某車型側(cè)圍外板整形模具設(shè)計(jì)

黃 濤，何鵬申，阮林凡，徐 肖，李 輝

（安徽江淮汽車股份有限公司 技術(shù)中心，安徽 合肥 230601）

側(cè)圍外板由復(fù)雜的空間曲面形狀組成，因此無法通過拉延工藝一步到位，一般先通過拉延成形基本輪廓，再通過后序若干整形工藝實(shí)現(xiàn)各種空間曲面形狀特征實(shí)現(xiàn)。在整形設(shè)計(jì)過程中，會(huì)出現(xiàn)一些內(nèi)部或邊角區(qū)域整形無法設(shè)計(jì)壓料的情況，使整形區(qū)域出現(xiàn)起皺、回彈問題，無法保證零件整形后符合形位公差要求。因此整形工藝設(shè)計(jì)的合理性，是決定側(cè)圍外板產(chǎn)品精度和外觀質(zhì)量合格與否的關(guān)鍵因素。

側(cè)圍外板是典型的車身A類覆蓋件。本文結(jié)合我司某車型側(cè)圍外板工裝開發(fā)實(shí)例，提出一種帶內(nèi)嵌壓料整形沖壓工藝及機(jī)構(gòu)[1]，可有效解決一些內(nèi)部或邊角區(qū)域整形無法設(shè)計(jì)壓料引起的整形起皺、回彈，以及無法保證整形后符合形位公差要求等質(zhì)量不可控的難題。

1 側(cè)圍外板工藝分析

沖壓工藝方案設(shè)計(jì)，主要從沖壓操作方便、安全性、模具結(jié)構(gòu)合理、工件及廢料排出順暢、工序最優(yōu)化等要求的基礎(chǔ)上考慮，根據(jù)零件結(jié)構(gòu)形狀和相關(guān)技術(shù)要求，確定拉延、修邊、沖孔、翻邊、整形等工序排布及各工序具體內(nèi)容設(shè)計(jì)[2]。

圖1 側(cè)圍外板示意圖

側(cè)圍外板結(jié)構(gòu)如圖1所示，該車型側(cè)圍外板材質(zhì)選用DC56D+ZF，料厚0.7mm。目前側(cè)圍外板后保搭接I區(qū)域存在安裝匹配要求，先通過拉延將I區(qū)設(shè)計(jì)為過拉延，再通過后續(xù)整形工藝實(shí)現(xiàn)，壓料通過正壓料芯壓?、趨^(qū)域A面部分實(shí)現(xiàn)，然后對(duì)①區(qū)域進(jìn)行整形，這種壓料方式存在后保搭接區(qū)域整形過程料流不可控，易出現(xiàn)起皺、回彈及形位公差不符等質(zhì)量不可控問題。尤其當(dāng)整形量大、特征復(fù)雜時(shí)，極易出現(xiàn)起皺、回彈及剛度不足等難題[3]。本文針對(duì)某車型后保搭接特征復(fù)雜且落差大，提出了一種通過拉延把后保搭接某一平整區(qū)域一次成形到位，后續(xù)I區(qū)域整形時(shí)，采用內(nèi)嵌壓料機(jī)構(gòu)對(duì)成形到位的平整區(qū)域進(jìn)行壓料，再對(duì)周圈其他搭接區(qū)域進(jìn)行整形，實(shí)現(xiàn)整形過程料流可控，解決以往該區(qū)域整形起皺、回彈，及無法保證整形后符合形位公差要求等質(zhì)量難題。另外，該車型側(cè)圍外板除落料外共有四序，依次為：拉延→完成周圈修邊、部分沖孔及整形→與頂蓋焊接邊和后保搭接區(qū)域整形及部分修沖→完成剩下孔和邊的修沖及部分整形，如圖2所示。

2 整形模具設(shè)計(jì)

圖2 側(cè)圍外板沖壓成形工藝

本文主要闡述側(cè)圍外板帶內(nèi)嵌壓料整形機(jī)構(gòu)整形模具的工藝和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，主要工作內(nèi)容為后保搭接I區(qū)域整形、下端門檻部位正整形、上端與頂蓋搭接邊側(cè)整形及部分修沖，其中后保搭接I區(qū)域整形，主要難度在于這部分拉延采用過拉延，把這部分特征預(yù)成形，然后在OP30序整形到位，以往結(jié)構(gòu)先通過壓料芯對(duì)①區(qū)A面區(qū)域進(jìn)行壓料，再對(duì)②區(qū)域進(jìn)行整形，這種整形壓料方式存在②區(qū)域整形料流不可控，易引起起皺、回彈及形位公差不符等質(zhì)量不可控問題。尤其當(dāng)整形量大，特征復(fù)雜時(shí)，極易出現(xiàn)起皺、回彈及成形不充分等難題。設(shè)計(jì)一種通過對(duì)I區(qū)域內(nèi)某一部分進(jìn)行內(nèi)嵌壓料整形，選擇內(nèi)嵌壓料區(qū)域要求特征盡量平緩，實(shí)現(xiàn)后保搭接I區(qū)域其他部分整形過程料流可控，解決以往該區(qū)域整形起皺、回彈，以及無法保證零件整形后符合形位公差要求等質(zhì)量不可控難題。

