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面畸变控制措施的实验研究 |
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作者：孙振忠 杨玉英 赵立红 |
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1 前言
汽车车身覆盖件表面质量指的是覆盖件外表面的质量，虽然不影响整车的使用性能，但却直接影响整车的外观。在当今的汽车生产中，随着对汽车覆盖件表面质量要求的不断提高，高强度钢板逐渐采用以及板料厚度的不断减薄，面畸变问题带来的质量问题十分突出。由此在覆盖件工艺及模具设计阶段需要采取抑制产生面畸变的设计，或者在模具调试阶段采取减少或消除面畸变的工程控制措施。日本的吉田清太（T.Yoshida）等通过实物实验研究了面畸变的评价指标、形成机制及工程控制方法，Lars Gunnarsson等研究了压边力变化对成形精度（回弹）和抗凹性的影响。由于汽车覆盖件本身的复杂性，不便于直接用来确定面畸变问题，一般是根据汽车覆盖件的成形特点建立模型实验的方法来确定面畸变问题，扁壳是汽车覆盖件的典型代表，如轿车顶盖、引擎盖、车门及行李舱盖等均具有扁壳的几何特征。因此，本文以柱面扁壳为模型，研究压边力、拉深筋、局部加压、改变压料面形状等工艺措施对面畸变的影响规律，对于促进面畸变定量控制及解决汽车覆盖件生产实验中的面畸变问题，将会起到有益的作用。
2 实验
2.1 实验材料
实验材料的机械性能见表1。表1 材料机械性能
 2.2 实验过程
矩形柱面扁壳是在专用模具和315t/400t双动薄板拉伸液压机上拉深成形的，该液压机可实现压边力的无级调节。通过试验，确定了零件顺利成形的毛坯形状为矩形（320mm×250mm），控制拉深深度在23mm左右，毛坯在冲压之前印制直径为φ2.5mm的网格，机油润滑。
压边力的选取为：保证零件不破的最大压边力Pmax和不皱的最小压边力Pmin及中间压边力。
凸模曲率半径900mm，长244mm，宽151.5mm，转角半径R20mm，凸模圆角半径R5mm。凹模圆角半径R5mm，分平均料面无拉深筋、平压料面有拉深筋、单曲压料面3种形式（拉深件如图1所示）。
局部加压是在凸模表面与板料之间放置垫片进行拉深，考察其对面畸变的影响，垫片厚度0.06mm，实验是分层放入。
3 结果和分析
为了进行矩形柱面扁壳面畸形研究，需对其面畸变进行测量，以Y轴不同位置为基准，沿柱面方向（X轴方向）测量。图2中的虚线为测量线，加点为测量线上离散的测量点。利用百分表沿测量线测量，测出离散测量点相对测量线中点（Y轴上的点）的高度值，用光滑曲线将其连接起来作为面畸变分布图（如图3所示）。将最大高度值作为面畸变评价指标。
图3为无筋平压料面拉深件畸变分布，面畸变形态为沿X轴方向呈M型分布。
图4为有筋平压料面拉深件畸变分布，柱面扁壳沿X轴方向面畸变呈M型分布，与无筋平压料面拉深件相比，畸变峰值位置发生改变，面畸变明显降低，扁壳最大畸变位置在Y=0mm附近。拉深筋明显增大了扁壳变形程度及变形的均匀性，一方面降低了凸、凹模圆角处及零件曲面部分的回弹；另一方面提高了柱面扁壳周边的约束刚度。因此，面畸变明显降低。
图5为平压料面，左端无筋，右端有筋，拉深件畸变分布，柱面扁壳畸变值沿X轴方向呈偏M型分布，面畸变的形态发生了改变，两个畸变峰值右移，无筋的左端值增高，有筋的右端峰值降低，这与图4中拉深筋对于减小面畸变及分布形态改变是一致的。
图6为无筋单曲压料面拉深件畸变分布，柱面扁壳沿X轴方向的畸变呈中间凸起的分布。各测量线上的畸变形态和畸变值基本一致，与平压料面无筋拉深件相比，畸变分布形态发生了改变，面畸变略有降低。单曲压料面形式使扁壳周边拉深深度趋于一致（见图1c），与平压料面比相对降低了成形时的最大深度，使应变程度减小，变形均匀性提高，曲面方向卸载回弹的均匀性提高；另一方面，单曲压料面形式使周边刚度约束显著提高，曲面方向回弹量降低，使得凸、凹模圆角区卸载回弹对底面形状精度的影响比曲面部分回弹影响显著，因此扁壳面畸变呈中间凸起的分布。单曲压料面使扁壳周边刚度约束较为一致，因此其Y轴不同位置沿X轴方向测量的面畸变程度较接近。 
图7为有筋平压料面拉深件局部加压畸变分布。在Y=0mm（中心轴）位置的板料和凸模之间加入垫片，随着垫片的增多畸变形态和数值发生改变。加入1层热片畸变降低，加入2层垫片面畸变降低明显，加放3、4层畸变增大，且形态发生显著变化。局部加压工艺的本质是利用局部变形对面畸变产生矫正作用。根据零件发生畸变的位置、畸变方向和程度，在板料与凸模或板料与凹模之间局部加入厚度可以调整的垫片，可明显改善畸变的分布形态，降低畸变值。
图8为因畸变与压边力之间的关系，面畸变随压边力的增加而减小。随压边力增大，扁壳成形时法兰区成形阻力增大，使扁壳曲面部分成形区张拉力增大，柱面扁壳形状不良程度和面畸变降低，可见增大压边力有利于减小面畸变。因此，在汽车覆盖件成形中，通过加大张力的办法来抑制面畸变，可以取得较好的效果。 
4 结论
1）柱面扁壳成形后在扁壳底面出现面畸变，面畸变沿柱面方向（X方向）呈M型分布。
2）压边力、拉深筋、压料面形式、局部加压等工艺措施，对面畸变分布形态及畸变程度有重要影响。
3）术面扁壳柱面方向的面畸变随压边力的增大、拉深筋的设置、压料面形状的改善而减小。成形时在适当的位置采用局部加压，可以明显的改善面畸变分布形态和减小畸变程度。(end)
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(3/10/2006) |
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