尾門內(nèi)板三動拉延沖壓工藝研究

文/邵陽·賽科技術(shù)工程集團大中華區(qū)武漢分公司

尾門內(nèi)板三動拉延沖壓工藝研究

文/邵陽·賽科技術(shù)工程集團大中華區(qū)武漢分公司

邵陽，沖壓工藝工程師，主要從事新車型的沖壓工藝開發(fā)及工業(yè)化，主持完成過眾泰A00/ A11等車型沖壓工藝開發(fā)項目。參與了神龍公司T88/ T93/T91/P84的沖壓覆蓋件工業(yè)化開發(fā)。

尾門內(nèi)板是常見的三廂車型覆蓋件，造型復雜、不易成形。拉延成形的方式至關(guān)重要，很大程度上決定了沖壓工藝的成敗。本文主要闡述了某車型尾門內(nèi)板沖壓工藝方案的確定過程，包括拉延成形方式（三動拉延）的確定和工藝補充兩個方面；同時，針對生產(chǎn)現(xiàn)場調(diào)試中出現(xiàn)的問題及解決措施予以匯總說明。

尾門內(nèi)板作為常見的三廂車覆蓋件，其特點為造型復雜、成形難度大、尺寸精度要求高。拉延工藝是該類零件沖壓工藝設(shè)計的關(guān)鍵。國內(nèi)模具制造商針對尾門內(nèi)板的沖壓工藝設(shè)計研究和生產(chǎn)實踐不少，也積累了一些成熟的方法和經(jīng)驗。

近年來，為滿足消費者的多樣性、獨特性需求，各汽車廠家推陳出新，新產(chǎn)品新造型層出不窮，汽車覆蓋件也越來越復雜。同時，汽車廠家也越來越重視成本和零件質(zhì)量精度控制。常用的針對尾門內(nèi)板的沖壓工藝方法對某些造型夸張的零件已不適用，或達不到廠家對零件的成本控制及質(zhì)量精度要求，這就要求在沖壓工藝方法上作出創(chuàng)新設(shè)計。本文即以某車型尾門內(nèi)板為例，介紹三動拉延成形方式在該類零件上的應用，并對目前調(diào)試過程出現(xiàn)的問題進行了說明和總結(jié)。

零件分析

產(chǎn)品信息

本文尾門內(nèi)板的厚度為0.7mm，材料為DX56 D+Z 100 MBO，重量為5kg，理論毛坯尺寸為1660mm×1255mm，零件如圖1所示，材料參數(shù)見表1。

表1 零件材料主要參數(shù)

零件成形難點

經(jīng)過初步CAE分析及工藝規(guī)劃判斷，有以下成形難點：

⑴拉延開裂。圖2a紅圈所示位置零件造型變化陡，拉延極易開裂。若按常規(guī)思路，采用先降低拉延深度，再后序整形到位的工藝設(shè)計，其成形表面質(zhì)量不如直接拉延成形好。本文示例即為三動拉延成形到位。

⑵拉延產(chǎn)生波紋。圖2b中紅圈處由于造型下塌及周圍造形復雜、變化急劇，變形不充分也容易出現(xiàn)表面質(zhì)量缺陷。

⑶翻邊起皺。圖2c所示法蘭面區(qū)域較大，無法直接拉延成形，只能采取拉延時降低此處高度，后工序整形得到產(chǎn)品形狀。但翻邊高度較大，易產(chǎn)生表面質(zhì)量缺陷。

圖1 尾門內(nèi)板零件圖

圖2 零件成形難點

沖壓工藝性分析

拉延板料需要落料處理以滿足零件的成形，落料外形如圖3所示。

圖3 落料形狀

現(xiàn)對零件的沖壓工藝性分析介紹如下：

確定沖壓方向

在汽車坐標系下，產(chǎn)品的狀態(tài)如圖4所示，常見的拉延成形（單動拉延）沖壓方向示例如圖5所示，拉延深度較淺且均勻，與其他成形方式相比毛坯較小，后工序設(shè)計相對簡單，整套設(shè)計、制造、調(diào)試經(jīng)驗豐富。

圖4 坐標系下的產(chǎn)品狀態(tài)

圖5 常見的拉延成形沖壓方向

但本文示例零件限于沖孔及翻邊實現(xiàn)可能性，常見的拉延沖壓方向設(shè)置不適用。

因此，設(shè)置拉延沖壓方向時，零件繞+Y向旋轉(zhuǎn)-235°，用Autoform軟件檢查沖壓方向未發(fā)現(xiàn)負角。

確定拉延成形方式

根據(jù)生產(chǎn)線設(shè)備條件，拉延成形方式可采用單動拉延和三動拉延，兩種成形方式特點對比如下：

⑴單動拉延。設(shè)置有外壓料面、窗框內(nèi)壓料面，拉延深度較大，毛坯尺寸偏大，易出現(xiàn)表面質(zhì)量缺陷，但模具設(shè)計、制造相對簡單，經(jīng)驗成熟。

⑵三動拉延：設(shè)置有上、下外壓料面及獨立凹模，拉延深度淺，毛坯尺寸相對較小，材料利用率高，成形表面質(zhì)量穩(wěn)定；但模具設(shè)計、制造復雜，成本較高、調(diào)試難度大。

