背門內(nèi)板淺成型工藝開發(fā)與模具設(shè)計(jì)

劉磊

柳州福臻車體實(shí)業(yè)有限公司 廣西柳州市 545006

背門內(nèi)板是汽車覆蓋件中關(guān)鍵零件之一，有成型難度高，材料利用率低等問題，如何提高背門內(nèi)板的零件質(zhì)量，以及通過提高材料利用率降低制造成本，這是汽車設(shè)計(jì)開發(fā)和模具開發(fā)者面臨的一大問題。本文主要介紹淺拉延在背門內(nèi)板零件上的應(yīng)用，利用CAE分析軟件，確保零件成品質(zhì)量的前提下提高背門內(nèi)板材料利用率，降低生產(chǎn)制造成本。

1 零件成型工藝分析

下圖所示為汽車背門內(nèi)板的零件數(shù)模，材質(zhì)為CA-DC05-FD-Q/JDJ-GY66-2015，料厚0.7mm，零件外形尺寸為：1390mm x 1220mm x 320mm，主機(jī)廠對(duì)材料利用率要求為56%，鑒于之前對(duì)背門內(nèi)板的統(tǒng)計(jì)分析來看，材料利用率基本在50%左右，距離客戶的要求56%還差的比較遠(yuǎn)，如果用傳統(tǒng)的拉延方式，必然達(dá)不成客戶的要求，在此基礎(chǔ)上考慮采用淺拉延提高材料利用。

1.1 前期的零件數(shù)模分析評(píng)估

①根據(jù)經(jīng)驗(yàn)分析，此零件風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)最大的位置在窗框位置的膠條密封面上，此處零件形狀呈V型，工藝性差，容易產(chǎn)生起皺問題，密封面質(zhì)量要求高，因在此位置的數(shù)模必須細(xì)化，在保證零件各方面要求的前期下，經(jīng)過CAE軟件模擬分析，對(duì)零件的形狀、尺寸、精度要求等提出合理化建議，CAE分析的結(jié)果如下圖：

②根據(jù)CAE分析結(jié)果，圖示出在密封面局部R處造型急劇，加大起皺風(fēng)險(xiǎn)，提出工程變更申請(qǐng)書（ECR，engineering change report）進(jìn)行設(shè)變，更改零件造型，消除尖角平順處理型面，通過過程查看發(fā)現(xiàn)，此兩處起皺在成型過程已經(jīng)出現(xiàn)，另外針對(duì)數(shù)模的一些不合理的地方提出的ECR，做出設(shè)變數(shù)模，做CAE分析驗(yàn)證，確保有效改善。ECR是前期數(shù)模溝通的重要手段，用來消除數(shù)模開發(fā)的一些工藝不合理問題，為后期模具開發(fā)制造提供保障。詳見下圖：

1.2 零件工藝補(bǔ)充與CAE模擬分析

①要達(dá)成57%的材料利用率，此零件的拉延補(bǔ)充部分要盡量少，因此選用了淺成型拉

延，壓料面高過零件最低點(diǎn)，盡量抬高壓料面，上模增加外壓邊圈，在凹模接觸料前開始?jí)毫?，確保拉延穩(wěn)定性，具體工藝補(bǔ)充面如下圖所示：

②CAE分析設(shè)置如下，比普通的拉延相比，上模增加了周圈壓料，上壓料板Pad壓力設(shè)為定值20T，內(nèi)壓邊圈壓力40T，外壓邊圈壓力100T，摩擦系數(shù)0.17；

③經(jīng)過多次計(jì)算驗(yàn)證，最終得到了一個(gè)最優(yōu)化的結(jié)果，并在最優(yōu)化結(jié)果的基礎(chǔ)上進(jìn)行極限CAE分析，使得零件的CAE分析狀態(tài)在規(guī)定的一個(gè)區(qū)間內(nèi)保持穩(wěn)定，利于后期現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試經(jīng)過優(yōu)化后的CAE，窗框起皺風(fēng)險(xiǎn)部分在成型過程中的起皺現(xiàn)象消除，處于一個(gè)可控的范圍。

2 拉延模具結(jié)構(gòu)

根據(jù)CAE分析結(jié)果和工藝排布，整體布置結(jié)構(gòu)見如下圖所示：

模具外形尺寸：2560mm x 2120mm x 1100mm。

模具材料：內(nèi)壓邊圈、凸模、外壓邊圈、壓料板、凹模采用TGC600材質(zhì)，局部表面淬火，熱處理硬度50HRC以上，下模座采用HT300鑄鐵材質(zhì)。

力源與行程：上模壓料板Pad采用氮?dú)鈴椈勺鳛榱υ?，壓料力大小?0T，行程為100mm，下模內(nèi)與外壓邊圈采用機(jī)床的頂桿作為力源，壓邊力大小為140T，行程為120mm。

限位方式：上壓料板采用側(cè)銷作為工作和安全限位，下壓邊圈采用等高套筒加螺桿作為安全限位，上模壓力源采用的氮?dú)鈴椈纱?lián)，方便后期制作對(duì)壓料力的控制，以及生產(chǎn)過程中監(jiān)控壓料力，見上右圖所示。

3 實(shí)際零件狀態(tài)

現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際制作出來的零件經(jīng)過調(diào)試，零件面品沒有問題，密封面無起皺現(xiàn)象，零件合格率95.5%按時(shí)交付客戶，到達(dá)客戶處生產(chǎn)狀態(tài)穩(wěn)定。零件材料利用率達(dá)到57.8%，超額達(dá)成既定目標(biāo)。

4 結(jié)語

通過對(duì)汽車背門內(nèi)板的數(shù)模分析設(shè)變、CAE工藝分析，通過三動(dòng)淺成型拉延的方式，在保證板件品質(zhì)的基礎(chǔ)上提供了材料利用率，這種方式為其他車型的背門內(nèi)板、轎車的尾箱內(nèi)板以及其他覆蓋件的拉延提供了新的思路參考。