G95超長側(cè)圍沖壓模具開發(fā)

文/朱平，童錢虎，葉常林·神龍汽車有限公司技術(shù)中心

G95超長側(cè)圍沖壓模具開發(fā)

文/朱平，童錢虎，葉常林·神龍汽車有限公司技術(shù)中心

G95是東風(fēng)乘用車自主品牌的高端車型，軸距較長，其中側(cè)圍零件的長度達(dá)到了3596mm。本文就對此側(cè)圍在沖壓工藝設(shè)計、模具結(jié)構(gòu)設(shè)計及現(xiàn)場制造調(diào)試階段，所做的重要工藝技術(shù)方案進(jìn)行描述，以供大家借鑒。

零件特性

G95側(cè)圍零件形狀如圖1所示，尺寸為3596mm×1248mm，所用材料為DX54D，料厚0.67mm。

圖1 G95側(cè)圍

G95側(cè)圍相對于其他項目，其長度是目前神龍公司最長的，大約比其他側(cè)圍長140mm左右。側(cè)圍是沖壓件中技術(shù)要求最高的，其難度表現(xiàn)在工藝設(shè)計難度高、模具結(jié)構(gòu)復(fù)雜、制造調(diào)試技術(shù)要求高等方面。

重點(diǎn)工藝技術(shù)方案

開卷落料的可行性方案

經(jīng)過初步工藝預(yù)估，板料的尺寸為3910mm×1550mm，開卷線的步距必須要達(dá)到3910mm，但神龍公司的一廠開卷線只能達(dá)到3810mm，因此無法在一廠實施開卷落料工序。經(jīng)初步討論，需將開卷落料工序放到新工廠，但這個方案會增加生產(chǎn)運(yùn)輸成本，并不是最優(yōu)方案。

針對此問題，在工藝設(shè)計階段對工藝補(bǔ)充作了詳細(xì)的設(shè)計優(yōu)化。優(yōu)化手段為：⑴降低拉延深度；⑵局部優(yōu)化拔模角度，修正后的工藝補(bǔ)充如圖2所示。通過這些修正，將板料的尺寸控制在3805mm，滿足了一廠的生產(chǎn)要求，減少了板料的運(yùn)輸成本。同時由于板料長度的優(yōu)化，材料利用率也比原先定的目標(biāo)值提升了1%。

圖2 工藝補(bǔ)充結(jié)果

拉延成形可行性方案

側(cè)圍零件屬于深拉延零件，最大的拉延深度在350mm左右，存在開裂、起皺、凹陷、滑移等風(fēng)險。側(cè)圍加長后，后三角窗部位將引起A面凹陷，后三角窗深度還會導(dǎo)致側(cè)壁開裂起皺風(fēng)險加重，以及在尾燈處的沖擊線滑移到A面，其有限元分析結(jié)果如圖3所示。在成形過程中，必須針對這些現(xiàn)象對工藝和產(chǎn)品參數(shù)進(jìn)行調(diào)整、修改，使產(chǎn)品達(dá)到設(shè)計需求和客戶需求的平衡點(diǎn)。

圖3 有限元分析結(jié)果

在圖3中的1處，三角窗處的深度達(dá)到20mm，在成形過程中產(chǎn)生了凹陷，這種變形類似于門把手附近的缺陷。有三種優(yōu)化方案：(1)增加二級臺階，改變成形過程，如圖4所示；(2)使拉延模在此區(qū)域增加寬度100mm及深0.05mm的腔；(3)在凹陷處增加型面補(bǔ)償，此方法必須建立在準(zhǔn)確的預(yù)測變形范圍和大小的基礎(chǔ)之上，但目前技術(shù)水平?jīng)]有能力達(dá)到這個要求。所以對于以上三種優(yōu)化方案，我們綜合采用了前兩種方法，并在最終的模擬和調(diào)試中順利解決了此處的變形問題。

圖4 增加二級臺階

在圖3中的2處，三角窗的深度導(dǎo)致側(cè)壁開裂嚴(yán)重。在工藝設(shè)計階段，通過不斷地調(diào)整產(chǎn)品側(cè)壁的拔模角和圓角，使模擬的變薄率從32%優(yōu)化到25%。為減少調(diào)試的難度，在此處板料上增加一個工藝孔，用于增加材料的流動性，通過工藝孔將材料變薄率控制在19%以內(nèi)?，F(xiàn)場調(diào)試時，取消此處的工藝孔后，零件側(cè)壁未有開裂現(xiàn)象，并在小批量生產(chǎn)中得到了驗證，最后消除了開裂風(fēng)險。雖然調(diào)試結(jié)果未完全遵循工藝設(shè)計方案，但是此處風(fēng)險的消除，離不開前期大量的產(chǎn)品優(yōu)化和工藝優(yōu)化。

