高復(fù)雜度轎車橫梁多工位傳遞模排樣設(shè)計(jì)

羅 林，黃昭明，沈現(xiàn)青，舒滿征，芮平平

(1.安慶職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電工程系，安徽 安慶 246003； 2.皖江工學(xué)院機(jī)械工程學(xué)院，安徽 馬鞍山 243031；3.合肥職業(yè)技術(shù)學(xué)院交通工程學(xué)院，合肥 238000； 4.安慶市外國(guó)語(yǔ)學(xué)校，安徽 安慶 246003)

0 引言

多工序排樣設(shè)計(jì)是多工位級(jí)進(jìn)模設(shè)計(jì)的關(guān)鍵[1-3]。排樣圖的優(yōu)化與否，不僅關(guān)系到材料的利用率、制件的精度、模具制造的難易程度和使用壽命等，而且直接關(guān)系到模具各工序加工的協(xié)調(diào)與穩(wěn)定[4-5]。

目前所公開(kāi)文獻(xiàn)與資料表明，轎車車身鈑金件多工位級(jí)進(jìn)模排樣設(shè)計(jì)，一般采用兩種基本設(shè)計(jì)方法：第一種是在針對(duì)規(guī)則的簡(jiǎn)單制件排樣時(shí)，根據(jù)沖壓件圖紙計(jì)算出展開(kāi)尺寸，然后進(jìn)行各種方式的排樣，再?gòu)膸追N排樣方式中選擇一種最佳方案[6-8]；第二種是針對(duì)較為復(fù)雜的曲面制件排樣時(shí)，使用有限元仿真軟件對(duì)初始排樣進(jìn)行數(shù)值模擬分析與優(yōu)化，直到仿真結(jié)果達(dá)到產(chǎn)品零件圖的公差要求后再確定最終的排樣圖[9]。若初始排樣不合理則加大了后期仿真分析與優(yōu)化的難度，即使克服困難獲得了合格的模擬結(jié)果，也會(huì)因?yàn)閿?shù)值模擬技術(shù)無(wú)法真實(shí)地替代模具試模過(guò)程而導(dǎo)致模具調(diào)試工作量較大。

現(xiàn)有的方法在很大程度上制地約了高復(fù)雜度車身鈑金件多工位傳遞模制造水平的提高，加大了模具調(diào)試的成本投入，也影響了產(chǎn)品生產(chǎn)的效率。為了解決所面臨的技術(shù)問(wèn)題，從初始排樣設(shè)計(jì)出發(fā)提供一種高復(fù)雜度車身鈑金件多工位傳遞模排樣。

1 零件結(jié)構(gòu)與成形分析

如圖1所示，轎車橫梁是一個(gè)多形孔、多翻邊的開(kāi)口盒形件，其外形尺寸為440 mm×200 mm×270 mm。依據(jù)零件的結(jié)構(gòu)特征，該制件成形工序包含沖裁、沖孔、成形、拉延、修邊、翻邊、斜楔翻邊、斜楔沖孔、斜楔修邊及整形。在多工序沖壓過(guò)程中，要保證多形孔與多翻邊的形位精度，首先需要拉延出高質(zhì)量的盒形件；然后盡可能布置較少的工位完成各形孔與各翻邊的沖壓成形；最后還應(yīng)合理應(yīng)用整形工序來(lái)修正制件形面精度。在整個(gè)沖壓成形過(guò)程中，各工位的合理定位是保證多形孔、多翻邊形位精度基礎(chǔ)。

圖1 轎車橫梁三視圖與正等測(cè)圖

2 制件排樣設(shè)計(jì)

2.1 排樣方案分析

根據(jù)廠家沖床參數(shù)與要求并考慮到制件的尺寸與復(fù)雜度，不宜采用一模成形而改用多工位傳遞模形式，采用4套模具共12工序完成制件的沖壓成形。具體成形方案見(jiàn)表1所列，第1套為落料模，應(yīng)用車身鈑金件傳遞模沖裁工位逆向設(shè)計(jì)方法獲取沖壓料片形狀[10]；第2～4套多工位傳遞模，分別設(shè)計(jì)布置了1個(gè)工位的斜楔機(jī)構(gòu)，目的是能夠保證模具的整體尺寸不至過(guò)大，應(yīng)用UG三維建模軟件設(shè)計(jì)的轎車橫梁12工序排樣圖，如圖2所示。

表1 轎車橫梁成形方案規(guī)劃

1.沖裁；2.拉延；3.修邊和沖孔；4、6、9、10.翻邊；5.斜楔沖孔和斜楔修邊；7.成形和翻邊；8、11.斜楔翻邊；12.沖孔和整形圖2 轎車橫梁12工序排樣圖

