)生松弛和鼓動(dòng)現(xiàn)象。汽車生產(chǎn)廠家多采用物體施壓法（見圖1），具體方法是：取制件中心點(diǎn)；物體（采用20kg）擺放于制件的中心；物體上面放上指定重物，利用指定重物的自重給制件進(jìn)行施壓；施壓后，取測量變形后的面積大小對比制件的剛度和強(qiáng)度。影響覆蓋件剛度的因素1. 板厚和沖壓件曲率對剛度的影響板件的厚度越大，抗撓度就越大，覆蓋件的剛度就越強(qiáng)；覆蓋件的曲率半徑越大，其撓度越大，剛度越差。2. 材料性能對剛度的影響剛度問題基本上是彈性變形范圍內(nèi)的現(xiàn)象，與材料的屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度沒有直接關(guān)系。但實(shí)際上，由于屈服強(qiáng)度低的材料能使大曲率面覆蓋件的形狀凍結(jié)性提高，得到曲率半徑更小的覆蓋件。因此，材料的屈服強(qiáng)度越低則彈復(fù)量越小，產(chǎn)生相同的撓度所需的力度就越大，說明覆蓋件的剛度越強(qiáng)。3其他影響因素其他影響因素包括覆蓋件的結(jié)構(gòu)形狀、毛坯在沖壓過程中產(chǎn)生的塑性變形程度等。從沖壓工藝上來講，覆蓋件剛度產(chǎn)生的根本原因?yàn)椋豪觳怀浞?，大部分區(qū)域所產(chǎn)生的塑性變形很小。如機(jī)艙外板、門外板和頂蓋等制件的主要部位相對比較平坦，整個(gè)拉伸件深度較淺，制件成形時(shí)凸模表面與毛坯以大面積接觸；由于平面上的拉應(yīng)力很低，材料得不到充分的塑性變形，甚至有時(shí)只產(chǎn)生彈性變形，這對增強(qiáng)制件的剛度十分不利，易造成與數(shù)據(jù)不符的不同程度的型面起伏。因此，為保證制件成形后有足夠的剛度，必須對制件的最小變形進(jìn)行必要控制，一般要求最小變薄率為3%及以上。提升覆蓋件剛度的措施為了提高覆蓋件剛度，可以從以下幾方面采取措施：1. 增加毛坯在沖壓過程中產(chǎn)生的塑性變形程度。在形狀結(jié)構(gòu)尺寸都不變的情況下，其塑性變形越大，剛度越好。（1）材料的選擇 在保證制件質(zhì)量、提高材料利用率以及降低制件成本等的前提下，考慮盡可能選用以下材料：屈服強(qiáng)度低的材料；剛度系數(shù)K值大的材料，即彈性模數(shù)E值大的材料。（2）優(yōu)化工藝補(bǔ)充面 工藝補(bǔ)充面是拉伸不可缺少的組成部分，它既是實(shí)現(xiàn)拉伸的條件，又是增加變形程度和提高制件剛度的必要補(bǔ)充。在保證外覆蓋件不出現(xiàn)起皺、開裂和滑移線等外觀質(zhì)量問題后，還要盡量地提高剛度。如圖2所示，這種“余肉”造型可增加材料流動(dòng)阻力，增大坯料的塑性變形量，可有效提高覆蓋件內(nèi)部剛度。（3）拉深筋（檻）的優(yōu)化在模具設(shè)計(jì)中設(shè)計(jì)拉深筋、拉深檻等，這些措施都有利于增加毛坯的塑性變形，增大脹形成分的比例，提高沖壓件的剛度。壓料面上的毛坯在通過圓形拉深筋時(shí)，每經(jīng)過一個(gè)拉深筋槽的圓角，就要產(chǎn)生一次彎曲和反彎曲；毛坯在通過矩形拉深筋時(shí)，還要在拉深筋的兩個(gè)圓角處產(chǎn)生彎曲和反彎曲。彎曲變形使毛坯受到更大的壓力，通過拉深筋時(shí)所必須克服的摩擦力增加，它對拉深筋外部的毛坯來說是一種變形和流動(dòng)阻力，同時(shí)又是作用在拉深筋以內(nèi)的毛坯上的附加拉力。汽車覆蓋件中大平面形狀零件的成形，其形狀性不好（回彈及拉深剛度不好），但使用拉深筋后可以收到很好的效果。改善形狀性的主要原因除凸模成形時(shí)筋的附加拉力外，還有壓邊時(shí)的預(yù)拉深效果。由于筋的形成基本上是脹形成形，故在壓筋時(shí)毛坯內(nèi)產(chǎn)生了一定的預(yù)拉深變形，壓筋時(shí)毛坯的拉深變形量雖小，但其應(yīng)力有時(shí)可達(dá)到屈服點(diǎn)的30%左右。所以，在凸模成形的最初階段，就可使拉深件整個(gè)進(jìn)入屈服狀態(tài)，使拉深件在成形過程中獲得充分的塑性變形，因而可以減少回彈，提高拉深件的剛度。