汽車鋁板覆蓋件沖壓模具結構研究

上海賽科利汽車模具技術應用有限公司 (201209) 葉燕 王勇 郭強 李躍民

汽車鋁板覆蓋件沖壓模具結構研究

上海賽科利汽車模具技術應用有限公司 (201209) 葉燕 王勇 郭強 李躍民

鋁板比鋼板密度小，重量輕，鋁板零件通常用于汽車的發(fā)動機蓋和行李箱蓋等零件，利于吸能，提高碰撞安全性，并且具有一定的防腐蝕性能。但是鋁板成形性差、回彈量難以控制，相似零件的回彈量是鋼板的3倍，沖壓易產(chǎn)生碎屑，模具結構比鋼板模具復雜。目前鋁板覆蓋件沖壓模具研發(fā)技術主要掌握在歐美和日本等發(fā)達國家，國內(nèi)尚不具備完善的鋁板模具技術的開發(fā)能力。在鋁板模具結構設計方面，相關資料少，缺乏標準規(guī)范。本文通過某項目鋁板發(fā)動機蓋外板模具的研發(fā)實驗，對鋁板模具做了總結歸納。

一、鋁板拉延模的結構特點

1.拉延模定位器的設置要求

由于鋁板沖壓生產(chǎn)是通過自動化裝置將料片放在拉延的壓邊圈上，料片在投料過程中會發(fā)生竄動，造成拉延生產(chǎn)不穩(wěn)定。解決這個問題，拉延壓邊圈需要設置板料定位器。定位器設置需保證板料定位穩(wěn)定，需要結合CAE仿真結果，避免在拉延收縮線凸出坯料線的區(qū)域設置，否則影響板料的拉延質(zhì)量。

另外，由于鋁板的成形性差，壓邊圈上的定位器安裝空開區(qū)域以及凹模的定位器避讓區(qū)域形成的板料不符形，會直接影響鋁板的拉延效果。因此定位器的設置有以下兩個要點:

(1)CAE分析中零件容易起皺的區(qū)域不能設置定位器。

(2)定位器避讓區(qū)域不能破壞拉延筋。

在本文研究的鋁板發(fā)動機蓋外板的定位器初始設置在如圖1所示的4個角部，在試驗過程中拉延零件的這4個角部出現(xiàn)了起皺現(xiàn)象，此處定位器的避讓區(qū)域影響了拉延成形性。于是將原來設置在角部的2處定位器位置更改，保證角部型面的完整，減少成形質(zhì)量的風險。

圖1 拉延模定位器位置

2.拉延模的排氣要求

板料在拉延過程中，上模壓下速度很快，以至于板料與上下模之間的氣體無法很順利地排出，這些氣體隨著上模壓下量的增大，其壓強也越來越大，這些氣體壓力會反作用在鋁板的板料上，就會造成鋁板的局部變形，引起零件的尺寸問題和表面質(zhì)量問題，鋁板的沖壓生產(chǎn)對模具的排氣性有很高的要求，因此在鋁板沖壓模具設計時就要充分考慮到模具排氣性的要求。鋁板模具排氣性要求如下:

(1)上下模以及板料之間通過凸模與壓邊圈的間隙進行排氣，凸模與壓邊圈的間隙通常比鋼板模的間隙大一些。凸模與壓邊圈之間的間隙要求為6 mm，比鋼板模具的間隙大3 mm。

(2)利用上下模的排氣孔進行排氣，在上模凹圓角以及下模凹圓角部位設置排氣孔，這種排氣孔位于模面凹處，對零件表面沒有影響，排氣孔的直徑為4 mm。在結構設計時就要考慮排氣孔的位置因素，因此上模和凸模的結構筋布置不能設置在模面凹圓角處，否則不利于排氣孔的加工，從而影響零件的表面質(zhì)量，凹模排氣孔如圖2所示。

圖2 凹模排氣孔

二、鋁板修邊模的結構特點

由于鋁板比較輕，并具有一定的粘度，修邊碎屑很容易粘到模面上，這些碎屑就會引起鋁板零件的表面質(zhì)量問題，鋁板修邊模具設計時要充分考慮結構細節(jié)，盡可能地避免修邊碎屑問題。

