汽車側(cè)圍外板翻邊工序變形問題分析及工藝改進(jìn)

文/任維立，楊希，康育彰·長(zhǎng)城汽車股份有限公司技術(shù)中心，河北省汽車工程技術(shù)研究中心

汽車側(cè)圍外板翻邊工序變形問題分析及工藝改進(jìn)

文/任維立，楊希，康育彰·長(zhǎng)城汽車股份有限公司技術(shù)中心，河北省汽車工程技術(shù)研究中心

任維立，沖壓車間主管，助理工程師，主要從事沖壓件質(zhì)量管理工作，參與策劃哈弗H6車型、長(zhǎng)城C50車型、哈弗H2車型沖壓件模具調(diào)試、模夾聯(lián)調(diào)相關(guān)工作，獲得2013、2014年度優(yōu)秀員工稱號(hào)。

翻邊成形是沖壓件成形工藝中常用的一種方法，尤其是復(fù)雜汽車覆蓋件生產(chǎn)中不可缺少的一道工序。翻邊容易出現(xiàn)變形、起皺、開裂等缺陷，影響生產(chǎn)效率，造成顧客抱怨。針對(duì)側(cè)圍外板翻邊過程產(chǎn)生變形的問題，分析其成形機(jī)理，改進(jìn)模具結(jié)構(gòu)，在實(shí)際生產(chǎn)時(shí)可對(duì)類似問題起到借鑒意義。

汽車側(cè)圍外板是車身覆蓋件最重要的部件之一，其特點(diǎn)是尺寸大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，搭接關(guān)系多。因其復(fù)雜的成形工藝，在實(shí)際生產(chǎn)中經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)起皺、開裂、變形等缺陷。側(cè)圍外板是車身外覆蓋件，因此對(duì)其質(zhì)量和尺寸精度要求也非常高，“A”級(jí)面是不允許有任何缺陷的。

翻邊工藝是側(cè)圍外板在沖壓成形過程中不可缺少的一道工序，本文針對(duì)側(cè)圍外板翻邊時(shí)產(chǎn)生的變形問題，分析原因并改進(jìn)模具結(jié)構(gòu)，最終解決了翻邊工序產(chǎn)生的變形問題，保證了側(cè)圍外板的質(zhì)量和順利生產(chǎn)。

零件工藝分析

目前很多汽車廠為了壓縮成本，側(cè)圍外板的模具工序數(shù)常設(shè)計(jì)為4序，因此為了保證模具的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度以及沖壓件的質(zhì)量，結(jié)果使得側(cè)圍外板成形工藝變得更加復(fù)雜。側(cè)圍外板需要與頂蓋、前風(fēng)窗以及后背門框進(jìn)行搭接，產(chǎn)品上存在負(fù)角，后工序需要進(jìn)行側(cè)翻邊整形工藝。本案例中側(cè)圍外板翻邊工序變形問題發(fā)生在OP30序，變形位置在上邊梁前門框處，如圖1所示。

圖1 側(cè)圍零件

原因分析

針對(duì)側(cè)圍上邊梁變形問題對(duì)模具進(jìn)行排查為OP30序整形造成。OP30序上邊梁為側(cè)翻邊整形，采用滑車機(jī)構(gòu)，由于滑車機(jī)構(gòu)較大，為確保精度，采用導(dǎo)柱導(dǎo)向結(jié)構(gòu)；在側(cè)翻邊整形過程中存在側(cè)向力（模具凸模受到與沖裁方向垂直、使凸模產(chǎn)生單向彎曲力矩的作用力）。造成板料受力不均，受到側(cè)向力作用，導(dǎo)致側(cè)圍上邊梁側(cè)翻邊在整形過程中變形。

圖2 側(cè)翻邊結(jié)構(gòu)

壓料芯受力不穩(wěn)定

從圖2中可以看出，由于B處為懸空結(jié)構(gòu)，斜楔運(yùn)動(dòng)過程中，下斜楔回程時(shí)對(duì)上斜楔產(chǎn)生的反作用力集中在A點(diǎn)。側(cè)壓料芯單側(cè)符形，使其在工作時(shí)產(chǎn)生側(cè)向力（模具凸模受到與沖裁方向垂直、使凸模產(chǎn)生單向彎曲力矩的作用力），虛線表示壓料芯在受到側(cè)向力時(shí)產(chǎn)生的位移。

工作過程中，側(cè)圍外板上邊梁變形部位對(duì)應(yīng)的沖裁力為335t，受到的阻力為氮?dú)飧椎膹椓?，為?duì)應(yīng)部位沖裁力的1/3，則楔塊間的正壓力為271t，斜楔上受的側(cè)壓力為110t，螺栓強(qiáng)度等級(jí)為10.9的螺栓的抗拉強(qiáng)度為1000MPa，抗剪強(qiáng)度σ為900MPa，M16螺栓有效面積As為157mm2，則M16螺栓的抗剪能力為141300kg?，F(xiàn)每根螺栓受到的側(cè)向力F側(cè)為22t=22000kg＞141300kg。由于模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理，造成壓料芯受力不穩(wěn)定，使制件產(chǎn)生變形。

壓芯螺栓強(qiáng)度不夠

在斜楔工作過程中，壓料芯受到的力為設(shè)備的沖裁力和下斜楔的反作用力，而在卸載過程中僅受到下斜楔的反作用力，在拉伸方向上的受力為F，壓料芯受到的沖裁力為223t，現(xiàn)模具上安裝的螺栓規(guī)格為M16，有效截面積為157mm2，所受載荷超出M16自身容許載荷，導(dǎo)致螺栓斷裂（圖3）。

圖3 壓芯螺栓

工藝改進(jìn)

增加鑲塊

將鑲塊嵌入模座并放置在側(cè)向力方向上，既起阻擋凸模傾斜的作用，又能起到導(dǎo)正凸模的作用，使得側(cè)圍外板在側(cè)翻邊整形過程中受力平衡。

在側(cè)翻邊模具結(jié)構(gòu)懸空處增加鑲塊后（圖4），工藝改進(jìn)后模具在工作過程中，下斜楔傳給上斜楔的力由集中在A點(diǎn)變?yōu)锳、B兩點(diǎn)，增大了壓料芯的受力面積，使壓料芯受到的側(cè)向力減小，確保螺栓安全，在B處增加平衡塊后壓料芯受到下斜楔傳遞給上斜楔的力。增加平衡塊后壓料芯受到的側(cè)向力為80t，則每根螺栓受到的側(cè)向力F為16t＜22.05t。

圖4 優(yōu)化后模具結(jié)構(gòu)

通過計(jì)算壓芯螺栓所承受的實(shí)際載荷，將螺栓規(guī)格由M16換成M20，提高壓芯螺栓的強(qiáng)度，保證模具工作時(shí)壓料芯受力的穩(wěn)定性。

結(jié)束語

合理的模具結(jié)構(gòu)能使模具工作時(shí)受力均勻，不易偏載，應(yīng)力集中小。模具設(shè)計(jì)的原則是保證足夠的強(qiáng)度、剛度、同心度、對(duì)中性和合理的凸凹模間隙，并減少應(yīng)力集中，以保證由模具生產(chǎn)出來的制件符合設(shè)計(jì)要求。本文中通過對(duì)翻邊模具的結(jié)構(gòu)改進(jìn)，解決了側(cè)圍外板側(cè)翻邊整形時(shí)的變形問題，降低了制造成本，同時(shí)保證了生產(chǎn)效率。