文/张航伟·东风本田汽车有限公司
张航伟，工程师，主要从事冲压品质管理和冲压工艺方面的工作，曾获东风公司青年科技成果优秀奖一次，东风公司青年自主创新改善优秀奖一次，拥有实用新型专利2项。
冲压成形是制造业中最主要的加工方法，近几年，随着大功率交流伺服电机和变频技术的发展与应用；伺服冲压机在冲压行业中的应用也变得越来越广泛。伺服压机工艺曲线的设计对冲压产品的品质影响也越来越受到关注。
冲压行业对设备的依赖程度很高，各种冲压机械的更新换代也是日新月异，随着自动化的推进，人们希望冲压设备能根据自己的意愿进行运转。虽然目前冲压设备还不能随心所欲的达到我们的要求，但冲压机械的发展还是逐步向着我们的目标一点点的前进。
1978年，伺服电机的问世，使得冲压机械逐步走向伺服时代。20世纪90年代，伺服技术变得成熟，作为第三代冲压设备的伺服冲压机开始被广泛应用，不同于普通机械压力机，伺服压机的工艺曲线设计对冲压产品的品质尤为重要。图1为伺服压力机冲压生产线。
图1 伺服压力机冲压生产线
冲压工艺
冲压加工是借助于常规或专用的冲压设备，使板料在模具里直接受到变形力，从而获得一定形状、尺寸和性能的产品的生产技术。冲压工艺按照基本的变形方式分为拉延、冲裁、翻边等.因此，不同的冲压工艺对工艺曲线的要求不同，如拉延需要的工艺曲线滑块速度应该低于材料塑性变形所能承受的极限速度，否则，产品有开裂风险。
拉延的工艺特点
拉延是将平板坯料拉伸成具有一定形状空心零件的工序。一般是冲压工艺的首道工序，对冲压产品的品质起决定性作用，拉延工序经常出现的缺陷有开裂、暗裂、起皱、回弹等，其中，回弹问题一直困扰着各个厂家的技术人员。
拉延的运动特性
拉延过程中，冲压速度可以表现为板料的应变速率，压机工作速度的变化导致应变速率的变化；当冲压速度不大时，由应变速率增大引起的塑性下降将大于温度效应引起的塑性增加，所以，板料塑性随压机速度增大而减小；当冲压速度增加时，温度效应开始显著，板料塑性增加与应变速率引起的塑性下降相等，所以，此时板料加工硬化不显著。当冲压速度进一步增加时，温度效应引起的塑性增加将超过应变速率增加引起的塑性下降，使板料塑性回升；当速度增加到一定程度，板料塑性急速下降，板料达到极限抗拉强度，有破裂趋势。因此，板料在成形过程中，压机在拉延加工过程中，压机速率的变化对产品品质起相当重要的作用。
伺服曲线分类
伺服冲压机在拉延工序可以根据需要获取多种加工工艺曲线。工艺曲线1（图2）的特点是在拉延过程中保障产品能顺利脱模，防止被拉伤，保障产品品质，此曲线应用于各类汽车覆盖件，铝镁合金等产品。成形曲线2（图3）应用于汽车内板件中高强度板件拉延，特点是有足够的保压时间保证产品成形，减小产品回弹。成形曲线3（图4）适用于各类超高强度钢板的拉延，主要特点是消除回弹，保障产品精度。另外，根据不同的需要可以订制相应工艺曲线的冲压设备进行加工。
汽车外观件加工曲线
汽车外观件一般为抗拉强度小于340MPa的薄钢板。此种钢板的回弹量较小，因此，在拉延曲线的选择上一般选用工艺曲线1，在设备采购时订制工艺曲线1的设备。
图2 成形工艺曲线1
图3 成形曲线2
图4 成形曲线3
拉延工艺曲线的种类确认后，为了得到完整的工艺曲线，工程师们必须将工艺曲线的主要节点确定。
CAE分析确定产品拉延状态
根据不同产品的特点，冲压工艺曲线关键节点也不同，我们可以通过CAE分析手段确定产品的受力状态和拉延变形过程；图5是某车型底板零件的AUTOFORM分析结果。
拉延成形过程分析如图6所示，首先伺服压机在上下模接触时开始减速，根据模具闭合高度和压机开口高度确定第一个关键点。然后根据CAE分析的结果（图5中），在受力极具变化的受力拐点进行再次减速；在变形过程中，如果产品在某个节点速度变化过大，有开裂趋势，必须在此节点前进行减速，根据拉延工艺速率的变化特点，压机速率降低使塑性和加工硬化达到平衡，防止产品开裂。因此，关键点的确定要充分考虑风险点和受力拐点，选择两者中的先行点。最后，模具行程下死点设置成为回程关键点，从此点开始快速回程。
图5 拉延受力过程
图6 拉延成形过程分析
根据实际产品状态微调工艺曲线
根据CAE分析计算结果设置的工艺曲线存在以下假设，这是因为AUTOFORM计算的前提是存在假设条件的。假设1：模具型面完全与DL图相同；假设2：模具和材料之间的摩擦系数固定；假设3：材料为各向同性；假设4：材料性能在材料每个区域都相同。
因此，AUTOFORM计算以及根据此计算模拟出的工艺曲线不是100%与实际相同的，根据AUTOFORM的理论计算精度，我们可以认为此种方法模拟出的工艺曲线与实际状态的相同度为85%以上；为了使工艺曲线完全与实际状态相同，我们需要根据现场实际情况对工艺曲线进行微调，调试方法如图7所示。
图7 调试切片提取
首先根据模拟出的工艺曲线预设产品的工艺曲线；然后根据预设的工艺曲线进行拉延操作，观察产品品质状态，产品品质状态良好则不需要再进行调整，如果产品出现开裂、暗裂和起皱等缺陷，则可以在调试中从模具闭合开始取几个高度作为数据采集点，然后分别让滑块下压至此高度，根据产品的实际状态确定调整关键点，如果产品在某高度开裂，则关键点上移，产品起皱则下移。
根据CAE分析的方法确定工艺曲线在实际操作中能快速的确定伺服压机拉延工序所需要的工艺曲线，节省了大量的调试时间，在伺服压机的工艺曲线调整时不至于盲目，使工艺曲线的设计有法可依。
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