某車門內(nèi)板沖壓工藝設計與優(yōu)化

陸滕君，孫 曉，韓永志，黃永生

（安徽江淮汽車集團股份有限公司 技術中心，安徽 合肥 230601）

在汽車整車產(chǎn)品中，覆蓋件是市場生命周期最短、變化最頻繁的。由于汽車覆蓋件具有形狀復雜、結構尺寸大、精度高、表面質(zhì)量要求嚴格等特點，它的模具設計與制造一直是整車開發(fā)的“瓶頸”環(huán)節(jié)。所以覆蓋件產(chǎn)品質(zhì)量的開發(fā)能力己成為汽車制造企業(yè)實現(xiàn)汽車自我開發(fā)和提高市場競爭力的關鍵所在[1]。

覆蓋件沖壓成形一般經(jīng)過落料、拉延、整形、修邊、翻邊等工序完成。通常根據(jù)零件造型、精度要求、設備情況、工期長短等限制條件編制沖壓工藝方案。其中拉延工序最為關鍵。由于拉延工序設計需要從“覆蓋件產(chǎn)品-翻邊件-修邊件-拉延件-落料毛坯”的工藝逆向回溯，實際上幾乎涉及了覆蓋件沖壓的全部工藝。所以，對覆蓋件拉延模設計關鍵技術進行研究，不但可以解決覆蓋件拉延模設計中存在的難點問題，而且將對其他工序模具的設計具有示范作用[2]。

1 現(xiàn)有工藝概況

沖壓件一般需經(jīng)過拉延/修邊+沖孔/整形（或翻邊）+沖孔等工序才能得到合格產(chǎn)品。對于稍微復雜的鈑金件，通過拉延僅能得到?jīng)_壓件大概輪廓，經(jīng)過后序的修邊沖孔，再配合整形翻邊等工序才能得到最終零件。整形翻邊等工藝可以降低拉延深度，簡化拉延模面的形狀，提高成形性，也就是提高了模具制造的可實現(xiàn)性及易操作性。如圖1～4所示，以本公司某車門外板為例，展示普通沖壓外覆蓋件的工藝流程。

圖1 OP10拉延

圖2 OP20修邊+沖孔

圖3 OP30修邊+沖孔+側(cè)沖孔

此車門外板采用4步工序?qū)崿F(xiàn)了零件的制造過程，因車門外板拉延深度較小，型面相對簡單，因此采用的是一次拉延成形的方法，配合后面的修邊、沖孔、翻邊工序而成，如圖5所示（零件的翻邊后期用于與門內(nèi)板包邊）。

圖4 OP40翻邊+沖孔+側(cè)沖孔+側(cè)修邊

圖5 OP40翻邊

這種一次拉延的沖壓工藝方案是通過拉延得到基本的零件輪廓，后期的整形、翻邊等都是對R角的微小型面進行小范圍改變，這種工藝方法在實際生產(chǎn)中廣泛應用，但同時也存在如下缺點和不足：

（1）一次拉延工序得到幾乎整個零件的全部形狀特征，后工序主要是修邊、沖孔、翻邊，以及對局部的（小面積的）難以一次成形的型面做整形，得到零件。此工藝比較死板，靈活變動的空間較小，限制了工藝設計的多樣性。

（2）因為是一次拉延得到了零件的基本形狀，所以拉延深度是固定的，零件的造型決定了拉延深度的大小，也就決定了成形的可實現(xiàn)性。對于拉延深度較大的零件就存在拉延狀態(tài)不穩(wěn)定及拉延開裂的風險。

（3）拉延深度較大的零件拉延工序存在拉毛風險，為減少拉毛的概率，對于拉延模質(zhì)量要求較高，比如硬度、光潔度都要提升一個等級，同時也要加強模具的日常保養(yǎng)維護，增加了制造成本。

2 帶料整形沖壓工藝設計

本文結合公司某款新車型車門內(nèi)板的開發(fā)實例，講述側(cè)圍外板工藝及結構設計，重點說明帶料整形工藝的設計形式及使用方法。

本工藝方法采用拉延/帶料整形+修邊+沖孔/整形+修邊+沖孔/側(cè)沖孔+翻孔+沖孔的工藝排布，特點在于，拉延工序沒有得到完全的零件形狀，只是得到了零件的部分形狀，而拉延深度方向上的另一部分形狀通過第二序整形、修邊得到。從而降低了拉延深度。

本工藝方法通過拉延以及大面積帶料整形兩種成形方式二次成形，有效解決了拉延深度較大零件的成形問題，降低了成形風險，提升了工藝設計的靈活性。

圖6 零件數(shù)模

2.1 沖壓件工藝分析

本例中某卡車車門內(nèi)板，尺寸1600mm×1100mm×130mm，拉延深度深，拉延深度112mm，型面復雜。很明顯通過常規(guī)的沖壓工藝方法很難得到高品質(zhì)的零件。

2.2 帶料整形沖壓工藝設計

本工藝方法采用拉延/帶料整形+修邊+沖孔/整形+修邊+沖孔/側(cè)沖孔+翻孔+沖孔四序得到零件，下面分別對本工藝逐步介紹。通過對比可知，本文所述方法與常規(guī)沖壓工藝區(qū)別在于：

