塑膠模具：面畸變控制措施的實(shí)驗(yàn)研究

1、塑膠模具：面畸變控制措施的實(shí)驗(yàn)研究塑膠模具：面畸變控制措施的實(shí)驗(yàn)研究 內(nèi)容摘要:在當(dāng)今的汽車生產(chǎn)中，隨著對汽車覆蓋件表面質(zhì)量要求的不斷提高，高強(qiáng)度鋼板逐漸采用以及板料厚度的不斷減薄，面畸變問題帶來的質(zhì)量問題十分突出。由此在覆蓋件工藝及模具設(shè)計(jì)階段需要采取抑制產(chǎn)生面畸變的設(shè)計(jì)，或者在模具調(diào)試階段采取減少或消除面畸變的工程控制措施。日本的吉田清太（T.Yoshida）等通過實(shí)物實(shí)驗(yàn)研究了面畸變的評價(jià)指標(biāo)、形成機(jī)制及工程控制方法，Lars Gunnarsson 等研究了壓邊力變化對成形精度（回彈）和抗凹性的影響。由于汽車覆蓋件本身的復(fù)雜性，不便于直接用來確定面畸變問題，一般是根據(jù)汽車覆蓋件的成形特點(diǎn)

2、建立模型實(shí)驗(yàn)的方法來確定面畸變問題，扁殼是汽車覆蓋件的典型代表，如轎車頂蓋、引擎蓋、車門及行李艙蓋等均具有扁殼的幾何特征。 1 前言 汽車車身覆蓋件表面質(zhì)量指的是覆蓋件外表面的質(zhì)量，雖然不影響整車的使用性能，但卻直接影響整車的外觀。在當(dāng)今的汽車生產(chǎn)中，隨著對汽車覆蓋件表面質(zhì)量要求的不斷提高，高強(qiáng)度鋼板逐漸采用以及板料厚度的不斷減薄，面畸變問題帶來的質(zhì)量問題十分突出。由此在覆蓋件工藝及模具設(shè)計(jì)階段需要采取抑制產(chǎn)生面畸變的設(shè)計(jì)，或者在模具調(diào)試階段采取減少或消除面畸變的工程控制措施。日本的吉田清太（T.Yoshida）等通過實(shí)物實(shí)驗(yàn)研究了面畸變的評價(jià)指標(biāo)、形成機(jī)制及工程控制方法，Lars Gunna

3、rsson 等研究了壓邊力變化對成形精度（回彈）和抗凹性的影響。由于汽車覆蓋件本身的復(fù)雜性，不便于直接用來確定面畸變問題，一般是根據(jù)汽車覆蓋件的成形特點(diǎn)建立模型實(shí)驗(yàn)的方法來確定面畸變問題，扁殼是汽車覆蓋件的典型代表，如轎車頂蓋、引擎蓋、車門及行李艙蓋等均具有扁殼的幾何特征。因此，本文以柱面扁殼為模型，研究壓邊力、拉深筋、局部加壓、改變壓料面形狀等工藝措施對面畸變的影響規(guī)律，對于促進(jìn)面畸變定量控制及解決汽車覆蓋件生產(chǎn)實(shí)驗(yàn)中的面畸變問題，將會起到有益的作用。 2 實(shí)驗(yàn) 2.1 實(shí)驗(yàn)材料 實(shí)驗(yàn)材料的機(jī)械性能見表 1。 表 1 材料機(jī)械性能 2.2 實(shí)驗(yàn)過程 矩形柱面扁殼是在專用模具和 315t/40

4、0t 雙動薄板拉伸液壓機(jī)上拉深成形的，該液壓機(jī)可實(shí)現(xiàn)壓邊力的無級調(diào)節(jié)。通過試驗(yàn)，確定了零件順利成形的毛坯形狀為矩形（320mm250mm），控制拉深深度在 23mm 左右，毛坯在沖壓之前印制直徑為 2.5mm 的網(wǎng)格，機(jī)油潤滑。 壓邊力的選取為：保證零件不破的最大壓邊力 Pmax 和不皺的最小壓邊力 Pmin 及中間壓邊力。 凸模曲率半徑 900mm，長 244mm，寬 151.5mm，轉(zhuǎn)角半徑 R20mm，凸模圓角半徑 R5mm。凹模圓角半徑 R5mm，分平均料面無拉深筋、平壓料面有拉深筋、單曲壓料面 3 種形式（拉深件如圖 1 所示）。 局部加壓是在凸模表面與板料之間放置墊片進(jìn)行拉深，考察

