某車(chē)型一模四件工藝設(shè)計(jì)及成形分析

李 燕，崔禮春，王三星

（安徽江淮汽車(chē)集團(tuán)股份有限公司 技術(shù)中心，安徽 合肥 230601）

隨著全球宏觀經(jīng)濟(jì)增速放緩，全球不同行業(yè)都受到一定程度的影響，汽車(chē)行業(yè)也不例外[1]。對(duì)內(nèi)來(lái)說(shuō)汽車(chē)行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)也越來(lái)越激烈，在當(dāng)前的經(jīng)濟(jì)環(huán)境下，降低消費(fèi)門(mén)檻，順應(yīng)貧富兩極消費(fèi)人群的生存性和炫耀性消費(fèi)，才能在市場(chǎng)中站穩(wěn)腳步[2]。模具是車(chē)的靈魂，模具開(kāi)發(fā)費(fèi)用在整車(chē)開(kāi)發(fā)費(fèi)用中占相當(dāng)大比例，如何降低模具開(kāi)發(fā)費(fèi)用給很多工藝設(shè)計(jì)人員帶來(lái)了難題；鋼材的成本也至關(guān)重要，如何提高材料利用率是所有車(chē)企面臨的問(wèn)題；由于操作員工的短缺導(dǎo)致生產(chǎn)效率的提高成為很多外協(xié)廠關(guān)注的問(wèn)題。本文通過(guò)結(jié)合這三個(gè)方面的顧慮，設(shè)計(jì)了一模四件的工藝，并對(duì)此件拉延充分性進(jìn)行了CAE分析，此左右件三維數(shù)模圖如圖1所示。

圖1 左右件三維數(shù)模

1 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、材料利用率、模具尺寸和機(jī)床噸位，并體現(xiàn)在工藝規(guī)劃書(shū)中。

1.1 沖壓方向

工藝設(shè)計(jì)的第一步就是要確定沖壓方向，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、坯料尺寸的大小以及零件的面品質(zhì)量。由于此件兩端深度不一致，拉延方向的選擇需要根據(jù)合模的情況決定。

1.2 工序排布

該零件的造型經(jīng)過(guò)分析可以采用一模四件進(jìn)行拉延，既能提高材料利用率還能提高生產(chǎn)效率。該零件的工序排布內(nèi)容為：OP10拉延-OP20修邊/沖孔-OP30整形/修邊/沖孔-OP40整形/修邊/分切，如圖2、3、4、5所示。為保證坯料充分成形，提高零件整體剛性強(qiáng)度及面品質(zhì)量，以產(chǎn)品邊緣直接向外延伸設(shè)計(jì)工藝補(bǔ)充面，使產(chǎn)品本身直接拉深成形。為了有效控制板料成形進(jìn)料速度，在走料不充分的四個(gè)角部及上下部設(shè)置周圈拉延筋。零件成形質(zhì)量好壞更多的是對(duì)成形過(guò)程中料流狀態(tài)的控制。重要的面除保證無(wú)開(kāi)裂起皺等常見(jiàn)缺陷外，應(yīng)在拉深時(shí)盡量使其充分拉深，增加其剛性，以免修邊后應(yīng)力釋放產(chǎn)生回彈造成產(chǎn)品精度下降[3]。

圖2 OP10拉延工藝圖

圖3 OP20修沖工藝圖

圖4 OP30修沖整工藝圖

圖5 OP40修整及分切工藝圖

1.3 坯料尺寸

在零件的長(zhǎng)度和寬度方向上分別選取線(xiàn)長(zhǎng)最長(zhǎng)的截面，如圖6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：

圖6 坯料計(jì)算圖

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

測(cè)量零件的長(zhǎng)、寬、高尺寸后預(yù)估坯料尺寸，長(zhǎng)度222mm，寬度202mm，高度98mm。

坯料長(zhǎng)度L=2×零件長(zhǎng)度+2×零件高度+分切距離+工藝補(bǔ)充長(zhǎng)度=2×222+2×98+40+60=740（mm），坯料寬度W=2×零件寬度+2×零件高度+工藝補(bǔ)充長(zhǎng)度=2×202+2×98+100=700（mm）。最終得到車(chē)門(mén)內(nèi)板坯料尺寸為740mm×700mm。

單件坯料質(zhì)量=坯料長(zhǎng)×坯料寬×坯料厚×密度/出件數(shù)量=740×700×1.5×7.85/4/1000000=1.52（kg）；零件質(zhì)量為：0.74kg，材料利用率為零件質(zhì)量/單件坯料質(zhì)量：0.74/1.52=48.7%。單拉材料利用率為31.4%，一模四件提高了材料利用率。

1.4 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。

2 工藝審查

對(duì)此零件三維數(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。

3 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為凸模輪廓線(xiàn)長(zhǎng)度，K為系數(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2.3中計(jì)算的坯料尺寸作為初始坯料尺寸，設(shè)置材質(zhì)為DC03，料厚 1.5mm。

表1 模具尺寸計(jì)算

圖7 CAE分析結(jié)果

拉延件CAE分析結(jié)果如圖7所示，從分析結(jié)果來(lái)看成形狀態(tài)良好，產(chǎn)品無(wú)明顯開(kāi)裂趨勢(shì)。起皺位置可以在調(diào)試過(guò)程中通過(guò)調(diào)整拉延筋及提升模具光潔度加以改善。

4 結(jié)論

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?qū)崿F(xiàn)一模四件，節(jié)約模具成本、提高材料利用率、提高生產(chǎn)效率，通過(guò)CAE分析可以預(yù)測(cè)成形缺陷，降低調(diào)試難度，保證產(chǎn)品質(zhì)量，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(mǎn)足整車(chē)匹配要求，目前該零件已進(jìn)入批量生產(chǎn)階段。