某車尾燈側燈罩板的沖壓工藝分析

作者：鄭薇

文/鄭薇，劉春雨·安徽江淮汽車技術中心工藝工程院

某車尾燈側燈罩板的沖壓工藝分析

作者：鄭薇

文/鄭薇，劉春雨·安徽江淮汽車技術中心工藝工程院

尾燈側燈罩板在成形過程中存在缺陷，利用CAE軟件進行仿真分析，可優(yōu)化毛坯形狀、工藝補充面、調(diào)整拉延筋，消除零件在工藝設計初期可能存在的缺陷。并通過進一步的模具調(diào)試，得到合格的產(chǎn)品零件。

尾燈側燈罩板缺陷的產(chǎn)生

尾燈側燈罩板（也稱尾燈盒）是轎車車身后部件，它與左/右側圍外板、左/右尾燈燈罩板連接板、后鎖板、后圍板、后保險杠上部外側安裝支架、行李箱內(nèi)飾支架相連接或匹配。該零件壁薄，具有空間曲面形狀不對稱、表面質(zhì)量要求高等特點。這種形狀較復雜的沖壓件要經(jīng)過多道工序才能完成，但是制件的質(zhì)量好壞在很大程度上受拉延模質(zhì)量的控制，因此拉延件的設計是生產(chǎn)高品質(zhì)沖壓件的關鍵。如何解決拉延成形過程可能出現(xiàn)的起皺、開裂以及不合要求的缺陷，并確定其中的一些重要工藝參數(shù)，成為沖壓生產(chǎn)的瓶頸問題。傳統(tǒng)的“試錯法”造成了大量的資源浪費，已不能適應如今產(chǎn)品更新?lián)Q代周期越來越短的要求。隨著以數(shù)值模擬仿真為中心的計算機技術在沖壓領域的普及與應用，使設計員可以在生產(chǎn)準備階段，預見到成形中可能出現(xiàn)的問題，如起皺、破裂等，確定成形所需的工藝過程和技術參數(shù)。

零件成形沖壓工藝分析

確定工藝方案

在確定合理的工藝方案時，產(chǎn)品設計提供的產(chǎn)品數(shù)模是關鍵和依據(jù)，直接影響著工藝方案的制定。所以在制定工藝方案之初，產(chǎn)品數(shù)模要保證按現(xiàn)有的工藝水平和工藝方法能夠?qū)崿F(xiàn)。在產(chǎn)品零件的沖壓工藝性差的情況下，要將情況反饋給產(chǎn)品設計部門。建議在保證零件必要功能的前提下，適當修正零件的形狀結構尺寸，改善零件的沖壓工藝性，以保證零件質(zhì)量和沖壓生產(chǎn)的穩(wěn)定性，降低沖壓難度。

圖1所示為尾燈側燈罩板原始的產(chǎn)品數(shù)模，此產(chǎn)品數(shù)模在沖壓工藝上存在很多缺陷，包括以下兩方面：

⑴從A、B、C三個剖視圖中可以看出，這三處均存在沖壓負角，無法確定拉延工序的沖壓方向，嚴重影響工藝方案的制定。

⑵從D、E處的局部放大圖可以看出，這兩處無法通過簡單的翻邊成形工序?qū)崿F(xiàn)。

圖1尾燈側燈罩板原始的產(chǎn)品數(shù)模

圖2更改后的產(chǎn)品數(shù)模

通過與產(chǎn)品設計部門的溝通，在保證零件必要功能以及與相關件的匹配和搭接關系的情況下，將產(chǎn)品更改為圖2所示狀態(tài)。更改產(chǎn)品后，通過調(diào)整沖壓方向，A、B、C三處的沖壓負角均可消除。最終將工序確定為：落料→拉延→切邊沖孔→翻邊翻孔→翻邊整形沖孔。

確定沖壓方向

沖壓方向的確定，是尾燈側燈罩板沖壓工藝設計的關鍵，用來確定沖壓件在模具中的空間位置。它不但決定能否生產(chǎn)出合格的沖壓件，而且影響到工藝補充部分的多少和壓料面的形狀。在拉深工序中，沖壓件往往會因為沖壓方向確定的不當，而增加調(diào)整困難。

