影響車身覆蓋件沖壓成形技術淺究

李陶勝 何莉 鄒燕

摘 要：未來汽車車身覆蓋件及覆蓋件模具制造領域將怎樣通過新技術革新來提高沖壓成形工藝合理性設計，以此減少對模具調試的工作量，縮短生產周期、降低工人的勞動強度，提高企業生產效能降低企業的生產成本。

關鍵詞：車身覆蓋件；沖壓成形；機械性能指標；拉深成形性能。

隨著汽車工業的迅速發展，未來汽車車身覆蓋件及覆蓋件模具制造領域將怎樣通過新技術革新來提高沖壓成形工藝合理性設計，以此減少對模具調試的工作量，縮短生產周期、降低工人的勞動強度，提高企業生產效能降低企業的生產成本，因此研究車身覆蓋件成形技術有著十分必要的現實意義。

1 通過實際生產和理論研究發現車身覆蓋件沖壓成形性能的好壞主要包括以下兩個方面

1.1 首先是成形極限

那么什么是身覆蓋件沖壓件成形極限？即能達到的車身覆蓋件最大程度上的變形度或者說在沖壓成形過程中的最多變形量稱之為成形極限。而影響成形極限的主要是車身覆蓋件材料本身的變形系數以及在沖壓過程中的工藝有著十分密切的聯系。如果是為了要提高車身覆蓋件的成形極限能力，則一定得提高材料的塑性變形能力，增強抗拉、抗壓強度。

1.2 其次是成形質量

車身覆蓋件表面特征在于沖壓件質量，其質量主要包括車身覆蓋件的沖壓成形尺寸形狀精度保證、厚度變化情況、表面質量是否光滑等，以及車身覆蓋件沖壓成形后材料本身的物理性能和機械性能兩個方面。

從另一方面來分析，車身覆蓋件材料本身的塑性變形和彈性變形并不是相互獨立的，而兩者之間是相輔相成的關系，不可能相互獨立存在。車身覆蓋件材料制作的尺寸和形狀精度都受到其材料的彈性變形的影響。所以，怎樣把握好彈性變形規律從而實現控制彈性變形量是非常重要的因數之一。

另外還有很多因素都會影響車身覆蓋件的表面質量，例如原材料的表面狀態、晶粒本身大小和模具對沖壓件表面的擦傷等等一系列因數。

2 車身覆蓋件沖壓性能試驗及材料特征值

研究車身覆蓋件沖壓性能及實驗方法，目的是可以超越目前市面上現有的技術而采用更簡便更實用的方法，做到快、精、準地對車身覆蓋件板料沖壓性能進一步認證和提高，以此可以確定板料生產部門的質量和使用部門之間的交接驗收標準，有利于生產、銷售、沖壓、使用、回收再利用的有效循環；還可以利用其性能進行分析和判斷沖壓過程中出現的與車身覆蓋件板料性能有關的一系列可能遇到的質量問題，對出現的問題我們要找出其出現問題的原因，列出解決問題出現的措施和解決問題的對策，同時還可以根據車身覆蓋件沖壓件的形狀特點和沖壓成形工藝對車身覆蓋件板材沖壓成型的諸多條件和要求，從而做出對車身覆蓋件原材料的種類與牌號的選取決定，因此為研究生產制造具有較高且能滿足沖壓性能的新型車身覆蓋件材料提供研究方向和鑒定方法。

車身覆蓋件板料沖壓性能的試驗方法多種多樣，一般通常情況下我們將其歸納并分為三種類型：即力學試驗、金屬學試驗和工藝試驗，通常我們把金屬學實驗也稱作間接試驗，工藝實驗也稱作直接實驗。通過以上各種試驗方法我們得到的車身覆蓋件材料特征值如下。

（1）力學試驗。①通過簡單的單向力學拉伸試驗我們得到以下試驗值，如：屈服點σx、抗拉強度σb、屈強比σx/σb、屈服伸長率δs、均勻伸長率 δu、總伸長率δ、均勻寬度應變u、斷口寬度應變、極限變形能力εf、硬化指數n與各向異性系數r值Δr等。②通過雙向力學拉伸試驗我們得到以下試驗值，如：硬化指數值、延性T值、各向異性系數x值等。