進(jìn)一步提高覆蓋件的剛度，可將拉延筋由圓形改成方形，控制拉延筋以外的板料流動(dòng)，增加拉延時(shí)板料延伸率以提高張力，如圖3所示。（4）提高模具形面研合率模具質(zhì)量直接決定制件的質(zhì)量，而模具研合率是影響外覆蓋件表面質(zhì)量的重要因素。模具形面著色率不足，往往會造成拉伸成形時(shí)壓不死料，局部塑形變形不充分引起剛度不足。主機(jī)廠對于覆蓋件模具驗(yàn)收，常以研合率作為驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)，為了就是盡量優(yōu)化模具質(zhì)量，減少制件表面問題。（5）其他措施 如增加板料的規(guī)格尺寸、增加壓邊力等。2. 在進(jìn)行覆蓋件設(shè)計(jì)時(shí)，就要考慮到覆蓋件的剛度問題。表面上有筋條、凸起等形狀的覆蓋件，其斷面形狀慣性矩增加，受外力時(shí)的抗彎能力就會增強(qiáng)，覆蓋件的剛度越大。3. 設(shè)計(jì)沖壓拉深件時(shí)，適當(dāng)增加一些淺拉深件的深度，使其變?yōu)檩^深的拉深件。如圖4所示，拉深件增加有一部分直壁（A-B段，一般取1020mm），就可以使凹模內(nèi)部的毛坯在成形的最后階段受到較大的拉力，拉力的增加使凹模內(nèi)部的毛坯增加了塑性變形量，拉深件的剛度增加。通過模具設(shè)計(jì)改善剛度下面介紹幾個(gè)通過新型模具結(jié)構(gòu)提升材料的塑性變形，從而改善沖壓件剛度的應(yīng)用實(shí)例。1. 波浪筋的采用如圖5所示，壓料筋鎖料面積的增加有助于板件在成形時(shí)，材料不至于流入，可使材料在成形引張時(shí)，超越其材料的屈服強(qiáng)度，使板件的引力和強(qiáng)度達(dá)到一定的目標(biāo)狀態(tài)。2. 凹模分體式模具結(jié)構(gòu)的采用試模時(shí)若發(fā)現(xiàn)零件的剛度不足，適當(dāng)增加凹模芯墊塊的高度以調(diào)深凹模芯在凹模座中的相對高度，實(shí)現(xiàn)拉延深度的調(diào)整，提高板件剛度。如圖6所示，該新型結(jié)構(gòu)由于凹模型芯采用單獨(dú)式結(jié)構(gòu)，調(diào)整快捷，結(jié)構(gòu)相對簡單，使用方便，具有很好的實(shí)用價(jià)值。圖7所示為某一頂蓋采用兩種不同拉深模面方案的分析模擬對比。從圖7a的模擬結(jié)果來看，頂蓋變薄率基本都在3%以上，但中部變形不充分。從圖7b的模擬結(jié)果來看，頂蓋變薄率基本都在4%左右，且中部變形也顯得基本充分。由此可以明顯看出，通過調(diào)整拉深深度可以顯著提高其覆蓋件的剛度。3.多功能壓邊圈拉深模具的使用如圖8所示，多功能壓邊圈拉深模具的特點(diǎn)是：模具包括上模和下模；壓料板位于上模和下模座之間；動(dòng)力結(jié)構(gòu)驅(qū)動(dòng)上模遠(yuǎn)離或靠近下模；壓料板上設(shè)置有用于夾緊固定待成形板材的夾緊單元；所述的壓料板旁側(cè)設(shè)置有側(cè)向移動(dòng)單元。該側(cè)向移動(dòng)單元驅(qū)動(dòng)壓料板沿水平方向遠(yuǎn)離下模模芯，夾緊單元將待成形板材可靠地固定在壓料板上，側(cè)向移動(dòng)單元帶動(dòng)壓料板沿水平方向拉深待成形板材，實(shí)現(xiàn)待成形板材的一次拉深變形；然后上模向下運(yùn)動(dòng)與下模模芯接觸擠壓待成形板材；待成形板材發(fā)生二次變形，兩次拉深變形的疊加使待成形板材具有足夠的伸展幅度，從而保證得到的產(chǎn)品具有足夠的強(qiáng)度。另外，試模過程中如發(fā)現(xiàn)剛度不足，還可以改變楔形塊的高度（增加墊片）來實(shí)現(xiàn)待成形板材的一次拉深變形程度，增加板材的塑性變形以提高板件的剛度。圖9所示為對某一種頂蓋采用傳統(tǒng)壓邊圈與多功能壓邊圈的模擬分析。通過對照可以看出：采用多功能壓邊圈在凸模和凹模接觸開始拉延之前，壓邊圈對制件就有2.5%的預(yù)拉伸；同時(shí)拉伸后拉伸