基于一套多工位模具生產(chǎn)兩種縱臂產(chǎn)品的回彈補(bǔ)償研究

文/袁安剛，于占濤，王立新·吉林省元隆達(dá)工裝設(shè)備有限公司

基于一套多工位模具生產(chǎn)兩種縱臂產(chǎn)品的回彈補(bǔ)償研究

文/袁安剛，于占濤，王立新·吉林省元隆達(dá)工裝設(shè)備有限公司

本文針對一套多工位模具生產(chǎn)兩種高強(qiáng)板材質(zhì)縱臂產(chǎn)品的回彈補(bǔ)償問題，利用AutoForm_R6強(qiáng)大的仿真功能，通過克隆補(bǔ)償模塊，實(shí)現(xiàn)制件補(bǔ)償，數(shù)模重構(gòu)。該方法可以有效預(yù)測和解決汽車覆蓋件的回彈缺陷問題，同時(shí)利用多工位模具高效、節(jié)能的設(shè)備優(yōu)勢，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)兩種車產(chǎn)品的功能。

汽車覆蓋件特別是底盤件多為高強(qiáng)板、厚板的沖壓件，如控制臂、扭力梁、縱臂等。縱臂作為車身懸掛系統(tǒng)的重要組成部分，其材質(zhì)抗拉強(qiáng)度大，零件尺寸小，成形困難，回彈補(bǔ)償難度大，同時(shí)多款車型共用一個(gè)底盤平臺，匹配區(qū)域多的特點(diǎn)使其在整車底盤制造中占據(jù)著較重的分量，也是整車沖壓件中對沖壓工藝水平要求較高的一類零件。

圖1產(chǎn)品A與產(chǎn)品B黃色圓圈所示位置均為RPS點(diǎn)，產(chǎn)品A共13個(gè)RPS點(diǎn)，產(chǎn)品B共12個(gè)RPS點(diǎn)；紅色面為兩種產(chǎn)品不同區(qū)域主基準(zhǔn)孔大小不同，縱臂搭接區(qū)域匹配型面公差為±0.3mm。因此縱臂設(shè)計(jì)時(shí)，前期回彈補(bǔ)償至關(guān)重要。

圖1 產(chǎn)品A與產(chǎn)品B

工藝規(guī)劃

首先在多工位模具的最后工序上通過替換與拆卸修沖模塊，基于產(chǎn)品A與產(chǎn)品B的生產(chǎn)，如圖2所示。其次根據(jù)客戶落料機(jī)臺參數(shù)及其落料模設(shè)計(jì)要求（圖3），降低搭邊值(min:7.0mm)，優(yōu)化排樣，將材料利用率優(yōu)化到最大值的54.9%。

全工序模擬

圖2 紅色線框內(nèi)為替換與拆卸的修沖模塊

圖3 落料排樣模塊

前期通過縝密的工藝規(guī)劃，消除零件邊界主應(yīng)變超差，產(chǎn)品局部區(qū)域開裂，以保證沖壓工藝的合理性，實(shí)際模具制造和調(diào)試、零件生產(chǎn)的順利實(shí)現(xiàn)。同時(shí)成形與整形的壓板力、每工序的定位器位置在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)必須與CAE分析保持一致。料片大小、軋制方向等按照落料排樣狀態(tài)用于CAE分析。使用AutoForm_R6版本進(jìn)行全工序模擬分析時(shí)，修邊工序設(shè)置開啟Cutting with Tools模式，這樣更加貼近現(xiàn)場調(diào)試狀態(tài)，每工序后需設(shè)計(jì)回彈狀態(tài)評估，（回彈模塊設(shè)置采用自由回彈、約束回彈、真實(shí)測量相結(jié)合的方式）。產(chǎn)品A和B的成形性狀態(tài)如圖4所示。

圖4 產(chǎn)品A和B的成形性狀態(tài)

回彈評估與補(bǔ)償

全工序模擬仿真完成后，得到回彈后的零件，對其進(jìn)行正確的回彈評估非常的重要，這是我們制定和優(yōu)化測量方案以及制定、優(yōu)化和評價(jià)補(bǔ)償方案的基礎(chǔ)。在實(shí)際生產(chǎn)中設(shè)備和材料參數(shù)存在一定的波動(dòng)，所以基于生產(chǎn)商最終實(shí)際生產(chǎn)使用材質(zhì)參數(shù)用于AutoForm_R6仿真模擬，對于回彈穩(wěn)健性分析至關(guān)重要，因此零件不能開裂、起皺和回彈波動(dòng)范圍不能過大也不能超過中值。前期優(yōu)化穩(wěn)健性分析時(shí)，要求最大失效(Max Failure)0.8、最大變薄率(Thinning)-0.19、主應(yīng)變(Major Strain)0.18、平衡迭代次數(shù)(Equilibrium iterations)≤40。通過對全工序件CAE回彈分析，前后兩端回彈嚴(yán)重，超差最大值約為：-4.5mm，前端平面發(fā)生扭曲回彈，同軸孔區(qū)域最大回彈值約為：-3.7mm（圖5）。

圖5 產(chǎn)品A和B自由回彈評估

通過細(xì)化工藝規(guī)劃，使工序過程保持穩(wěn)健性，進(jìn)而采用AutoForm_R6回彈補(bǔ)償模塊進(jìn)行模具型面的迭代補(bǔ)償，因?yàn)榈谝淮纬尚尾捎肅rashform模塊成形，成形模具型面無需進(jìn)行縮放；修邊工序壓板與凸模局部型面相對應(yīng)凹圓角逃空開，工程數(shù)模為原產(chǎn)品數(shù)模，降低對回彈的影響，回彈補(bǔ)償策略如圖6所示。即整形前制件回彈全局補(bǔ)償?shù)匠尚喂ば?，最終制件回彈非翻邊面回彈量補(bǔ)償?shù)匠尚喂ば?，成形工序回彈補(bǔ)償系數(shù)設(shè)為1.5，翻邊工序回彈補(bǔ)償系數(shù)設(shè)為1.0，進(jìn)行3次迭代補(bǔ)償后結(jié)果如圖7所示。