考慮材料利用率及零件成形質(zhì)量，本文示例采用三動拉延成形方式。

工藝補充設(shè)計

工藝補充設(shè)計的目的是均勻進料，使壓料面與上模接觸面積最大，壓料面作用力能夠得到更好的分布，毛坯在拉延過程中不容易產(chǎn)生波紋。波紋是起皺的趨勢，無波紋則表面質(zhì)量會更完美。在實際生產(chǎn)中，也可以通過改變摩擦力系數(shù)來調(diào)整拉延面的作用力大小。

完成后的三動拉延工藝補充與單動拉延工藝補充的效果對比如圖6所示。三動拉延形式的拉延深度比單動拉延降低了75mm左右，由于拉延深度降低了，毛坯走料更容易，零件內(nèi)部開裂風險減小，成形質(zhì)量更易保障，同時廢料區(qū)較少，材料利用率也得到提高。

圖6 單動拉延與三動拉延效果對比

CAE分析

確定成形方式后，對零件進行CAE分析，本文示例采用Autoform軟件。三動拉延的工具設(shè)置如圖7所示，下壓邊圈有效行程60mm，上壓邊圈與上凸模之間行程130mm，上模獨立凸模比上凸模提前20mm成形到底。

圖7 三動拉延的工具設(shè)置

CAE計算結(jié)果如圖8所示，零件總體成形充分，無明顯缺陷。

圖8 CAE分析結(jié)果

對于模具結(jié)構(gòu)及壓邊力設(shè)置，需要注意以下兩點：

⑴上模分拆獨立凸模的CAE結(jié)果較上模未分拆獨立凸模的CAE結(jié)果略好，如圖9所示。從圖9可以看到，拆分獨立凸模前，該區(qū)域變形不充分，有明顯的起皺趨勢，而拆分獨立凸模后變形充分，成形質(zhì)量變好。同時，獨立凸模的工藝補充深度要適中，成形凸R不要太大，需要反復調(diào)整工藝補充設(shè)計并進行CAE驗證，從而得到理想的結(jié)果。

圖9 上模有無獨立凸模的效果分析

⑵上、下壓邊圈的壓邊力關(guān)系。本文示例中，下壓邊力較上壓邊力大，目的是讓上凸模與上壓邊圈先成形到位，盡量多儲料以保證零件內(nèi)部成形質(zhì)量。若下壓邊力較上壓邊力小，下凹模成形前儲料不足，則成形開裂風險較大。同時，如果生產(chǎn)設(shè)備的氣墊需要考慮預加速行程，則必須保證下凸模接觸板料前，下氣墊壓力已到位。

因本文主要討論拉延成形，后工序沖壓工藝設(shè)計雖復雜但較常規(guī)，這里就不一一贅述了。

生產(chǎn)現(xiàn)場問題及解決措施

生產(chǎn)現(xiàn)場問題及解決措施

三動拉延模具設(shè)計、制造比較復雜，各種關(guān)聯(lián)因素較多，因而在生產(chǎn)現(xiàn)場還是遇到了一些問題。

尾燈處拉延開裂

尾燈處在上模獨立凸模到底時拉延開裂，如圖10所示。

圖10 尾燈處拉延開裂

原因分析：通過調(diào)試觀察，上凸模與上壓邊圈成形到底時，板料流入量與CAE分析相差太多，在下凸模成形前儲料不足導致拉延開裂。又查模具圖紙及現(xiàn)場實物得知，上壓邊力設(shè)計為90t，比CAE分析壓邊力70t多出20t。上壓邊力過大，導致板料流動困難及拉延開裂。

解決方案：參照CAE分析，減少上壓邊圈氮氣缸數(shù)量以減小上模壓邊力至70t，同時適當降低尾燈處外壓料面的拉延筋高度，開裂問題得到解決。

獨立凸模處拉延開裂

上模獨立凸模與上凸模分型處拉延開裂，如圖11所示。

圖11 上模獨立凸模處拉延開裂

原因分析：產(chǎn)品該處R角過小，成形過程中材料變薄過快，導致拉延開裂。

解決方案：放大該處R角，通過后工序整形得到產(chǎn)品形狀。經(jīng)CAE分析及現(xiàn)場驗證，開裂問題得到解決。需要注意的是，采取放大R角的措施，要保證與周圍區(qū)域的過渡自然、平緩，避免次生缺陷。

結(jié)束語

前期的沖壓工藝設(shè)計對零件的最終質(zhì)量起到關(guān)鍵作用，但汽車覆蓋件種類繁多，成形難度各異，不同零件的沖壓工藝設(shè)計的成形工藝要求也不同，因而需要具體問題具體分析，全面考慮，選擇最優(yōu)的沖壓工藝方案，以達到最理想的成形效果。本文所采用的三動拉延工藝方式在生產(chǎn)實際中取得了不錯的效果，得到了客戶的認可。當然也遇到了一些問題，這正需要我們積極思考，解決問題，積累經(jīng)驗，在總結(jié)中不斷優(yōu)化創(chuàng)新，為以后類似零件沖壓工藝設(shè)計提供技術(shù)理論和實踐支撐。