2.1 模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

如圖3所示，本文所述帶內(nèi)嵌壓料整形機(jī)構(gòu)的整形模具，主要包括上模座、主壓料芯、下模座、分體式凸模、內(nèi)嵌壓料整形機(jī)構(gòu)及其他相關(guān)組件組成，其中上模主要由上模座10、主壓料芯24、主壓料氮?dú)飧?3、內(nèi)嵌壓料芯本體19、內(nèi)嵌壓料氮?dú)飧?1及后保整形刀塊17等組成，其中主壓料芯通過側(cè)銷組件掛設(shè)于上模座10，內(nèi)嵌壓料芯本體通過后保整形刀塊17掛設(shè)在上模座，分別通過主壓料氮?dú)飧?3、內(nèi)嵌壓料氮?dú)飧?1進(jìn)行壓料力供給；下模主要包括下模座14、分體式凸模16、側(cè)整形斜楔12、滑車機(jī)構(gòu)13等工作組件組成[4]。

該整形模具通過主壓料芯24，輔之內(nèi)嵌壓料芯本體19進(jìn)行壓料，充分保障零件成形過程壓料效果；該內(nèi)嵌壓料芯本體19通過導(dǎo)板20安裝擋墻下平面19-1配合后保整形刀塊17實(shí)現(xiàn)工作及安全限位，后保整形過程：通過主壓料芯24對(duì)①區(qū)A面壓料和內(nèi)嵌壓料芯19對(duì)拉延到位平緩區(qū)域壓料，實(shí)現(xiàn)整形區(qū)域內(nèi)外壓料區(qū)分，以保證整形過程料流可控，且為變薄拉整形，使整形區(qū)域成形充分。同時(shí)為了保證內(nèi)嵌壓料區(qū)域的安裝精度，在后保整形刀塊17整形完成后，在模具閉合時(shí)，通過鐓死塊22對(duì)該區(qū)域進(jìn)行壓料芯鐓死。該內(nèi)嵌壓料整形機(jī)構(gòu)確保了后保搭接區(qū)域I的剛性及A面質(zhì)量，解決了整形引起的回彈和起皺難題。

2.2 帶內(nèi)嵌壓料整形機(jī)構(gòu)及原理

通過對(duì)側(cè)圍外板結(jié)構(gòu)及模具功能需求分析，決定采用內(nèi)嵌壓料工藝對(duì)后保搭接區(qū)域進(jìn)行整形，如圖4所示，通過帶內(nèi)嵌壓料芯整形機(jī)構(gòu)對(duì)后保安裝搭接區(qū)域進(jìn)行整形工序內(nèi)容，通過主壓料芯24對(duì)整形分模線2-3以內(nèi)①區(qū)域進(jìn)行壓料，輔之內(nèi)嵌壓料芯19對(duì)內(nèi)嵌壓料分模線2-2內(nèi)區(qū)域進(jìn)行壓料，形成整形區(qū)域內(nèi)外進(jìn)行區(qū)分壓料，提高整形區(qū)域成形性，有效控制整形過程料流走向，降低起皺和回彈風(fēng)險(xiǎn)，保證面品要求，同時(shí)該結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊，穩(wěn)定性好，有效降低組立和調(diào)試的勞動(dòng)強(qiáng)度，節(jié)約工序，降低工裝開發(fā)成本。

圖3 修邊模具結(jié)構(gòu)示意圖

圖4 內(nèi)嵌壓料工藝簡(jiǎn)圖

如圖5所示，本文所設(shè)計(jì)的帶內(nèi)嵌壓料芯整形機(jī)構(gòu)，包含后保整形刀塊17、內(nèi)嵌壓料芯19、導(dǎo)板20、鐓死塊22及內(nèi)嵌壓料氮?dú)飧椎冉M成；整個(gè)機(jī)構(gòu)設(shè)置在上模，設(shè)有壓料力源、導(dǎo)向、緩沖及限位裝置及整形工作組件[5]，同時(shí)結(jié)構(gòu)緊湊合理，獨(dú)立于主壓料芯24外，便于組立及后期拆卸維護(hù)。通過內(nèi)嵌壓料整形機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)后保整搭接安裝區(qū)域I的整形過程，料流可控，且為變薄整形，保證A面質(zhì)量及剛度，同時(shí)有效解決整形起皺和回彈的難題。

