冷沖模角度導板的仿真與試驗研究

韋榮發(fā)，梁勝斌，麥育智

（上汽通用五菱汽車股份有限公司，廣西 柳州545005）

冷沖模角度導板的仿真與試驗研究

韋榮發(fā)，梁勝斌，麥育智

（上汽通用五菱汽車股份有限公司，廣西 柳州545005）

針對汽車覆蓋件冷沖模角度導板磨損導致制件表面凹印等缺陷，對目前通用導板的結(jié)構設計進行改進，在原工作面基礎上嵌入滾輪并增加相應的潤滑方式。利用UG和ADAMS建立虛擬樣機模型，仿真研究運動過程的動力學響應，仿真結(jié)果表明，改進后導板工作面的摩擦力減小。生產(chǎn)對比試驗表明，相同使用工況及周期下，改進導板工作面的磨損量由2.5 mm降低至0.2 mm，制件表面凹印消除。該文可為汽車覆蓋件冷沖模的機械設計提供參考。

角度導板；磨損；仿真分析；試驗

汽車覆蓋件是汽車的關鍵組成部分，對整車的表面感知質(zhì)量具有重要意義。在汽車覆蓋件沖壓生產(chǎn)過程中，角度導板常用于模具翻邊整形機構的驅(qū)動，其導滑面的磨損易導致模具翻邊整形不到位，影響鈑金面品質(zhì)量和全尺寸合格率。為確保沖壓件面品質(zhì)量，國內(nèi)外專家學者對汽車覆蓋件沖壓模具的結(jié)構及運動時序進行了大量的理論和試驗研究。付三令[1]提出通過確保模具結(jié)構設計的合理性、壓力機的精度和變形等方法，提高模具研合率以穩(wěn)定零件尺寸。劉華剛[2]等研究汽車模具的裝配調(diào)試，總結(jié)模具沖壓過程的保養(yǎng)和維護。日本專家針對模具導板異常磨損提出了快速換裝，模塊化生產(chǎn)的理念。利用感壓片或膜片并根據(jù)其顏色深淺確認導板導向面接觸面積，磨損量達2 mm更換導板生產(chǎn)。這些研究均取得了顯著成果，為汽車沖壓模具的設計提供依據(jù)，但上述研究均從模具的結(jié)構設計、制造調(diào)試及材料成形工藝等角度出發(fā)，未涉及因模具角度導板磨損導致制件表面凹印研究。

本文從降低沖壓模具角度導板導向面的摩擦力、減少導板磨損以確保制件面品的角度出發(fā)，對目前行業(yè)通用導板進行結(jié)構改進，在平導板面上嵌入滾輪并增加相應的潤滑方式。利用UG與ADAMS軟件建立簡化虛擬樣機模型，并進行動力學仿真分析。通過生產(chǎn)對比試驗，驗證設計的合理性及可行性，以期為汽車覆蓋件沖壓模具的設計提供理論依據(jù)與技術支持。

1 角度導板的工作原理與技術改進

1.1 工作原理

目前行業(yè)通用角度導板的結(jié)構如圖1所示，整體由垂直面1和斜面2組成。導板基體為高力黃銅，表面鑲嵌用以潤滑的石墨3.模具工作過程如圖2所示，隨著上模的下行，上模導板逐步驅(qū)動下模導板運動，將壓機垂直方向的運動轉(zhuǎn)化為水平方向的運動。當上下模導板的垂直面接觸時，下模滑車伸出到位，完成制件的翻邊或整形。但由于角度導板通常為銅材料，耐磨性及散熱性能不足。同時，模具導向與斜楔運動出現(xiàn)偏差時導板導滑面承受側(cè)向力，在反復的沖擊變交載荷作用下導板工作面出現(xiàn)拉毛或異常磨損（見圖3），導致翻邊整形機構運動不到位，造成鈑金表面凹陷等缺陷，如圖4所示。

圖1 通用平導板

圖2 工作原理

圖3 導板磨損

圖4 制件凹陷

根據(jù)連續(xù)運行材料的摩擦行為（見圖5）及摩擦試驗過程（見圖6）可知，由于與對偶材料的鐵分子有相對運動，導滑摩擦過程容易出現(xiàn)拉毛甚至咬合現(xiàn)象，降低導滑面間的摩擦力可有效減少導板導向面的磨損。

圖5 連續(xù)運行材料的摩擦行為

圖6 摩擦試驗過程

1.2 技術改進

從降低工作時導板間摩擦力的角度出發(fā)，對原角度導板進行結(jié)構改進，將角度導板的斜面設計為滾輪嵌入的形式，使面與面的滑動摩擦轉(zhuǎn)換為鋼件面與滾輪軸承的滾動摩擦，降低摩擦系數(shù)，減少磨損[3-5]。其主體結(jié)構（見圖7）由斜導板1、滾輪軸承5、滾軸2、套筒7、鎖緊鍵3、墊片9及螺釘4組成。在斜面上增加三排滾輪軸承，滾輪軸承通過階梯軸固定在導板上，并通過軸肩、套筒8的壓入限制軸承的軸向偏移；滾軸用鍵鎖緊，防止其轉(zhuǎn)動和竄動。裝配時軸承中心線的連線與導滑面平行，其圓柱面與導滑面相切。凹槽底部與軸承預留0.5 mm的滾動間隙，隔板6底部呈直角加工以儲存潤滑油10，在減少軸承與基材摩擦的同時實現(xiàn)運動過程的潤滑，提高軸承使用壽命。

