论汽车冲压件成型一致性

摘　要：冲压件成型一致性指的是冲压类产品从平板毛坯料通过成型模具的压制后，产品形状及尺寸保持在一个稳定的公差范围内。以保证其批量生产的稳定性

关键词：汽车冲压件 成型 设计 控制 稳定性

　　随着汽车工业的不断发展，汽车行业间的竞争不再是简单的价格战，品牌之间的竞争也是愈演愈烈，而支撑汽车品牌最基础的部分是产品的质量。冲压件占整车零部件65%以上，因而，对研究冲压件成型一致性从而保证产品质量上尤为重要。
　　冲压件成型一致性指的是冲压类产品从平板毛坯料通过成型模具的压制后，产品形状及尺寸保持在一个稳定的公差范围内。
　　冲压件如何保持在一个稳定的尺寸公差，我主要从以下几个方面进行探讨。
　　产品结构的设计
　　在产品设计初期，在考虑产品使用性能、寿命、成本的同时，还要考虑其可制造性及其制造的稳定性。冲压件的生产是一种大批量的生产方式，在设计之初，要充分考虑其可成型性及成型的稳定性，以保证其批量生产的稳定性。通过对产品结构及产品尺寸要求进行分析可以发现， 要在大批量生产时保证产品开口40尺寸非常困难，因为大家都知道，弯曲同任何塑性变形一样有弹性变形, 外载荷去除后，由于应力释放，板料产生弹性恢复, 其形状和尺寸都发生与外加载时变形方向相反的变化, 使弯曲件的几何精度受到损害, 成为弯曲件生产中不易解决的问题。因此在遇到此类产品时，在不影响产品使用的前提下，我们可以通过改变产品结构来提升产品刚度，从而达到产品稳定性的要求。通过在产品底面上加强筋， 通过加强筋充分的塑性变形，从而抑制制件开口回弹；另外，通过减小制件成型底部“R”角，增加冲压成型过程中塑性变形程度，也可以抑制制件开口回弹，从而达到制件成型稳定性的要求。因此，在产品设计阶段充分考虑产品可制造性及稳定性是非常有必要的。
　　1.产品的选材及进货板材的控制
　　在板材材质方面，同样对冲压件的成型一致性上产生极大地影响。从事冲压行业方面，我们都知道，冲压成型时，材料的机械性能，回弹角与材料的屈服点Rs成正比, 和弹性模数 E 成反比。因此，在产品设计之初，在保证产品使用强度的前提下，优先选用材料的屈服点比较低的材料，使产品的成型后得到充分的塑性变形，从而使产品形状尺寸保持在一个稳定的范围。从原材料的一致性上，要从货源上进行严格控制，不能经意更换供应商，若必须更换，须有公司相关部门进行评估考核，合格后方可采购该供应商的材料；定期对供应商进行考察，确保其生产的每一个批次的板材也都是合格稳定的；每一个批次的供货，都必须有供应商的合格检验报告；公司品质部门也要对每个批次的板材材质进行抽查复检，留有相应的检验记录，并将材质性能波动情况如实的反馈给技术部门及制造部门，使得这些相关部门在长期使用后，对材质性能范围做一个更细致的要求。如某产品材质牌号为WL440（其国家标准屈服强度在440~540MPa），经过长期使用发现，当板材屈服强度超过500MPa时，制件在成型时经常出现不稳定的拉薄、拉裂现象。因此，在此产品的材质使用性能上，我们就提出了特别的要求。
　　2.合理的冲压工艺及模具结构
　　合理的冲压工艺是保持产品一致性的重要保证，包括选用合理的冲压工序、冲压方向、工艺补偿、成型压力及分模线等。简单对左侧图示进行冲压工艺分析，制件周边翻边高度公差要求严格，否则将影响后序上、下壳体的合焊。原冲压工艺方案为了减少模具的投入，降低成本，冲压工艺采用  落冲——成型——切边冲孔，但模具投入生产后，由于制件成型走料不稳定，造成制件周边翻边高度偏差大，制件产生扭曲变形，造成上、下壳体对拼后周边间隙非常大。为了解决这些问题，重新对制件进行工艺调整，将原工艺改为落冲——拉延——修边——翻边——切边冲孔  采用此方案后，制件成型一致性得到提高，翻边高度公差保持在0.5mm以内，同时也解决了制件扭曲现象，保证制件焊接间隙在1mm范围内，通过大批量生产验证，此工艺方案有效保证了产品的一致性。模具结构对产品一致性也有非常重要的影响，如成型定位合理性、对工作型面作特殊处理（如DT处理等）、选用合适的拉延筋及结构等。以拉延筋的作用为例，在拉伸成形过程中，产品的成形需要具备一定大小、且沿固定周边适当分布的拉力，这种拉力来自冲压设备的作用力、边缘部分材料的变形阻力，以及压边圈面上的流动阻力。而流动阻力的产生，如果仅仅是依靠压边力的作用，则模具和材料之间的摩擦力是不够的。为此，还须在压边圈上设置能产生较大阻力的拉伸筋，以增加进料的阻力，从而使材料产生较大的塑性变形，以满足材料的塑性变形和塑性流动的要求。同时，通过改变拉伸筋阻力的大小与分布，并控制材料向模具内流动的速度和进料量，实现对拉伸件各变形区域内的拉力及其分布状况的有效调节，从而防止拉伸成形时产品的破裂、起皱，以及变形等品质问题。由上可见，在制定冲压工艺和模具设计过程中，必须考虑拉伸阻力的大小，根据压边力的变化范围来布置拉伸筋并确定拉伸筋的形式，使各变形区域按需要的变形方式和变形程度完成成形。
冲压设备参数的选用
　　在进行冲压成型或拉延时，一定保证稳定的压边力，即设备底缸压力的稳定性。此参数一方面通过软件进行预算，在实际生产时，进行不断的生产验证，得到一组适合的参数，并进行固化。以图示3为例。

为了分析设备压力对制件开口的影响，在进行产品开口尺寸进行数据统计时，针对同一个批次的板材，用同一套模具在200T液压机对制件进行压制，根据不同的设备压力各压制10个制件并进行检测，检验数据见以下图表：

                    
　　通过对参数设定及数据统计结果，第三组的数据满足产品尺寸要求。通过此数据，进行多个批次的批量生产验证，产品基本稳定在尺寸公差范围。
　　进行标准化作业及标准化流程
　　针对作业者，制定严格的标准化作业，规范作业者的各个活动，保证不同的作业者对同一个工位，每一个动作都是一致的。同时，经常对作业者的动作进行观察，不断进行完善。 从系统上制定标准化流程，规范保证产品质量稳定性一系列的活动，如作业者的领料规范、模具使用规范、模具使用过程注意事项、对首件及尾件数据管理、模具的维护保养规范等。
　　数据统计分析
　　对产品关键控制尺寸进行统计，分析其变化趋势，并进行原因分析，对变化点进行控制，从而对产品质量进行预防控制。冲压件成型的一致性不是纯碎某一个因素造成的，影响其可能会是人、机、料、法、环、测等方面。因此，我们要不断统计造成产品不稳定的各个因素，以及每一次处理方法，从而形成一个系统的问题库，而不断从事后处理变成预防控制。
　　综上各种影响产品一致性的因素，我们要对每一个出现的问题进行深究，从系统上去分析解决，建立完善的问题处理机制，真正实现冲压件成型的一致性。