本文通過(guò)對(duì)派力奧轎車前橫梁裝置中的左右支架在OTS沖制成型時(shí)產(chǎn)生的開(kāi)裂和變薄問(wèn)題的原因分析和解決，指出重視成型的受力分析、合理制定成型工藝，以及科學(xué)的確定成型料片形狀尺寸是沖壓成型成敗的兩個(gè)關(guān)鍵因素。  
 
   南亞Palio（派力奧）轎車的前橫梁裝置的左右支架是一對(duì)焊接在前橫梁裝置中的兩個(gè)重要零件，與左右前側(cè)加強(qiáng)板對(duì)應(yīng)地構(gòu)成安裝左右前擺臂總成的連接件。它們由厚度為3.5mm的St12Q鋼板沖制而成。St12Q是中國(guó)寶鋼生產(chǎn)的汽車結(jié)構(gòu)用鋼板，其化學(xué)成份是：C≤0.10、Si≤0.05、Mn0.4至1.0、P≤0.03、S≤0.025、Al≥0.02；機(jī)械性能為：σb 320至390MPa、σs 215至285MPa、δs %（L0=80mm）≥32。屬于拉伸性能與08、10鋼相近的、用于汽車底盤零件的冷軋鋼材。在沖制時(shí)，如果采用左或右單件沖制，則會(huì)造成模具單邊受力，這不利于模具或沖壓設(shè)備的使用壽命，而且生產(chǎn)效率低。由于其形狀為完全對(duì)稱的特殊性，這就為左右件成對(duì)沖制提供了可能。因此，最初左右支架的沖壓工藝流程是這樣確定的：左右支架落料沖孔→左右支架成型→左右支架沖孔切開(kāi)→左右支架整形，共四道。

問(wèn)題的出現(xiàn) 

   當(dāng)樣品在第二道成對(duì)成型時(shí)，左右支架產(chǎn)生了嚴(yán)重的開(kāi)裂和變薄的問(wèn)題，并一直未能得到解決。 
工藝分析 

   成型包含翻邊、彎曲和拉“八字”三種復(fù)合變形。即沖件料片在成型時(shí)處于多向復(fù)雜拉應(yīng)力的受力狀況，其中主要是受三向拉應(yīng)力，如圖5中受力方向箭頭所示�？梢栽O(shè)想：當(dāng)料片進(jìn)入模具型腔，料片受拉應(yīng)力隨之開(kāi)始，隨著成型拉伸的不斷深入，作用力不斷加大。由于料片形狀尺寸存在的不足，阻礙了材料流動(dòng)；成型阻力的不斷加大，造成受力集中區(qū)域的材料厚度不斷減薄以滿足成型的需要；隨著受力集中區(qū)域材料不斷變薄，該處材料強(qiáng)度失穩(wěn)、直至最終開(kāi)裂。

解決問(wèn)題方案的選擇 

   從上面可以初步得到這樣兩個(gè)結(jié)論：左右支架開(kāi)裂的第一個(gè)原因是：成型工藝選擇不當(dāng)，將多種復(fù)雜拉應(yīng)力過(guò)于集中在一個(gè)道序中，使材料的變形程度超過(guò)了許可條件；另一個(gè)原因是用于成型的料片形狀尺寸的確定存在不足，阻礙材料成型時(shí)的流動(dòng)，形成阻力，最終導(dǎo)致材料的開(kāi)裂。 

兩種方案選擇的分析和比較 

   面對(duì)“成型工藝”和“料片形狀尺寸”這兩個(gè)造成左右支架變薄和開(kāi)裂的原因，究竟從何著手，是兩個(gè)一起解決，還是選擇其中一個(gè)？要作出正確的選擇，就要對(duì)這兩個(gè)方案的利弊作一個(gè)比較。 

   要想改變多種復(fù)雜拉應(yīng)力集中在一個(gè)道序的成型工藝選擇不當(dāng)?shù)膯?wèn)題，就必須將原工藝方案推倒重來(lái)。辦法是將第二道成型由原來(lái)翻邊、彎曲和拉“八字”成型狀況改為翻邊和彎曲兩個(gè)成型狀況，即由原來(lái)的受三向拉應(yīng)力改為受二向拉應(yīng)力，去掉那個(gè)拉“八字”形狀的最大的拉應(yīng)力σ1（或?qū)ⅰ鞍俗帧毙螤钭鲂。�，而將拉“八字”形狀的成型工作留到第四道整形道序去完成（注：在第四道整形時(shí)，原來(lái)有功能要求的減薄部分的情況會(huì)得到很好改善，而底筋部分將會(huì)在整形時(shí)受拉伸會(huì)有所變薄，好在底筋部分是用于焊接，少量變薄并無(wú)大礙，如果變薄量過(guò)大，則要增加切邊道序解決）。這樣就要求第一道落料、第二道成型和第四道的整形模具進(jìn)行重開(kāi)。這幺大的工作量，對(duì)交樣時(shí)間緊迫的現(xiàn)狀來(lái)說(shuō)已無(wú)可能。 