（1）OP10拉延，因為增加了大面積帶料整形，拉延模面設計必然有相應改變；

（2）OP20帶料整形+修邊，保留廢料并大面積整形。

本文將分別對以上兩步工序做重點介紹。

2.2.1 OP10拉延

如圖7、8所示為本發(fā)明的第一個工序OP10拉延工序模面圖。

拉延模一般由以下幾個要素構成：拉延方向（即沖壓方向），工藝補充部分，壓料面等。

（1）拉延方向是確定拉延件的第一要素。如圖8所示即本拉延模的拉延方向，合理的成形方向應符合如下原則：①保證凸模能將工件需成形部位在一次成形中完成，不應有凸模接觸不到的死角或死區(qū)。②成形開始時，凸模兩側(cè)的包容角盡可能做到基本一致，使由兩側(cè)流入凹模的材料保持均勻。且凸模開始成形時與毛坯的接觸地方應靠近中間，以免成形過程中材料竄動而影響表面質(zhì)量。

圖7 OP10

圖8 OP10拉延模沖壓方向

（2）工藝補充部分。為了實現(xiàn)成形，彌補工件在沖壓工藝中的缺陷，對覆蓋件成形往往在工件本體部分以外，增添必要的材料，如將覆蓋件上的翻邊展開，缺口補滿等，即加上工藝補充部分構成一個沖壓成形件。

工藝補充部分是成形件不可缺少的組成部分，它的確定直接影響到成形以及成形后修邊、整形、翻邊等工序的方案。因此，必須慎重考慮工藝補充部分[3]。

（3）拉延筋。汽車覆蓋件模具拉延模具中，拉延筋的作用有以下幾方面：①增加進料阻力；②控制進料阻力；③擴大壓邊力的調(diào)節(jié)范圍。

（4）壓料面。如圖2所示，壓料面是凸模輪廓線外面的大面積的較平緩的平面部分，壓料是拉延過程中非常重要的功能，坯料就是沿壓料面逐漸流入模具型腔的。因此壓料面的設計要有利于材料的流動，保證制件在各個截面上變形均勻（拉延深度一致）。壓料面設計時優(yōu)先采用單曲面，以保證壓料面的光順。

（5）凸模輪廓線。拉延凸模外形輪廓線，分界線以里是凸模，分界線以外是壓邊圈，在圖2標識中凸模輪廓線是以粗實線的方式來表示。

（6）拉延初始坯料線。就是拉延模初次試模時的坯料線，除特殊情況外一般均采用方形，梯形等，以前都是通過取若干截面測量線長的方法確定拉延初始坯料大小，現(xiàn)在可以使用Dynaform反算拉延模的模面得到一個近似形狀，再取直為方形坯料[4]。

2.2.2 OP20帶料整形+修邊+沖孔

OP20的工序內(nèi)容主要是整形+修邊+沖孔，如圖9中俯視圖所示，圖示右側(cè)為門內(nèi)板的窗框部分，在這個工序?qū)Υ翱蛲鈧?cè)的廢料進行修邊，窗框內(nèi)側(cè)及窗洞下側(cè)部分通過沖孔來去除部分廢料，圖示左側(cè)為門內(nèi)板的窗框以下部分，此部分外側(cè)廢料沒有通過修邊去除，保留廢料，本工序中對此區(qū)域進行帶料整形，因為在OP10拉延序中為降低拉延深度，減少破裂風險，未全部得到零件的造型，而是通過本工序的整形，來得到零件所需要的型面。圖示粗線標記的區(qū)域為整形區(qū)。在上工序的拉延件上的壓料面部分，在零件外緣作出下凹造型的整形工藝補充，通過整形得到完整的零件造型.加強了零件的剛性，到達合格的板材減薄率，這樣的整形方式有其明顯的優(yōu)勢。窗框以下部分大面積整形，將拉延未得到的部分通過整形來得到，同時進行修邊沖孔，去除廢料，提高了整形的成型性能，提升了可操作性。

通過圖9中工序件的放大對比圖可知，粗線標記的整形區(qū)域經(jīng)過了沿沖壓方向向下的整形，完成零件的成形，后序只須去除多余廢料即可得到零件。

2.2.3 OP30及OP40

OP30工序內(nèi)容為整形+修邊+沖孔，如圖11所示，進一步去除多余廢料，修邊去除零件外側(cè)的多余廢料，沖孔去除窗框部分廢料以及得到零件上的部分孔。此工序中整形是修邊后進行，整形針對整個門框上邊緣外側(cè)的法蘭面，為提高法蘭面的面差精度而設置。OP40工序內(nèi)容為側(cè)沖孔+翻孔+沖孔，沖孔、側(cè)沖孔得到零件要求的孔位，翻孔得到帶翻邊的孔。至此得到最終零件。

圖9 OP20帶料整形+修邊+沖孔

圖10 整形前后對比斷面圖

圖11 OP30整形+修邊+沖孔及整形前后對比

3 結束語

圖12 實物圖

通過對車門內(nèi)板沖壓工藝的分析，采用拉延以及大面積整形兩種成形方式二次成形工藝方法，有效解決了拉延深度較大零件的拉延模具的缺陷，提升了工藝設計的靈活性，降低了拉延模深度，降低了拉延成形的風險，降低了對拉延模的質(zhì)量要求及日常保養(yǎng)要求，從而降低了制造成本。

通過實物的在線生產(chǎn)，本工藝很好地實現(xiàn)了產(chǎn)品的精度及品質(zhì)要求，零件無起皺、開裂等質(zhì)量缺陷，合格率95%，很好地滿足了裝車精度要求。同時降低了拉延深度，減小了模具磨損，減輕了模具保養(yǎng)壓力，提高了模具壽命。