（2）金屬學試驗，它是用以確定金屬材料的硬度HR、表面粗糙度Ra、化學成分和晶粒度grain size等。

（3）工藝試驗，從根本上來說它是用以模擬實際生產中的沖壓成形工藝為方法，以此來測量出車身覆蓋件所對應的一系列相應的工藝參數。如：Swift的拉伸試驗測出極限拉深比LDR、TZP試驗測出對比拉深力的T值；Erichsen試驗測出極限脹形深度Er值；K·W·I擴孔試驗測出極限擴孔率λ；福井伸二的球底錐形件拉深試驗測出CCV值等。

3 對車身覆蓋件板料沖壓成形性能影響較大的機械性能指標有以下幾項

3.1 車身覆蓋件材料機械性能對車身覆蓋件板料沖壓成形的影響

（1）屈服點σs。

σs小，車身覆蓋件材料很容易屈服，成形后回彈率也微乎其微，非常小，因此該車身覆蓋件材料貼膜性和定形性能非常好。另外σs還影響車身覆蓋件零件表面粗糙度、硬度、晶粒度等質量。當車身覆蓋件的板料在拉伸時出現拉伸曲線停頓現象，在屈服階段會出現臺階狀結構，零件表面就出現不平整的現象，即車身覆蓋件板料表面的滑移痕跡。

（2）屈強比σs/σb。

σs/σb對車身覆蓋件板料成形性能有著至關重要的影響。一般情況下σs/σb比值越小，則σs與σb之間差值就會越大，表示車身覆蓋件的材料允許其塑性變形區間值就越大，說明該材料的極限變形程度也越高，可以減小工序次數縮短生產周期，提高生產效率。所以，材料的沖壓性能的好壞和σs/σb是成反比，直接影響車身覆蓋件質量的好壞。

（3）延伸率。

在做單向拉伸試驗的時候，我們技術人員必須要考慮均勻延伸率δu；和總延伸率δ，這兩者分別出現在頸縮之前和試樣拉斷之前。通常情況下，δu和δ與車身覆蓋件板料的塑性變形程度及抗破裂性是成正比的。試驗進一步表明，延伸率越大，擴孔性能和“拉深-脹形”復合成形性能也越好。

（4）硬化指數n。

n表示車身覆蓋件板料在塑性變形過程中的硬化程度。n值大，在塑性變形沖壓過程中車身覆蓋件板料局部變形程度增加就會使該處的變形抗力增大，從而可以彌補在該處因截面積減小而引起的承載力差的能力，可以阻止其局部集中應力變形的逐步發展。這一點對對于伸長類變形來說是有利的。

3.2 工藝參數對車身覆蓋件板料在沖壓成形實際生產中的影響

在工廠里沖壓成形的實際工序生產中，對車身覆蓋件板料的沖壓，采用不同的沖壓工藝參數對車身覆蓋件板料塑性成形后的產品質量有著至關重要的意義。采用優選的合理的沖壓成形工藝參數，可以提高彎曲、拉深、脹形、翻邊等塑性變形的均衡性，降低了對車身覆蓋件板料性能的要求，從而導致降低車身覆蓋件在沖壓成型工序中的生產成本。

3.3 車身覆蓋件板料在沖壓工序中工藝參數對其塑性成形的影響

（1）凸凹模圓角半徑。

凹凸模是車身覆蓋件沖壓成形中必不可少的工裝，而凸凹模各個過渡圓角半徑的大小將決定車身覆蓋件板料的拉延成功與否。車身覆蓋件板料拉延的缺陷中最為常見的就是起皺和拉裂這兩種。若凸模圓角和凹模圓角半徑過小時就會增大車身覆蓋件板料在沖壓成形中的拉延系數，使得車身覆蓋件板料在沖壓成形時增加其塑性變形的阻力，此時車身覆蓋件在沖壓過程中總的拉延力無形中就增大了，從而沖壓成形模具的使用壽命也隨之縮短。相反，凸模圓角和凹模圓角半徑過大時，盡管加大了車身覆蓋件板料在模具中的流動性，但是車身覆蓋件板件在沖壓成形過程中的壓邊劉會減小，導致車身覆蓋件表面很容易起皺和線痕現象的發生，由此看來，凸凹模圓角半徑大小直接影響車身覆蓋件板料變形、拉延等因素。

