冲压件拉延产生皱纹分析

2014-10-10杜春艳黑龙江省哈尔滨市交通器材厂

锻造与冲压 2014年14期

文/杜春艳·黑龙江省哈尔滨市交通器材厂

冲压件拉延产生皱纹分析

文/杜春艳·黑龙江省哈尔滨市交通器材厂

黑龙江省哈尔滨市交通器材厂主要生产汽车零部件，很多零件都需要冲压拉延成形。由于零件在拉延时引起皱纹报废，由此使生产中断，严重影响产品的装配周期。针对这一薄弱环节，本文对冲压成形件拉延皱纹进行了分析和研究，从而避免冲压成形件拉延过程中产生的皱纹。

冲压成形是通过模具对板料施加复杂的外力，并使板料产生流动，这时板内则出现复杂的应力状态。板厚尺寸同其他尺寸相比非常小，薄板的厚度方向的不稳定是必然的。在成形过程中，当材料难以向理想曲面（包括冲模的光滑曲面）流动或板内维持理想曲面的应力状态不稳定时，就会产生皱纹。就薄板材料而言，总是向容易产生流动的方向流动，提高拉伸应力。已经产生皱纹的冲压件，不但尺寸和表面形状不好，而且还可能引起以后的断裂，或使后道工序的加工发生问题。

冲压件的形状各种各样，产生的皱纹形态、原因也各不相同，因此解决皱纹的办法也不同。通常情况下，解决皱纹的办法就是控制材料流动，即控制板内板厚方向的应力状态稳定，采取该办法，就要全面考虑各种因素，尤其是与开裂有关的问题。由于受零件形状等各种因素限制，所以解决它难度很大。本文主要讨论失稳皱纹和堆积皱纹。由板内应力所引起的皱纹叫失稳皱纹，该皱纹产生在毛坯的周边，在出现皱纹之前，材料不发生很大的位移和流动；堆积皱纹是不易贴模部件出现的皱纹，该皱纹是材料向形成皱纹的部位产生较大的流动形成的。

失稳皱纹

图1 四种外力

本文主要分析凹模洞口内产生的皱纹，并按其产生原因进行分类。

在研究复杂曲面的冲压件前，首先分析最简单的平板形状，在平面应力作用下，平板的板厚方向不稳定（失稳），是由于拉应力、压缩应力、剪应力中的负应力，即由于压缩成分的存在而引起的，引起这种应力状态的外力是有很大区别的，大致可分为压应力、剪切力、拉伸力不均匀、板内弯曲力四种情况，如图1所示。前三种皱纹较为常见，由于冲压成形时很少对材料施加板内弯曲力，所以该类皱纹不太常见。正是由于这些外力所引起的压应力，在平板板厚方向达到不稳定极限（失稳极限）时，因此便产生皱纹，并且皱纹的走向与压缩应力的方向垂直。除了压应力以外，还有其他应力成分作用引起的皱纹，其形状也不相同。

压应力

⑴侧壁产生皱纹。圆锥形件在拉延成形时，由于材料从凸缘部收缩并流入凹模，在圆周方向便产生了压应力。这个压应力在凹模圆角处最大（不包括凸缘部），向中心部的分布情况是逐渐减小。因此，以凹模圆角（材料离开凹模圆角的位置或当凹模圆角半径大时，在与圆角接触的部位也会产生皱纹）为中心产生皱纹，而后扩大到侧壁。

在冲压成形过程中，毛坯悬空（局部毛坯不与凸模或凹模接触）的情况很多，悬空状态下所产生的皱纹多半发生在侧壁。圆锥形制件的侧壁部、前挡泥板、球面等制件（图2）在冲压成形时最容易出现这种情况，这种皱纹与从凹模圆角流入的凸缘皱纹情况相似。由凸缘流入的皱纹一般很小。

⑵凸模底部产生皱纹。由压应力产生的皱纹，一般在成形结束时出现在凸模底部，产生在局部成形的凹下部位及曲率较大的内凹曲线的侧壁部。前者是因为材料流入局部成形的侧壁部造成的，后者是因为材料流入凹模曲线的侧壁部而造成的，这些都是由压缩力所引起的。由此可看出，这些皱纹与凸缘皱纹的产生原因相似，但是因延伸而引起的流入量少，所以和凸缘皱纹相比产生皱纹的情况较少。前者的皱纹只发生在局部成形凹处的拐角部，圆形局部成形不产生皱纹。

图2 侧壁产生皱纹的制件

图3 凸模底部产生皱纹

图4 中心支柱剪切力

前述的皱纹多半发生在整体后围窗口、外门后面板的把手和安装车牌的部位。后者的皱纹发生在中心支柱、正面护板上，如图3所示。

剪切力

平板在压应力和剪应力作用下，因剪切时的失稳极限应力比压缩时的极限应力高，所以和压缩时的情况比较不易产生皱纹。冲压成形时，产生拉延凸缘变形和翻边延伸凸缘变形的材料在向凹模洞口流入时，由于侧壁发生干涉，受很强剪切力的作用，侧壁若有斜度就会产生皱纹，这种皱纹产生在周围限制力弱的地方，如中心支柱等，常发生在T字形、L字形的侧壁，如图4所示。

拉力不均匀

平板受不均匀拉力作用时，在与拉力垂直的方向上产生压应力，这就是产生皱纹的原因。当拉力的不均匀程度较大时，也就是当局部承受不均匀的拉力时，很容易产生皱纹。这种皱纹产生在拉力最大的部位上，其走向与拉伸方向相同。在冲压成形时，凸模纵断面或横面形状复杂时，毛坯的局部就要承受不均匀的拉伸力。棱锥台拐角部的侧壁，深拉延成形的鞍形件的皱纹都是由不均匀拉力引起的，尤其是棱锥台拐角部的侧壁皱纹，由于材料收缩流入再加压应力的作用更容易产生（图5）。