第40件开裂！怎么办？(板料阻力拉伤制件摩擦力)

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制件连续拉深成形时，由于拉深模凹模表面与板料表面之间摩擦生热，模具零件内部热量积累使得凸、凹模间隙减小，导致在压边力不变的情况下板料流动阻力发生变化，从而影响批量生产稳定性。
针对这一问题采取压边圈与凹模间隙稍大于板料厚度的措施，拉深时主要依靠拉深筋阻力控制板料流动，避免依靠压边圈与凹模对板料的摩擦阻力的方法，使得板料流动阻力在外部条件发生变化时能够保持相对恒定，提高拉深模批量生产的稳定性。

在制件拉深成形批量生产过程中，由于连续拉深成形，拉深模凹模表面与板料表面之间摩擦生热，模具零件内部热量积累导致温度升高，且因热膨胀使得模具零件凸、凹模间隙减小，增大压边圈、凹模和板料之间的摩擦力，严重影响成形裕度较小的冲模的生产稳定性。

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问题阐述

某车型后门内板的板料材质为DC06的不等厚激光拼焊板，厚板料厚1.4mm，薄板料厚0.7mm，批量连续生产时，制件出现起皱、拉伤、开裂现象，无法正常批量生产。
生产第1件时，制件局部位置发生轻微起皱，如图1所示；当生产到第20件左右时，起皱消失，但出现拉伤现象，如图2所示；当生产到第40件左右时，出现缩颈开裂现象，如图3所示。

图1 第1件制件

图2 第20件制件

图3 第40件制件

原因分析

产生以上缺陷的主要原因有：

1 拉深模平衡块高度不合理，压边圈和凹模的整体间隙小于板料厚度。
经实际测量，薄板区域间隙约为0.65mm，而板料厚度为0.7mm（见图4），当压边力发生变化时，压边力波动变化大部分反馈到对板料施加的压力上，降低制件拉深成形时抵抗压边力波动的能力，降低拉深模的成形裕度。

图4 压边圈与凹模间隙实测数据

2 压边圈与凹模间隙小于板料厚度，拉深模调试初期，压边圈与凹模对板料施加的摩擦力较大，增大板料的流动阻力，使制件开裂。
为了减小阻力，钳工错误地将拉深筋修低，导致拉深时主要依靠压料面的摩擦力控制板料的流动，而压料面的摩擦力与压边力成正比，当压边力波动时，摩擦力发生波动，影响板料的流动稳定性，降低制件生产的稳定性。

3 压料面研磨不合格，压边圈与凹模间隙不均匀，并且压边圈与凹模间隙小于板料厚度，拉深筋阻力小，拉深成形时主要依靠压料面的摩擦力控制板料的流动，导致批量生产时间隙小的位置发热量大，热膨胀使得间隙进一步减小，压边力增大，摩擦力增大，最终导致制件相应位置发生开裂或拉伤。

问题解决思路

板料流动的阻力主要有2个来源：一是拉深筋产生的阻力；二是压料面对板料的摩擦力。

拉深筋产生的阻力是板料流经拉深筋产生变形过程而获得的对板料流动的阻力，因为拉深筋的形状已经固定，当压边力大到足以使拉深筋成形时，只要板料在流过拉深筋的时候变形充分，即使压边力在大于拉深筋成形力的范围内波动，拉深筋阻力也可保持相对恒定的数值。

压料面对板料的摩擦力=压边力×摩擦因数，因为摩擦因数为常数，所以压料面对板料的摩擦力随着压边圈和凹模对板料施加的压力变化而改变。

解决上述拉深不稳定问题的主要思路是：在板料流动阻力中，尽可能增大拉深筋产生的阻力，减少压料面对板料的摩擦力。
使拉深成形主要依靠拉深筋阻力控制板料流动，减少依靠压边圈和凹模对板料的摩擦力的控制。
避免摩擦力过大导致模具产生热量，由热膨胀致使凹模与压边圈间隙减小，增大摩擦力的恶性循环，降低生产稳定性。

保持压边圈和凹模间隙稍大于板料厚度是板料的压力稳定实现的手段，实现的方法如下。

调整平衡块，使凹模与压边圈的间隙均匀，平衡压边圈上的压力，避免出现局部压力过大或过小的现象。

图5 压料面受力分布图

压边圈与凹模的间隙大于板料厚度。
通过调整平衡块，调整压边圈与凹模的间隙C1，使C1=t+0.05mm，其中t为板料厚度，如图5所示。

压边力F可以分解为作用于板料的压力F1和作用于平衡块的压力F2，F1的作用是保证拉深时拉深筋能够充分成形，并保证产生的阻力使与压边圈接触的板料不发生起皱。
因为压边圈与凹模间隙大于板料厚度，所以当压边力F增大时，增加的压力大部分分解到F2作用于平衡垫块上，而只有少量的分力分解到F1作用于板料上，用公式表示：F↑=F1+F2↑。
因为F1无变化或者变化很小，所以压边圈对板料的摩擦力影响很小，而拉深筋的阻力为恒定数值，因此，板料流动的阻力可以保持较为稳定的数值。

重新调整平衡块后，由于凹模和压边圈间隙增大，板料流动阻力减小，需要对局部拉深筋进行调整。

问题解决过程

拆卸平衡块，对压料面进行重新研磨，使研磨面着色均匀。

安装并调整平衡块，使压边圈与凹模间隙均匀，并且控制其间隙稍大于板料厚度（0.7~0.75mm）。
此时，由于压边圈与凹模间隙比以前增大了约0.15mm，导致拉深时在同等压边力情况下，压边圈与凹模对板料的阻力减小，制件起皱严重，如图6所示。

图6 重新调整平衡块后的拉深件状态

根据重新调整平衡块后的拉深件状态，对起皱对应位置的拉深筋进行补焊加强处理，如图7所示，以增大板料流动的阻力，解决起皱问题。

图7 拉深筋调整方案

调整拉深筋后，拉深过程主要依靠拉深筋阻力控制板料的流动，制件成形质量良好，无起皱、开裂现象，如图8所示。

图8 调整拉深筋后的拉深件状态

批量验证

经过单批次1000件的批量生产验证，连续拉深生产过程中制件未发生开裂、起皱和拉伤现象，经上述方案调整的拉深模能够满足批量稳定生产要求。

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