比亚迪汽车：深V形零件拉深稳定性改善分析

1　深V形零件结构

某车型左/右后轮罩连接板前段属于深V形零件，如图1所示，材料为B280VK，料厚为1.2mm，V形高度为165mm。

2　初始拉深工艺方案

2.1　工艺方案CAE分析

左/右后轮罩连接板前段的初始拉深工艺方案如图2所示，采用开口拉深，凸模轮廓比较平直且相对侧平行。该拉深方案采用AutoForm软件进行分析，压边圈设置如图3所示，通常采用压边力控制（forcecon⁃trolled），压边力为500kN；分析结果如图4所示，分析过程中有波浪缺陷产生，拉深到底后坯料收缩线都在内筋外侧5~10mm，开裂分析满足要求。

2.2　工艺方案实际效果

该拉深方案现场成形的零件结果较差，主要存在以下问题。

（1）成形过程中，拉深模的压边圈、上模压料面及凹模口圆角处拉伤、发热严重。

（2）拉深件非开口的两侧材料流入量不稳定，经常会发生跑偏现象，严重时一侧材料会流入凸模，另一侧材料流动较少，如图5所示，造成零件报废或尺寸不稳定。

（3）由于小型压力机没有闭锁功能，压边圈回程上升到初始位置时拉深零件位置窜动，影响机械手取件。

（4）零件在实际量产时，采用降低拉深生产节拍方式，单机节拍为12次/min、连线生产节拍为8次/min时，才能改善材料跑偏和零件窜动问题，但零件报废率达到5%。

2.3　拉深方案产生问题的原因分析

深V形零件采用开口拉深时，非开口的两侧由于材料流入量大（超过50mm），压料面处材料在进料过程中，上模和压边圈采用一定压边力抑制材料流动，造成压料面磨损严重，压边圈、上模压料面及凹模口圆角处拉伤、发热严重。

在冲压过程中，模具零件拉伤、发热会引起上模和压料面处间隙变化，影响材料流入量，因此深拉深零件在实际量产时会把压边圈与上模座之间的平衡块加垫片垫高0.05~0.1mm，保证上、下压料面之间的间隙为料厚t+（0.05~0.1）mm，以保证稳定生产。

前期CAE分析中压边圈采用压边力控制方式，上、下压料面一直压紧材料，跟实际调试及生产不一致，会造成后期生产两侧材料流入量不稳定，零件报废率高。图6所示为压边圈采用间隙控制（gapcontrolled）设置方式，其CAE验证结果如图7所示，材料跑偏严重，一侧材料在双筋外，一侧材料已经流入凸模，与实际量产问题一致。

该零件拉深材料流入量较大，开口拉深的一侧采用单拉深筋，另一侧采用双拉深筋，每次冲压时，若拉深筋间隙或顶杆状态稍有偏差则会造成进料时材料跑偏。因采用开口拉深，零件易产生回弹，且拉深到底后留在压料面上的材料较少，拉深结束后压边圈回程顶起时会导致零件位置不稳；另外，该生产线压力机设备没有闭锁功能，压边圈上升到初始位置时会有晃动，这2个原因都会造成拉深零件位置窜动，影响机械手取件。

3　拉深工艺方案改进

3.1　工艺优化

新项目对该左/右后轮罩连接板前段相似零件进行了工艺、结构及CAE分析改进，改进后的拉深工艺方案如图8所示，仍然采用开口拉深。凸模轮廓在开口拉深靠近两端处，设计成内收弧形，使进料困难，以改善进料窜动，凸模轮廓内收还可以增加拉深成形的充分性。

增加拉深到底后压边圈上的板料区域，保证压边圈顶起后加大拉深零件的支撑区，改善压边圈回程顶起后拉深件位置的稳定性。因为材料流入量较大，两侧都在50mm以上，故两侧拉深筋都设计双筋，相对侧尽量避免一侧单筋、另一侧双筋的布置。

3.2CAE分析优化

前期CAE分析中压边圈采用压边力控制、间隙控制2种方式进行分析，设置恒定压边力500kN，间隙设置为0.1mm；分析比较结果如图9所示，同样坯料尺寸的条件下，间隙控制的流入量比压边力控制的单侧大10mm以上。为保证后期量产稳定，零件采用间隙控制方式，间隙控制的材料尺寸比压力控制的材料尺寸加大25mm（前侧加大约10mm，后侧加大约15mm），并加高两侧拉深筋，保证采用间隙控制结果与采用压边力控制结果的两侧材料流入量总和、成形起皱变薄等指标都接近一致。拉深到底时，材料收缩线收缩最多处应在第2条筋的中心线上，将这2种接近的结果进行材料窜动稳健性分析、凹模磨损分析、发热分析。

（1）材料窜动稳健性分析设置及结果对比如图10、图11所示，只进行材料Y向前后窜动5mm的稳健性分析，采用间隙控制的材料流入量差距更小、更稳定。

（2）拉深凹模磨损分析结果对比如图12所示，分析时软件设定模具使用寿命50万次，生产节拍为12次/min，模具材料采用PPD处理的合金铸铁，采用间隙控制的磨损失效区域较少。在实际模具制作时，凹模和压边圈都采用Cr12MoV镶件，并进行PVD处理，有效改善了模具零件拉伤问题。

（3）发热分析结果对比如图13所示，采用间隙控制比压边力控制的发热温度低。

3.3　拉深模结构优化

上模对应压料面4个角部增加弹顶销，且凹模内废料区域也设计足够的弹顶销，保证凹模回程离开压边圈时零件不会卡在凹模，并且凹模离开压边圈20mm范围内有弹顶销顶住零件，保证其位置稳定。

通过采用以上对拉深工艺、CAE分析、拉深模结构的优化措施，新车型项目的深V形零件左/右后轮罩连接板前段的成形问题都得到了解决，量产零件实物如图14所示。该零件在实际量产时，压边圈与凹模压料面之间带料闭合时的实测间隙为1.26mm，比材料料厚大0.06mm。量产拉深单机节拍达到16次/min，连线生产节拍为9.6次/min，零件报废率低于3%，零件生产效率、稳定性、报废率得到了改善。

▍原文作者：赵子海，张 鹏，慎金星，陈惠滨，李振东，梁文元袁

▍作者单位：比亚迪汽车工业有限公司