   解決料片形狀尺寸存在的不足問(wèn)題，則相對(duì)簡(jiǎn)單。只要把料片的形狀尺寸中阻礙材料流動(dòng)的部分，即在料片底邊原來(lái)為直邊狀被拉成弧線狀態(tài)的地方去掉就可以了。至于去掉多少，則要通過(guò)試沖校（料）片來(lái)確定。這樣做就可以將原來(lái)阻礙、牽制材料流動(dòng)的拉應(yīng)力大大減少，使材料能在拉伸的過(guò)程中順利進(jìn)入模具型腔，而不受原來(lái)料片形狀尺寸那樣的限制。為慎重起見(jiàn)，還在原來(lái)變薄部分的外邊緣增加一些“月牙”條狀切邊余量。 

   由于拉伸部分的外邊緣抵抗受拉的能力最薄弱，外邊緣最容易變薄，需要切去邊緣的減薄部分，才得到所規(guī)定厚度的零件。這樣，就要求對(duì)料片的形狀尺寸重作修改，即第一道的落料模要重開(kāi)模具，并增加切邊道序。這種方法的缺點(diǎn)是材料浪費(fèi)較多，從長(zhǎng)遠(yuǎn)看不經(jīng)濟(jì)。 

選擇改變料片形狀尺寸 

   采取第一種辦法，沖件質(zhì)量比較理想且材料利用率也相對(duì)較高，但重開(kāi)落料、成型和整形模具時(shí)間已不許可（如果底筋部分整形時(shí)變薄量過(guò)大可能要加切邊模）。采取第二種辦法，沖件質(zhì)量也還可以，但材料利用率相對(duì)較低。不過(guò)，后者只須重開(kāi)一副落料模，切邊模比較簡(jiǎn)單且可放在以后再開(kāi)，而外邊緣增加的一些“月牙”條狀切邊余量可以加工（磨）掉，以確保OTS送樣。權(quán)衡利弊后，改變料片形狀尺寸還是最佳的方案。 

方案的實(shí)施過(guò)程 

料片形狀尺寸的確定 

   先在原來(lái)料片底邊的地方挖去一個(gè)“半圓弧”，開(kāi)裂現(xiàn)象明顯得到改善，但減薄問(wèn)題依然存在。經(jīng)過(guò)多次反復(fù)試沖校（料）片，最終獲得了較理想的料片形狀尺寸，并被確定。 

最終選定料片的成型效果 

    通過(guò)與原來(lái)產(chǎn)生開(kāi)裂、變薄處的狀況與現(xiàn)在的尺寸做比較，不難看出：原沖壓零件的前后缺口處產(chǎn)生開(kāi)裂和變薄，其中開(kāi)裂處板的厚度為2.2mm，變薄處板的厚度僅為2.0 mm；成型時(shí)的沖件左右兩側(cè)產(chǎn)生嚴(yán)重開(kāi)裂。因此，選擇改變料片形狀尺寸的方案以及用最終確定的料片是基本可行的。雖然最終成型的料片左側(cè)拉薄處的厚度只是2.7 mm，未達(dá)到規(guī)定的2.8 mm，但經(jīng)切邊后的零件已達(dá)到預(yù)期的效果，確保了按時(shí)交付OTS樣件和批產(chǎn)供貨。 

左右支架最終工藝流程是：落料沖孔→成型→沖孔切開(kāi)→整形→切邊，共五道。 

結(jié)束語(yǔ) 

   如何合理制定成型工藝、重視成型的受力分析，避免多種復(fù)雜應(yīng)力過(guò)于集中在某一道序?qū)е鲁�越了材料的拉伸極限，以及科學(xué)的確定成型料片形狀尺寸（最好事先進(jìn)行CAE受力分析），是沖壓成型成敗的兩個(gè)關(guān)鍵因素。這也是少走彎路，加快新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)周期的有效途徑。這兩個(gè)問(wèn)題必須認(rèn)真加以對(duì)待。以上實(shí)踐也反映了，經(jīng)驗(yàn)十分重要，但借助于有限元分析等科學(xué)輔助手段，可以從中得到不少有益的幫助。