（2）坯料的大小。

當車身覆蓋件結構不對稱時，因此法蘭邊的大小將成為直接影響車身覆蓋件拉延質量的好壞。當法蘭邊過大時，拉應力毫無疑義就會增大，導致車身覆蓋件板料在加工過程中易于破裂；當法蘭邊較小時，拉應力也毫無疑問地隨之減小，導致車身覆蓋件板料的流動性增強，加工過程中易起皺。

（3）摩擦和潤滑。

摩擦力的大小由潤滑條件直接決定，因此潤滑的好壞將直接影響車身覆蓋件拉延的成功率。在車身覆蓋件板料的塑性成形生產過程中，板料表面每一個點和模具對應的每一個點之間的表面是相互直接接觸的，而在沖壓成形過程中兩者是相互運動并產生很大的摩擦力，而摩擦力的產生恰恰又增大了車身覆蓋件在沖壓成形生產過程中的拉應力，導致車身覆蓋件板料在沖壓過程中容易產生破裂或不均勻的表面現象。

（4）壓邊力。

在車身覆蓋件沖壓成形過程中壓力過大造成模具的損傷，導致模具壽命會降低，增加開模費用，反之壓力過小在產生過程中容易起皺，車身覆蓋件板料拉延成形質量也就會下降，影響車身覆蓋件的使用壽命。所以，在車身覆蓋件板料沖壓成形中，壓邊力過大或過小將直接影響車身覆蓋件成品質量的高低，它是控制車身覆蓋件板料在沖壓成形模具中流動的重要工藝參數之一。

（5）模具間隙。

在車身覆蓋件沖壓過程中如果凸凹模間隙調整不當，車身覆蓋件在沖壓成形時的質量會嚴重不良，有時甚至會產生比較嚴重的影響。故在調整模具間隙時，一定要考慮到其間隙大小是否合適。

4 車身覆蓋件板料成形工藝參數的控制措施

車身覆蓋件沖壓成形質量的好壞是受多個加工參數的影響，首先離不開模具的設計和制造本身的質量、其次是車身覆蓋件設計工藝參數、再者就是選擇車身覆蓋件板料質量等。

4.1 選擇合適的車身覆蓋件板料

車身覆蓋件板料的選擇是沖壓成形好壞的首要因數，對所選的板料要分析其在沖壓成形中的成形性能。

對于車身覆蓋件應以拉延變形為主，將重點放在板料的拉延成形性能上。不同的變形零件，選取不同的分析方法，以獲得最佳的板料的性能。

4.2 合理的工藝補充設計

盡管在車身覆蓋件沖壓拉延完成后，所述的工藝補充面不發揮任何作用，但是車身覆蓋件在拉延生產中，工藝補充面起到了至關重要的作用。因此為了提高車身覆蓋件板料的有效價值，而對于車身覆蓋件的工藝補充面能減小則盡量減小，當然在減小工藝補充面之前應考慮車身覆蓋件能否順利完成沖壓成形至關重要。同時車身覆蓋件板料的流動性的變形阻力也受凸凹模圓角大小的制約，凸凹模圓角大變形阻力低，材料易于沖壓成型及拉延，而圓角小則阻力大。壓邊力過大時，進料阻力明顯就會增加，這樣可以起到防止起皺缺項的發生，可提高車身覆蓋件板料拉延件的剛性；相反，進料阻力過小時，這樣就降低了抗起皺風險，但可提高抗破裂的能力。

4.3 進行合理的潤滑

在車身覆蓋件板料料與凹模接觸時，摩擦力較大，表面因磨損造成不良，在凹凸模與板料之間涂抹一層潤滑劑后，凹凸模與板料之間形成一層油膜，當板料與凹凸模相互運動時，板料與凹凸模不會直接相接觸，減小摩擦而增加了車身覆蓋件板料的流動性，減少產品破裂的幾率。

綜上所述，可以得知關于車身覆蓋件板料沖壓成形的研究，至今也是一個需要不斷完善補充的研究領域。