車門內(nèi)板沖壓工藝設(shè)計(jì)與成形分析

安徽江淮汽車股份有限公司 楊誼麗

車門內(nèi)板是重要的車身覆蓋件,車門內(nèi)板與加強(qiáng)板及窗框焊接后形成車門內(nèi)板總成，再與車門外板包邊形成車門包邊總成。車門內(nèi)板法蘭面精度對(duì)包邊總成的精度起到至關(guān)重要的作用，因此直接影響車門包邊總成與翼子板及側(cè)圍相匹配的間隙、面差質(zhì)量。車門內(nèi)板上安裝有內(nèi)飾板、密封膠條、門鎖、玻璃升降器等，孔位多達(dá)七十余個(gè)，焊接面及安裝面較多,因此車門內(nèi)板的孔位、型面精度對(duì)整個(gè) 車門的功能性影響重大。車門內(nèi)板拉深深度深，且多為激光拼焊板，成型條件極為嚴(yán)苛，模具調(diào)試周期較長(zhǎng)。左、右車門內(nèi)板三維數(shù)模圖如圖1所示。

圖1 車門內(nèi)板

一、工藝設(shè)計(jì)

工藝設(shè)計(jì)主要對(duì)產(chǎn)品件進(jìn)行初步的工序排布和結(jié)構(gòu)布局，核算坯料尺寸、模具尺寸和機(jī)床噸位，并體現(xiàn)在工藝規(guī)劃書中。

1.沖壓方向

在進(jìn)行工藝設(shè)計(jì)時(shí)首先要確定沖壓方向，拉延模沖壓方向的確定尤為重要，因?yàn)槠潢P(guān)系到拉延模面的補(bǔ)充和零件的面品質(zhì)量。車門內(nèi)板零件形狀規(guī)則，各處拉延深度基本一致，因此其沖壓方向?yàn)檐嚿碜鴺?biāo)系的Y向。

2.工序排布

該車門為分體式車門，可以采用左右合模拉延，既能提高材料利用率還能提高生產(chǎn)效率。因車門拉深深度較深，側(cè)壁及凸模圓角極易產(chǎn)生開(kāi)裂、暗傷，同時(shí)為了便于法蘭面精度調(diào)試的方便性，在拉延和修邊工序后安排對(duì)全周法蘭面的整形，整形量10mm。該車門內(nèi)板的工序排布內(nèi)容為：OP10拉延——OP20切邊/沖孔——OP30整形——OP40沖孔/側(cè)沖孔/分切。圖2為整形量示意圖，圖3為整形區(qū)域示意圖。

圖2 整形量示意圖

圖3 整形區(qū)域示意圖

3． 坯料尺寸

在零件的長(zhǎng)度和寬度方向上分別選取線長(zhǎng)最長(zhǎng)的截面，如圖4所示，測(cè)量A、B、C值，并按照如下公式計(jì)算坯料的長(zhǎng)度和寬度：

L(W)=A+B+C+E+D+20其中E=5mm～7mm，D=20mm～30mm；

圖4

測(cè)量零件的長(zhǎng)、寬、高尺寸后預(yù)估坯料尺寸，長(zhǎng)度1020mm，寬度770mm，高度90mm。

坯料長(zhǎng)度L=2×零件寬度+2×零件高度+分切距離+工藝補(bǔ)充長(zhǎng)度=2×770+2×90+40+120=1880mm，坯料寬度W=零件長(zhǎng)度+2×零件高度+工藝補(bǔ)充長(zhǎng)度=1080+2×90+160=1420mm。最終得到車門內(nèi)板坯料尺寸為1880mm×1420mm。