圖3 中2處的角部同時存在著起皺問題，因為在成形初始過程中，板料由高低兩點(diǎn)形成一張面，在成形后此面無法被其他部分形狀吸收，所以在此類形狀的零件中，起皺是個普遍現(xiàn)象。解決此類問題的方法一般有兩種，一種是在高低點(diǎn)之間建立一個臺階面，使多余的料在成形過程中被吸收，從而解決起皺。另一種方法是在低點(diǎn)處增加一個凹坑，影響成形過程，并在最終的3～5mm時吸收多余的料。前后兩種方案的對比，第一種方案解決起皺明顯，但是對產(chǎn)品限制較大；第二種方案解決起皺不太明顯，但對產(chǎn)品限制較小。最后，為保證產(chǎn)品的功能要求，選擇第二種方案，結(jié)果在調(diào)試中仍有輕微的波紋，但是不影響產(chǎn)品的功能和外觀的要求。

在圖3中的3處，由于需要降低拉延深度和拔模角，用以提高材料利用率，導(dǎo)致局部尾燈處的沖擊線滑移到A面上。此時，通過對拉延深度的調(diào)整和局部工藝補(bǔ)充的優(yōu)化，最后在滑移線控制和板料的長度之間找到了一個平衡點(diǎn)，既滿足開卷線設(shè)備的要求，又將滑移線控制在合理區(qū)域。

拉延模具結(jié)構(gòu)可行性設(shè)計

由于側(cè)圍零件超長（3596mm），拉延凸模輪廓會超過3720mm，超過壓機(jī)氣墊頂桿布置范圍，因此模具結(jié)構(gòu)設(shè)計需要考慮結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和壓力源的問題。經(jīng)過梳理一共得到了四種方案：

⑴氮?dú)鈴椈?。?nèi)外壓邊圈全部用氮?dú)鈴椈商峁哼吜?，所有氮?dú)鈴椈纱?lián)。

⑵氮?dú)鈴椈?氣墊頂桿。如圖5所示，在壓邊圈超出氣墊頂桿布置區(qū)域用氮?dú)鈴椈商峁哼吜?，并在壓邊圈局部區(qū)域布置氮?dú)鈴椈桑ù?lián)），平衡壓邊圈受力狀態(tài)，其余部位使用氣墊頂桿。

圖5 氮?dú)鈴椈珊蜌鈮|頂桿配合使用

⑶氣墊頂桿+特殊模具結(jié)構(gòu)。如圖6所示，壓邊圈超出氣墊頂桿布置區(qū)域向下插入凸模，用壓邊圈保證強(qiáng)度，通過模具結(jié)構(gòu)傳遞壓料力。

圖6 氣墊頂桿與模具配合

⑷純氣墊頂桿。壓邊圈超出氣墊頂桿布置區(qū)域空開，不施加輔助壓力源（超出氣墊頂桿區(qū)域懸空）。

設(shè)計階段經(jīng)過多輪的分析論證，在神龍公司現(xiàn)有的壓機(jī)條件下，決定側(cè)圍拉延模的結(jié)構(gòu)采用方案二：氮?dú)鈴椈珊蜌鈮|頂桿混用，氮?dú)鈴椈善鹁植垦a(bǔ)充壓料力和平衡壓邊圈作用，同時在壓邊圈四周均勻布置氮?dú)鈴椈桑?個串聯(lián)安裝），以保持壓邊圈的平衡。采用此方案的模具成本較低，模具強(qiáng)度相對好保證，但調(diào)試時間長，需定期維護(hù)。方案三的結(jié)構(gòu)，屬于比較創(chuàng)新的結(jié)構(gòu)，也能解決壓力平衡問題，但是其結(jié)構(gòu)存在拆裝缺陷。

調(diào)試初始階段，按設(shè)計方案進(jìn)行調(diào)試，壓料板在成形過程中比較平穩(wěn)，未有不正?，F(xiàn)象。但因取料時壓料板在氮?dú)鈴椈傻淖饔孟律仙?，使零件取料空間受限。現(xiàn)場調(diào)試時嘗試取消氮?dú)鈴椈?，以驗證無氮?dú)飧椎目尚行?，?jīng)過多輪調(diào)試驗證，在無氮?dú)飧椎那闆r下，需要降低無壓力源上方的壓料面研合等級，以減小此處的壓邊圈成形受力。

結(jié)束語

在解決G95側(cè)圍沖壓工藝開發(fā)過程中的各種問題時，我們不僅可以借鑒原本的技術(shù)方案，更可以提煉出在面對工藝問題時須遵循的四點(diǎn)原則：

⑴設(shè)計階段應(yīng)該重視對仿真模擬結(jié)果的分析，通過優(yōu)化工藝方案和改變產(chǎn)品形狀，來保證產(chǎn)品的工藝可行性。

⑵工藝同步工程的主要目的是，在保證產(chǎn)品功能的前提下，提高產(chǎn)品的工藝可行性。

⑶設(shè)計階段制定工藝方案時，需要全方面考慮，從質(zhì)量、周期、成本等各方面分析每個方案的優(yōu)劣性，為最后制定決策提供有力參考。

⑷調(diào)試階段是工藝方案的重要驗證環(huán)節(jié)，不能一味追求同設(shè)計一致，可根據(jù)實際調(diào)試情況，對工藝方案作更優(yōu)改進(jìn)。