2.2 關(guān)鍵工位設(shè)計(jì)方法

為減少傳遞模中沖裁工位的修模時(shí)間和模具調(diào)試時(shí)間，縮短車身開(kāi)發(fā)周期，轎車橫梁沖裁工位應(yīng)用車身鈑金件傳遞模沖裁工位逆向設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)[10]，其流程圖如圖3所示。該方法分為兩步：第一步采用試錯(cuò)激光料片進(jìn)行試模，獲得最終的試沖制件；第二步根據(jù)最終的試沖制件逆向設(shè)計(jì)沖裁工位。轎車橫梁沖裁模的沖裁形狀是依據(jù)3次試錯(cuò)后獲得的料片形狀。

2.3 排樣工藝分析

轎車橫梁各工序的三維UG設(shè)計(jì)圖，如圖4所示。圖4(a)為沖裁工序，為了拉延工序的定位需要沖制兩個(gè)定位孔1作初始定位，應(yīng)用激光料片形狀反向設(shè)計(jì)沖裁工位；圖4(b)為拉延工序，應(yīng)用定位銷2配合前一工序的定位孔1作拉延定位，可以拉延出高質(zhì)量的開(kāi)口形免修邊盒形件；圖4(c)為修邊與沖孔工序，應(yīng)用定位銷配合兩端定位塊3作沖孔5和修邊6定位；圖4(d)為翻邊工序，拉延后做局部翻邊不影響孔位的位置精度；圖4(e)、(h)和(k)為斜楔沖孔與斜楔修邊工序，分別以定位銷10、17和26定位，應(yīng)用斜楔機(jī)構(gòu)作斜楔沖孔9和19、斜楔修邊12和斜楔翻邊24；圖4(f)、(i)和(j)為翻邊工序，翻轉(zhuǎn)制件為翻邊預(yù)留出回彈補(bǔ)償余量，否則90°彎曲無(wú)法補(bǔ)償回彈，翻轉(zhuǎn)角度按仿真參數(shù)確定；圖4(l)為翻邊工序，翻轉(zhuǎn)制件并按零件圖沖制兩個(gè)孔29，應(yīng)用定位銷28配合沖制的孔定位制件，然后對(duì)零件局部整形27，獲得精確的零件形狀。轎車橫梁的12工序排樣圖如圖4所示。

圖3 沖裁工位逆向設(shè)計(jì)方法流程圖

(a)第1工序沖裁

(b) 第2工序拉延

(c)第3工序修邊與沖孔

(d)第4工序翻邊

(e) 第5工序斜楔沖孔與斜楔修邊

(f)第6工序翻邊

(g)第7工序成形與翻邊

(h)第8工序斜楔翻邊

(i)第9工序翻邊

(j)第10工序翻邊

(k)第11工序斜楔翻邊

(l)第12工序沖孔與整形1.定位孔；2、4、10、16、17、21、23、26、28.定位銷；3.定位塊；5、29.沖孔；6.修邊；7.沖頭；8、13、15、20、22.翻邊；9.斜楔沖孔；11、18、25.斜楔運(yùn)動(dòng)方向；12.斜楔修邊；14.成形；19、24.斜楔翻邊；27.整形圖4 轎車橫梁各工序三維UG設(shè)計(jì)圖

3 排樣工藝驗(yàn)證

根據(jù)上述所設(shè)計(jì)的轎車橫梁12工序排樣，建立有限元模型進(jìn)行數(shù)值模擬，調(diào)整后獲得了合格的數(shù)值模擬結(jié)果，設(shè)計(jì)制造出4套傳遞模，試模是在江蘇海鍛630 t的沖床上進(jìn)行的，所用材料為HC400LA，厚度為0.8 mm。圖5所示為實(shí)沖零件的正反面，該零件的外觀質(zhì)量好，表面光滑，無(wú)起皺、破裂的現(xiàn)象發(fā)生，關(guān)鍵成形部位的成形質(zhì)量完全符合檢具和三坐標(biāo)儀的檢驗(yàn)。實(shí)踐表明，高復(fù)雜度轎車橫梁多工位傳遞模排樣的合理設(shè)計(jì)，可以減小后期板料成形數(shù)值模擬的工作難度與模具調(diào)試工作量。

圖5 實(shí)沖零件正反面

4 結(jié)語(yǔ)

在多工序沖壓過(guò)程中，要保證多形孔與多翻邊的形位精度，首先需要拉延出高質(zhì)量的盒形件；然后盡可能布置較少的工位完成各形孔與各翻邊的沖壓成形；最后還應(yīng)合理應(yīng)用整形工序來(lái)修正制件形面精度。所設(shè)計(jì)轎車橫梁排樣為12工序，分別為：第1工序?yàn)闆_裁，第2工序?yàn)槔?，?工序?yàn)樾捱?沖孔，第4工序?yàn)榉?，?工序?yàn)樾毙_孔&斜楔修邊，第6工序?yàn)榉?，?工位為成形&翻邊，第8工序?yàn)樾毙ǚ?，?工序?yàn)榉?，?0工序?yàn)榉叄?1工序?yàn)樾毙ǚ?，?2工序?yàn)闆_孔&整形。通過(guò)實(shí)沖試驗(yàn)驗(yàn)證了所設(shè)計(jì)的轎車橫梁12工序排樣符合生產(chǎn)實(shí)踐要求。