5、其對面畸變的影響，墊片厚度0.06mm，實(shí)驗(yàn)是分層放入。 3 結(jié)果和分析 為了進(jìn)行矩形柱面扁殼面畸形研究，需對其面畸變進(jìn)行測量，以 Y 軸不同位置為基準(zhǔn)，沿柱面方向（X 軸方向）測量。圖 2 中的虛線為測量線，加點(diǎn)為測量線上離散的測量點(diǎn)。利用百分表沿測量線測量，測出離散測量點(diǎn)相對測量線中點(diǎn)（Y 軸上的點(diǎn)）的高度值，用光滑曲線將其連接起來作為面畸變分布圖（如圖 3 所示）。將最大高度值作為面畸變評價(jià)指標(biāo)。 圖 3 為無筋平壓料面拉深件畸變分布，面畸變形態(tài)為沿 X 軸方向呈 M 型分布。 圖 4 為有筋平壓料面拉深件畸變分布，柱面扁殼沿 X 軸方向面畸變呈 M 型分布，與無筋平壓料面拉深件相比，畸

6、變峰值位置發(fā)生改變，面畸變明顯降低，扁殼最大畸變位置在Y=0mm 附近。拉深筋明顯增大了扁殼變形程度及變形的均勻性，一方面降低了凸、凹模圓角處及零件曲面部分的回彈；另一方面提高了柱面扁殼周邊的約束剛度。因此，面畸變明顯降低。 圖 5 為平壓料面，左端無筋，右端有筋，拉深件畸變分布，柱面扁殼畸變值沿 X 軸方向呈偏 M 型分布，面畸變的形態(tài)發(fā)生了改變，兩個畸變峰值右移，無筋的左端值增高，有筋的右端峰值降低，這與圖 4 中拉深筋對于減小面畸變及分布形態(tài)改變是一致的。 圖 6 為無筋單曲壓料面拉深件畸變分布，柱面扁殼沿 X 軸方向的畸變呈中間凸起的分布。各測量線上的畸變形態(tài)和畸變值基本一致，與平壓料

7、面無筋拉深件相比，畸變分布形態(tài)發(fā)生了改變，面畸變略有降低。單曲壓料面形式使扁殼周邊拉深深度趨于一致（見圖 1c），與平壓料面比相對降低了成形時(shí)的最大深度，使應(yīng)變程度減小，變形均勻性提高，曲面方向卸載回彈的均勻性提高；另一方面，單曲壓料面形式使周邊剛度約束顯著提高，曲面方向回彈量降低，使得凸、凹模圓角區(qū)卸載回彈對底面形狀精度的影響比曲面部分回彈影響顯著，因此扁殼面畸變呈中間凸起的分布。單曲壓料面使扁殼周邊剛度約束較為一致，因此其 Y 軸不同位置沿 X 軸方向測量的面畸變程度較接近。 圖 7 為有筋平壓料面拉深件局部加壓畸變分布。在 Y=0mm（中心軸）位置的板料和凸模之間加入墊片，隨著墊片的增多

8、畸變形態(tài)和數(shù)值發(fā)生改變。加入 1 層熱片畸變降低，加入 2層墊片面畸變降低明顯，加放 3、4 層畸變增大，且形態(tài)發(fā)生顯著變化。局部加壓工藝的本質(zhì)是利用局部變形對面畸變產(chǎn)生矯正作用。根據(jù)零件發(fā)生畸變的位置、畸變方向和程度，在板料與凸模或板料與凹模之間局部加入厚度可以調(diào)整的墊片，可明顯改善畸變的分布形態(tài)，降低畸變值。 圖 8 為因畸變與壓邊力之間的關(guān)系，面畸變隨壓邊力的增加而減小。隨壓邊力增大，扁殼成形時(shí)法蘭區(qū)成形阻力增大，使扁殼曲面部分成形區(qū)張拉力增大，柱面扁殼形狀不良程度和面畸變降低，可見增大壓邊力有利于減小面畸變。因此，在汽車覆蓋件成形中，通過加大張力的辦法來抑制面畸變，可以取得較好的效果。 4 結(jié)論 1）柱面扁殼成形后在扁殼底面出現(xiàn)面畸變，面畸變沿柱面方向（X 方向）呈 M 型分布