4． 模具尺寸

根據(jù)坯料尺寸和各工序內(nèi)容計(jì)算各工序模具尺寸，計(jì)算方法可參考表1。

表1 模具尺寸計(jì)算

二、工藝審查

對(duì)車門內(nèi)板三維數(shù)模的沖壓工藝性進(jìn)行分析，對(duì)其成形性、生產(chǎn)性、經(jīng)濟(jì)性、品質(zhì)及模具的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度進(jìn)行分析確認(rèn)，并針對(duì)發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題提交《工程變更申請(qǐng)單》（ECR）給產(chǎn)品設(shè)計(jì)人員。如圖5左圖所示揚(yáng)聲器安裝孔“a”距離拼焊縫距離太近，拉延后孔很可能落在拼焊縫上影響孔的安裝，因此孔“a”需要向遠(yuǎn)離拼焊縫的方向移動(dòng)5mm，使其距離拼焊縫的距離大于25mm。如圖5右圖所示凸模R角局部型面變化急劇，拉延易開(kāi)裂，需要將圓角過(guò)渡光順，避免局部凸點(diǎn)。

圖5 ECR

三、品質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)制定

品質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)文件對(duì)零件的定位系統(tǒng)、測(cè)量方式、測(cè)量公差進(jìn)行定義，是指導(dǎo)模檢具設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)和測(cè)量文件編制的的基礎(chǔ)文件。

如圖6為車門內(nèi)板定位系統(tǒng)示意圖，采用2個(gè)定位孔和四個(gè)定位面定位，主定位孔控制X向，次定位孔控制Z向，定位面A1-A4控制Y向。車門內(nèi)板單件定位系統(tǒng)與焊接總成及包邊總成定位系統(tǒng)一致，保證沖壓、焊接、包邊工序定位及檢測(cè)定位的一致性，避免累積誤差的產(chǎn)生。

圖6 車門內(nèi)板定位系統(tǒng)

如圖7所示，包邊面1、包邊面3包邊后分別與翼子板及后門配合，其面差精度直接影響外觀匹配質(zhì)量的好壞，因此除了控制面差為-0.5～+0.5mm，還需要控制每條包邊面的極差不超過(guò)0.5mm。包邊面3與側(cè)圍門檻配合，產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)通常車門下部和側(cè)圍門檻會(huì)存在段差，因此只需要控制包邊面3的面差為-0.5～+0.5mm，而不需要控制極差。該車門為分體式車門，門框通過(guò)點(diǎn)焊和弧焊與車門內(nèi)板總成連接，如圖所示的A、B區(qū)為弧焊區(qū)，弧焊區(qū)為U形面，該區(qū)域與門框匹配精度要求較高，若U形面開(kāi)口較小則門框放不到位，影響門框面查；若U形面開(kāi)口較大則弧焊量大，弧焊變形嚴(yán)重，也會(huì)影響窗框面差，因此門框弧焊面面差設(shè)置為-0.3～+0.3mm。

圖7 車門內(nèi)板關(guān)鍵面示意圖

四、壓料面和工藝補(bǔ)充面設(shè)計(jì)

合理的壓料面形狀可以確保拉延過(guò)程板料不開(kāi)裂、不起皺，壓料面是決定拉延質(zhì)量好壞的關(guān)鍵，壓料面形狀的確定應(yīng)遵循如下的原則：①壓料面盡量為平面，但有時(shí)為了降低拉延深度，壓料面通常會(huì)做成曲面，曲率應(yīng)盡量大，且盡量為單曲率曲面；②壓料面應(yīng)低于零件內(nèi)部的最低點(diǎn)，否則壓料面閉合之前凹模會(huì)先接觸坯料導(dǎo)致定位不穩(wěn)，壓料面起不到壓料作用；③壓料面形狀與凸模形狀盡量接近，且壓料面的展開(kāi)長(zhǎng)度要比凸模展開(kāi)長(zhǎng)度短，使坯料在拉延過(guò)程中始終處于拉伸狀態(tài)，否則在壓料面閉合過(guò)程就會(huì)出現(xiàn)多料現(xiàn)象，產(chǎn)生無(wú)法根治的起皺問(wèn)題。

以工藝規(guī)劃所確定的沖壓方向?yàn)榛A(chǔ)進(jìn)行車門內(nèi)板壓料面設(shè)計(jì)，車門內(nèi)板屬于典型的帶法蘭盒形件，各處拉延深度基本一致，因此壓料面也近似于平面，為了盡量降低拉延深度，壓料面到零件法蘭面的深度要小于25mm。