圖6 回彈補(bǔ)償策略

圖7 迭代補(bǔ)償后產(chǎn)品回彈效果

基于常用CAD軟件對回彈補(bǔ)償曲面重構(gòu)，對AutoForm_R6成形工序與翻邊工序補(bǔ)償向量直接進(jìn)行全數(shù)據(jù)重構(gòu)；同時(shí)依據(jù)產(chǎn)品要求對變形后局部型面作特殊公差處理。最終補(bǔ)償型面成形工序最大補(bǔ)償量約為11.0mm，翻邊工序最大補(bǔ)償量約為1.0mm，補(bǔ)償量對比如圖8所示。

將最終補(bǔ)償數(shù)據(jù)重新代入AutoForm_R6分析驗(yàn)證回彈，兩種產(chǎn)品回彈結(jié)果，產(chǎn)品B局部0.92mm超差區(qū)域，因?yàn)樵趯?shí)現(xiàn)另一種產(chǎn)品時(shí)，對應(yīng)產(chǎn)品區(qū)域修邊后，應(yīng)力釋放造成該區(qū)域回彈，因此在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)修邊工序采用壓板整形，同時(shí)在翻邊區(qū)域鑲塊預(yù)留補(bǔ)償整改量。待現(xiàn)場出件后根據(jù)實(shí)際狀態(tài)調(diào)整此處超差區(qū)域。

圖8 最大補(bǔ)償量數(shù)據(jù)對比圖

回彈補(bǔ)償驗(yàn)證與質(zhì)量提升

多工位模具在制造加工誤差和邊界的偏差也可能影響回彈的最終結(jié)果，所以在數(shù)控加工過程中減少刀具更改，每套模具加工完成后必須進(jìn)行ATOS光學(xué)掃描，對比加工數(shù)據(jù)（圖9），降低制造誤差，基于精準(zhǔn)的數(shù)控加工，可以有效的避免型面及模具加工誤差和偏差，提高產(chǎn)品質(zhì)量，降低調(diào)試成本。

圖9 上、下模與加工數(shù)模對比數(shù)據(jù)

中期調(diào)試過程中嚴(yán)格按照CAE仿真結(jié)果理論壓力、制件的定位位置，機(jī)械手工作區(qū)合理避讓，調(diào)整制件狀態(tài)，同時(shí)滿足聯(lián)合安裝出件條件，驗(yàn)證前期回彈補(bǔ)償后局部超差區(qū)域?qū)嶋H制件狀態(tài)，結(jié)果與理論分析趨勢一致，啟動(dòng)備用補(bǔ)償策略，在翻邊序調(diào)整工程數(shù)模。產(chǎn)品A ATOS掃描結(jié)果，與前期分析趨勢一致，最大回彈量0.75mm；產(chǎn)品B ATOS掃描結(jié)果，與前期預(yù)判分析趨勢一致，紅色線框內(nèi)回彈值為1.02mm，理論分析回彈值為0.9mm（圖10），啟動(dòng)預(yù)備補(bǔ)償方案，基于翻邊序數(shù)模，調(diào)整紅色、藍(lán)色線框區(qū)域，加量0.5mm補(bǔ)償數(shù)模。

圖10 產(chǎn)品ATOS掃描結(jié)果

調(diào)整整形數(shù)模后，制件三坐標(biāo)檢測狀態(tài)如圖11所示，產(chǎn)品A型面最大回彈值為0.64mm，合格率為93.5%，產(chǎn)品B型面最大回彈值為0.77mm，合格率為92.68%。

結(jié)束語

圖11 產(chǎn)品A、B三坐標(biāo)檢測數(shù)據(jù)

基于一套多工位模具，生產(chǎn)兩種不同車型的縱臂產(chǎn)品，不僅降低了模具的開發(fā)成本，還提高了多工位機(jī)臺的利用率，突出了多工位機(jī)臺高效率的特點(diǎn)。同時(shí)，對于采用高強(qiáng)板材質(zhì)的縱臂而言，前期的工藝規(guī)劃需要充分考慮機(jī)臺設(shè)備參數(shù)，回彈補(bǔ)償也是決定質(zhì)量的重要因素，在整個(gè)項(xiàng)目研究過程中，發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品質(zhì)量不僅需要準(zhǔn)確的模擬仿真和有效的補(bǔ)償策略，現(xiàn)場調(diào)試人員的細(xì)致調(diào)整對質(zhì)量的結(jié)果也起到關(guān)鍵作用。只有在調(diào)試鉗工細(xì)致的調(diào)整下，才能保證縱臂的成功回彈補(bǔ)償。最終在預(yù)定的項(xiàng)目工期，達(dá)到客戶產(chǎn)品質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，模具交付工作順利完成。

（感謝德國本特勒公司的工程師和吉林元隆達(dá)工裝設(shè)備有限公司的所有工程師和工作人員參與此項(xiàng)目。）

袁安剛，畢業(yè)于長春理工大學(xué)國家納米操縱與制造國際聯(lián)合中心，主要從事沖壓工藝設(shè)計(jì)，參與設(shè)計(jì)完成的項(xiàng)目有德國本特勒縱臂、大眾輪罩外板、大眾側(cè)圍內(nèi)板、一汽轎車前縱梁等產(chǎn)品。