圖7 滾輪導板總體結(jié)構

2 ADAM建模與仿真分析

運用ADAMS軟件對其進行動力學分析，探究模具運動過程角度導板導向面的摩擦力變化規(guī)律及改進前后兩者的受力差異[6]。在UG中分別建立改進前后角度導板工作過程的簡化模型，以上下兩滑塊表征驅(qū)動導板及角度導板，以滑塊間的接觸配合模擬模具實際運行工況，并以Parasolid（*.x-t）格式導入ADAMS軟件中，如圖8所示。

圖8 改進前后仿真模型建立

為加快計算機運行速率，獲得導板導向面的運動規(guī)律曲線，改進導板只布置一排滾輪。在ADAMS中創(chuàng)建接兩導板工作時的接觸力CONTACT，并以其表征導板工作面的受力大小，忽略潤滑的影響，在上滑塊上施加一空間固定力模擬模具驅(qū)動過程[7]。設定仿真時間為2 s，步數(shù)200，除去彈性回復階段的受力，兩導板導向面間的摩擦力變化曲線如圖9所示。由仿真結(jié)果可知，在相同工況下，平導板與滾輪導板導向面的摩擦力分別為446 N與252 N，滾輪導板摩擦力減少約76%，表明滾輪式導板能有效減少導板滑配過程導向面的摩擦力。

圖9 仿真結(jié)果對比

3 試驗對比

為進一步驗證改進設計的可行性，根據(jù)標準件尺寸PQ CSPQ150-100-70實體加工滾輪導板，并將平導板與滾輪導板分別安裝在受力工況相近的兩車型頂蓋OP30翻邊整形機構上。根據(jù)零件的成形需求，兩者的成形噸位分別為15.3 t及15.1 t.試驗結(jié)果如下表1及圖10所示。

表1 改進前后對比試驗結(jié)果

圖10 改進前后磨損量及制件面品對比圖

觀察試驗結(jié)果可知，在成形噸位及沖次等相同工況條件下，平導板與滾輪導板的磨損量分別為2.5 mm與0.4 mm，滾輪導板相比平導板磨損量減少2.1 mm，沖壓件表面凹印消除。試驗結(jié)果表明，滾輪導板可將滑動摩擦轉(zhuǎn)變?yōu)闈L動摩擦，降低導板導向面的磨損，模具翻邊整形到位，確保制件表面質(zhì)量。

4 結(jié)論

（1）利用UG和ADAMS建立虛擬仿真模型，仿真結(jié)果表明，滾輪導板導向面摩擦力均值相比平導板減少約76%.

（2）生產(chǎn)試驗結(jié)果表明，在相同使用工況下，滾輪導板與平導板相比，導向面磨損量減少約2.1 mm，模具翻邊整形到位，沖壓件表面質(zhì)量良好。

（3）通過對原角度導板進行局部改進及優(yōu)化，在導向面上嵌入滾輪及潤滑油槽，可降低導板導向面的摩擦力，有效減少導向面的磨損，對沖壓件表面質(zhì)量的提升具有重要指導意義。

[1]付三令.提升汽車模具研合率的探索[J].沖模技術，2014（8）：29-34.

[2]劉華剛.汽車模具的裝配、調(diào)試與維修[M].北京：機械工業(yè)出版社，2009.

[3]陳 華.往復式機械零部件磨損特性及故障機理討論[J].裝備制造技術，2010（3）：27-29.

[4]張建華，杜大昌，陳國需，等.機械磨損部件的摩擦潤滑自修復[J].合成潤滑材料，2002，29（2）：13-16.

[5]龍 浩.工程機械零部件磨損失效和抗磨措施[J].中國高新技術企業(yè)，2011（3）：65-68.

[6]李增剛.ADAMA入門詳解與實例[M].北京：國防工業(yè)出版社，2009.

[7]吳化勇，徐秀花.基于ADAMS的球軸承受力分析[J].軸承，2009（2）：1-4.

Simulation and Experimental Study on the Angle Guide of Cold Die

WEI Rong-fa，LIANG Sheng-bin，MAI Yu-zhi
（SAIC-GM Wuling Automobile Co.，Ltd.，Liuzhou Guangxi 545005，China）

Aiming at the defects such as products surface gravure causing by the abration of the angle guide of the automobile panel cold die，the structure design of the general guide plate is optimized in this paper，which embedded the wheel on the original working surface and added the relevant lubrication method.By establishing the virtual model using UG and ADAMS，the dynamic response of the motion process is simulated.The simulation results show that the working surface friction of guide plate is reduced obviously.Production comparison test shows that in the same operating conditions and cycles，the working surface of the improved guide plate wear from 2.5mm to 0.2mm，and the surface gravure of the products was removed.This paper can provide a reference for the mechanical design of the automobile panel cold die.

angle guide；abrasion；gravure；simulation analysis；experiment

U463.82

A

1672-545X（2017）09-0108-04

2017-06-28

韋榮發(fā)（1988-），男，廣西河池人，工程師，碩士，主要研究方向：鈑金成形CAE分析與數(shù)字化制造。