在設(shè)計(jì)工藝補(bǔ)充面前需要將件上的孔進(jìn)行填充，把翻邊和負(fù)角區(qū)展開(kāi)以滿足修邊條件，然后便可添加工藝延伸面。工藝延伸面位于凸模輪廓線以內(nèi)，延伸面的側(cè)壁要有一定的拔模角，且過(guò)渡光順，工藝延伸面與壓料面一起統(tǒng)稱為工藝補(bǔ)充面。工藝補(bǔ)充面在拉延后要被切掉，為了提高材料利用率工藝補(bǔ)充面的面積應(yīng)盡量小。

設(shè)計(jì)車門內(nèi)板工藝補(bǔ)充面時(shí)左右件合拼部位最小間距取20mm，門檻部位修邊余量按照滿足修邊刀強(qiáng)度盡量取最小值5mm，車門前側(cè)及后側(cè)因合拼部位為了防止拉延起皺，余肉做的較寬，為了保證凸模輪廓線平順，因此車門前側(cè)及后側(cè)修邊余量取30mm。如圖8所示為用UG6.0建立的車門內(nèi)板模面圖。

圖8 車門內(nèi)板模面

五、CAE模擬分析

在拉延模面設(shè)計(jì)完成后需進(jìn)行CAE的模擬分析，通過(guò)分析結(jié)果判斷零件的成形性及模面設(shè)計(jì)的合理性。將用UG6.0建立的尾門外板幾何模型以IGS的格式導(dǎo)出，然后將其導(dǎo)入到Autoform軟件中生成凸模、凹模和壓邊圈工具體。壓邊力由經(jīng)驗(yàn)公式F=LK計(jì)算，式中L-凸模輪廓線長(zhǎng)度，K—系數(shù)，為經(jīng)驗(yàn)值，取K=200kN,經(jīng)計(jì)算得到壓邊力大小為1216kN。將前面計(jì)算的坯料尺寸作為初始坯料尺寸，設(shè)置材質(zhì)為DC56D ZF 45/45。該車門內(nèi)板為激光拼焊板，薄厚板料速度不一致，薄料區(qū)更易起皺，因此在厚料區(qū)設(shè)置單拉延筋，薄料區(qū)設(shè)置雙拉延筋，如圖9所示。車門內(nèi)板拉延深度較深，門檻后側(cè)凸模圓角（圖9中A、B處）距離分模線較遠(yuǎn)，拉延過(guò)程易在凸模圓角及側(cè)壁處形成開(kāi)裂現(xiàn)象，因此在拉延過(guò)程設(shè)置刺破刀，于到底前10mm開(kāi)始刺破。

車門內(nèi)板CAE分析結(jié)果如圖9所示，從分析結(jié)果來(lái)看成形狀態(tài)良好，產(chǎn)品無(wú)明顯起皺趨勢(shì)，僅在薄厚料交界處的薄料區(qū)側(cè)壁存在過(guò)度減薄，減薄率最大33%，可以在調(diào)試過(guò)程中通過(guò)調(diào)整拉延筋阻力及提升模具光潔度加以改善。

圖9 CAE分析結(jié)果

六、 結(jié)束語(yǔ)

車門內(nèi)板作為難度系數(shù)較高的車身覆蓋件之一，其面品質(zhì)量和精度對(duì)整車的質(zhì)量具有重大影響，通過(guò)前期合理的工藝規(guī)劃、充分的工藝審查、反復(fù)的模擬分析與模面優(yōu)化能夠有效縮短調(diào)試周期、降低調(diào)試難度。在實(shí)際調(diào)試過(guò)程中，各工序品質(zhì)良好，沖壓件精度檢測(cè)達(dá)標(biāo)，滿足包邊及整車匹配要求，目前該車門內(nèi)板已進(jìn)入批量生產(chǎn)階段。 □