圖5 上模內(nèi)嵌壓料整形機(jī)構(gòu)區(qū)域局部俯視圖

帶內(nèi)嵌壓料整形機(jī)構(gòu)工作流程如下：如圖6所示，沖壓工作前，通過機(jī)械手將制件放置于分體式凸模16上，接著上模座帶動(dòng)上模組件下行，此時(shí)內(nèi)嵌壓料芯主體19掛在后保整形刀塊17上；通過插刀驅(qū)動(dòng)11驅(qū)使滑車機(jī)構(gòu)13迫使凸模滑塊到位[6]，然后依次通過主壓料芯24對(duì)①區(qū)域進(jìn)行壓料→內(nèi)嵌壓料芯本體19對(duì)內(nèi)嵌壓料分模線2-2以內(nèi)區(qū)域進(jìn)行壓料，接著后保整形刀塊開始對(duì)后保搭接安裝區(qū)域I進(jìn)行整形工作，完成整形后，通過鐓死塊22對(duì)內(nèi)嵌壓料分模線2-2以內(nèi)區(qū)域進(jìn)行壓料芯鐓死，以保證內(nèi)嵌壓料區(qū)域成形到位，如圖7所示；最后上?；赝?，帶動(dòng)滑車機(jī)構(gòu)13回退，后保整形刀塊17帶動(dòng)內(nèi)嵌壓料芯本體19上行回退，上?；赝送瓿珊?，氣路15驅(qū)動(dòng)舉升托料機(jī)構(gòu)托起工序件[7]，最后機(jī)械手取出制件，完成一次帶內(nèi)嵌壓料芯整形工序內(nèi)容。

圖6 帶內(nèi)嵌壓料整形機(jī)構(gòu)壓料前剖視圖

圖7 帶內(nèi)嵌壓料整形機(jī)構(gòu)整形閉合剖視圖

3 行程回退校核

模具設(shè)計(jì)完成后，需對(duì)模具運(yùn)動(dòng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行回退校核[8]，該帶內(nèi)嵌壓料芯整形修邊模具的工作行程圖如圖8所示。為保障工序件在沖壓前后放取件便捷，以及確保工序件整形工作前預(yù)壓充分，需要對(duì)整形模具結(jié)構(gòu)進(jìn)行回退校核，保證模具先導(dǎo)向，后壓料，再工作[9]，且要求內(nèi)嵌壓料芯壓料遲于正壓料芯壓料10mm；下模凸?；瑝K退出后，保證20mm安全量，以不干涉工序件Z向放、取件；最后保證主壓料芯24先于內(nèi)嵌壓料芯本體19壓料（ST主＞ST內(nèi)嵌+10mm），以保證整形過程壓料效果[10]。

圖8 工作行程圖

4 產(chǎn)品實(shí)物驗(yàn)證

通過帶內(nèi)嵌壓料整形機(jī)構(gòu)的側(cè)圍外板整形模進(jìn)行實(shí)際生產(chǎn)發(fā)現(xiàn)，制件精度達(dá)標(biāo)，生產(chǎn)穩(wěn)定，有效解決了以往后保搭接I區(qū)域整形過程料流不可控、成形起皺和回彈等難題，提高了側(cè)圍外板的外觀后保搭接安裝區(qū)域剛度及外觀質(zhì)量。該側(cè)圍外板產(chǎn)品實(shí)物如圖9、10所示。通過生產(chǎn)驗(yàn)證，帶內(nèi)嵌壓料側(cè)整形機(jī)構(gòu)可有效解決后保搭接I區(qū)域其他部分整形過程料流可控，解決以往該區(qū)域整形起皺、回彈等質(zhì)量難題，并保證整形后零件形位公差滿足要求。

圖9 側(cè)圍外板產(chǎn)品實(shí)物圖

圖10 側(cè)圍外板產(chǎn)品后保搭接安裝區(qū)域局部實(shí)物圖

5 結(jié)論

側(cè)圍外板作為核心外覆蓋件，合理的沖壓工藝及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案可節(jié)約模具開發(fā)成本，縮短模具調(diào)試周期，提高生產(chǎn)效率，保證外觀質(zhì)量。本文通過側(cè)圍沖壓工藝分析、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)梳理、帶內(nèi)嵌壓料整形模結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及行程回退校核，完成了合理而緊湊的整形模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。該模具不僅有效解決后保搭接區(qū)域因料流不可控導(dǎo)致的整形起皺、回彈問題，同時(shí)有效縮短模具調(diào)試周期，提高了側(cè)圍外板的剛度及外觀質(zhì)量。另外，該整形模實(shí)際生產(chǎn)中，生產(chǎn)穩(wěn)定，精度和外觀質(zhì)量滿足技術(shù)要求。