尾燈側燈罩板沖壓方向，確定所遵循的規(guī)律包括以下三方面：

⑴保證凸模形狀能夠進入凹模，凸模開始拉延時與毛坯的接觸地方要多，而且要分散并且不產(chǎn)生負角，最好使制件在一次拉深中完成。

⑵保證拉深深度，拉延深度盡可能的淺。

⑶沖壓方向應該有利于工藝補充。不同的沖壓方向，會帶來相應不同形狀的工藝補充，直接影響到產(chǎn)品拉深工序的最終成形條件以及后序成形條件。合理的沖壓方向，應既滿足沖壓形狀的要求又適應工藝補充、壓料面形狀的規(guī)范。

確定壓料面

設置壓料面是為了使板料受到預壓力，從而使板料拉深時增加拉應力，以改善拉深條件。合理的壓料不僅能保證拉入壓料面的材料不起皺，還可以保證拉入凹模的材料不起皺和不破裂。在設置尾燈側燈罩板拉深模的壓料面時，要使拉深的深度均勻，盡量做到凸模相對兩側的拉入角相等，凸模開始與毛坯接觸狀態(tài)應平穩(wěn)，這樣才能保證各部分進料阻力均勻。另外，壓料面的形狀應保證凹模內(nèi)的毛坯產(chǎn)生一定程度的脹形變形，否則會使拉入凹模內(nèi)多余材料無法延展。要做到這一點，必須保證在拉深過程中每一個階段的壓料面展開長度比凸模斷面的展開長度短。

圖3為將產(chǎn)品數(shù)模做局部調(diào)整之后的工藝數(shù)模和模擬分析結果。由于尾燈盒縱向拉延深度較深，在放大B處的R角之后，仍然沒有解決此處拉延破裂現(xiàn)象。而受B處產(chǎn)品形狀的限制，壓料面無法上抬，因此要解決此處拉延破裂現(xiàn)象需更改此處產(chǎn)品數(shù)模，抬高壓料面。圖4為更改此處產(chǎn)品數(shù)模抬高壓料面后的模擬結果，很好地解決了此處拉延破裂的現(xiàn)象。因此，在做尾燈側燈罩板壓料面工藝補充時，壓料面的形狀走勢應該盡可能隨著產(chǎn)品形狀，壓料面近可能的靠近產(chǎn)品型面最低點，使拉延時凹模進料能夠充分。

圖3產(chǎn)品數(shù)模做局部調(diào)整后的工藝數(shù)模和模擬分析結果

圖4更改產(chǎn)品數(shù)模抬高壓料面后的模擬結果

調(diào)整拉延筋

將拉延筋設置成能增加壓料面上各部位進料阻力，調(diào)整毛坯金屬的進料速度和材料流動方向，使各區(qū)進料阻力均勻。而拉延筋阻力是由板料通過拉深時的彎曲反彎曲變形力、摩擦阻力、變形硬化引起的再變形抗力增量三部分組成。其中，拉深筋阻力的主要影響因素有：拉深筋的形式、拉深筋參數(shù)、毛坯材料特性、潤滑條件、材料變形速度和壓邊力，其中以拉深筋的形式和拉深筋參數(shù)影響最大。

尾燈側燈罩板在拉深工序開始之前，在模具壓邊圈作用下毛坯的周邊首先被拉深筋壓彎成形，隨后在模具凸模作用下毛坯的周邊產(chǎn)生拉深變形并向凹模里收縮，板料不斷沿拉深筋表面滑動過程中產(chǎn)生的摩擦阻力和彎曲變形阻力，都使毛坯斷面內(nèi)的徑向拉應力加大。改變拉深筋的高度和圓角半徑，都可以達到調(diào)整徑向拉應力的目的。這種調(diào)整徑向拉應力的方法是十分便捷的，而且調(diào)整的范圍也比較大。

而在CAE分析中我們通常采用虛擬筋分析，這樣便于調(diào)整拉延筋的強度及形狀。在CAE分析

狀態(tài)穩(wěn)定后，實際模具制造中將虛擬筋轉(zhuǎn)化

為實體筋，將CAE分析軟件中虛擬筋的強度

和形狀與實體筋對應，見圖5。

圖5拉延筋強度示意圖

結束語

尾燈側燈罩板屬于車身沖壓件中較難調(diào)整的件。其難點在于：沖壓方向較難確定，拉延深度較深，且兩側進料不均衡。在做工藝方案初期要充分考慮該沖壓件的結構特點，調(diào)整好沖壓方向及壓料面形狀，盡可能地降低拉延深度，確保沖壓件拉延充分及提高材料利用率。由于該件是左右對稱件，在做工藝方案時采用了左右合模的方式，通過與廠家溝通，料片利用了該車型側圍上落下的廢料，進一步降低了模具及沖壓件開發(fā)成本。