1.廢料刀設置

為了減少碎屑，鋁板修邊時采用與鋼板模具不同的間隙和切刀方式，廢料一般采用二次切斷或浮動刀方式。工藝設計時盡可能減少廢料刀的數(shù)量，當產(chǎn)量大時，廢料刀要采用鍍鉻鑲塊，同時提高模具刃口的表面質(zhì)量。鋁板廢料二次切斷以及浮動廢料刀如圖3所示。

2.修邊刀設置

為了減少碎屑，鋁板模具的修邊刀設置也與鋼板模具存在一定的區(qū)別，鋁板修邊刀的設置特點如下。

(1)鋁板修邊刀塊和凸模刃口設計成一定的傾角，并且修邊刀不是采用純尖角的方式，要設置成一定的圓角，減少修邊產(chǎn)生的摩擦，從而避免產(chǎn)生更多的碎屑，這種設置方式取到了一定的效果。

(2)通常情況下，修邊廢料的切入量越大，修邊碎屑也越嚴重，針對鋁板修邊的碎屑多的問題，在鋁板修邊模具設計時就要考慮到修邊刃入量的問題。鋁板修邊刀的廢料切入量比鋼板的廢料切入量小，其刃口切入深度一般為:鋁板料厚+刃入最小量+安全空間。

圖3 廢料二次切斷及浮動廢料刀

(3)鋁板修邊間隙也與鋼板的修邊間隙不同，鋁板修邊刀刃側(cè)壁與修邊凸模刃口側(cè)壁的通常為小間隙，與板料的厚度成一定的比例。

修邊刀切入量如圖4所示。

圖4 修邊刀切入量

3.修邊模零件符形區(qū)域設置

鋁板修邊時，需要將板料壓住，然后再將廢料切除，為了減少鋁板修邊的碎屑，修邊模設置對壓料區(qū)域、壓料寬度以及上下模的空開都有一定的要求，通常鋁板修邊符形區(qū)域的要求如下:

(1)為了將零件有效地撐住，防止零件放在修邊凸模上時產(chǎn)生變形，下凸模的有效符形區(qū)域有一定的要求，通常下模凸模有效符形區(qū)為35～40 mm，并且零件中間部位也需要一定的符形區(qū)域。

(2)有了有效地在修邊前把板料壓住，通常修邊模上模壓料板的有效符形區(qū)為25～35 mm。

修邊符形區(qū)域設置如圖5所示。

圖5 修邊刀切入量

三、鋁板翻邊模的結構特點

為了保證翻邊圓角光順，裝車匹配間隙均勻，目前汽車領域?qū)︿X板的翻邊質(zhì)量要求越來越高，在鋁板翻邊模具設計時要考慮到翻邊間隙以及符形區(qū)的要求。

1.翻邊間隙設置

鋁板比較軟，在翻邊模設計時避免分工序翻邊，盡可能地將翻邊放在同一工序，這樣就避免了分序翻邊的交接處出現(xiàn)翻邊棱印的問題，另外翻邊間隙要設置合理，通常翻邊間隙的設定有以下三個要求:

(1)翻邊間隙為鋁板料厚的80%。

(2)壓料板與翻邊刀的間隙為0.5 mm。

(3)翻邊刀上的成形圓角通常R1～R3 mm不等。

2.翻邊模符形區(qū)域設置

翻邊符形區(qū)域設置與修邊符形區(qū)域的設置類似，通常翻邊模符形區(qū)域的設置有以下幾個要求:

(1)翻邊模凸模需設計為全型面。

(2)壓料板符型區(qū)為80 mm。

(3)壓料板強壓區(qū)為35～50 mm。翻邊模設置符形區(qū)域如圖6所示。

圖6 壓料板符形區(qū)域

四、結語

本文研究并總結了鋁板模具的結構設計要點，其中包括拉延模板料定位器設置、拉延模排氣要求、修邊模廢料刀設置、修邊模修邊刀設置、修邊模零件符形區(qū)域設置、翻邊模翻邊間隙設置和翻邊模符形區(qū)域設置，對鋁板覆蓋件沖壓模具結構設計以及自助研發(fā)具有一定的意義。

20140206)