某車型車門內(nèi)板試制工藝及模具設(shè)計

丁海濤　張彪

摘 要：文章主要闡述了借助Autoform軟件對某車型車門內(nèi)板進(jìn)行沖壓成型模擬分析，制定試制工藝方案以及設(shè)計試制拉延模，進(jìn)行沖壓件的調(diào)試生產(chǎn)，并簡要說明了模具設(shè)計、沖壓件試壓過程中需要注意的要點。不僅積累了沖壓件試制工藝開發(fā)的經(jīng)驗，而且對后期的正式模具開發(fā)提供了依據(jù)，降低了正式模具開發(fā)的風(fēng)險。關(guān)鍵字：車門內(nèi)板;模擬分析;試制工藝;模具設(shè)計

中圖分類號：U466 ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B ?文章編號：1671-7988（2020）03-168-04

前言

近年來，隨著國家經(jīng)濟(jì)的發(fā)展以及人民生活水平的提高，對重型卡車舒適性、安全性的要求也越來越高。為了滿足多樣化的客戶需求，各大主機(jī)廠也加快了新車型的研發(fā)。在新車型的開發(fā)中，樣車試制是為了驗證產(chǎn)品設(shè)計，及時發(fā)現(xiàn)新車型性能和工藝等方面的不足，從而優(yōu)化產(chǎn)品結(jié)構(gòu)。

試制簡易模具能夠滿足樣車試制的需要以及產(chǎn)品設(shè)變的需求，能夠大幅縮短開發(fā)周期，為新車型的開發(fā)提供了快速通道。沖壓鈑金件的試制是樣車試制過程中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。車門內(nèi)板是白車身結(jié)構(gòu)中的重要零件，具有造型復(fù)雜、尺寸大、對精度要求高等特點。本文以某車型車門內(nèi)板為例，對其開展了試制沖壓工藝設(shè)計及分析，并設(shè)計試制拉延模具，經(jīng)過調(diào)試制作出合格的車門內(nèi)板。

1 零件介紹及試制工藝方案制定

1.1 零件介紹

如圖1所示，為某重型卡車車門內(nèi)板的三維軸側(cè)圖。材料為DC06，屬于超深拉深用鋼板，厚度為1.0mm。該零件的外形尺寸為1553×1074×133，結(jié)構(gòu)造型比較復(fù)雜，拉延深度較深，對拉延工藝的設(shè)計要求非常高。

1.2 試制工藝方案的制定

車身鈑金樣件的試制工藝與量產(chǎn)工藝相似，拉延以及成型采用冷沖壓的方式完成，孔和修邊采用激光切割技術(shù)完成。激光切割技術(shù)的應(yīng)用不僅可以滿足零件精度要求，并且滿足樣車試制階段零件制作周期短、成本低的要求。

試制沖壓件在工藝設(shè)計時要考慮盡可能減少模具數(shù)量，盡量在拉延模具中將零件形狀拉伸到位。若零件局部帶負(fù)角或存在回彈風(fēng)險的區(qū)域，可考慮增加整形工序。

通過對車門內(nèi)板三維數(shù)模工藝性審查分析，檢查車門內(nèi)板各部位均無沖壓負(fù)角，因此無需增加整形工序。該車門內(nèi)板存在翻邊結(jié)構(gòu)，一般情況下的試制工藝方案為OP10拉延，OP20修邊側(cè)修邊沖孔側(cè)沖孔（激光切割完成），OP30翻邊。車門內(nèi)板的翻邊結(jié)構(gòu)如圖2所示：翻邊高度為2.2 mm，高度較小。我們本著減少模具數(shù)量、降低試制成本的原則，考慮是否可以將此處翻邊結(jié)構(gòu)集成在拉延工序全部成型。初步確定該零件的試制工藝方案為：OP10拉延，OP20修邊側(cè)修邊沖孔側(cè)沖孔（激光切割完成）。

2 工藝方案分析及優(yōu)化

拉延工序在沖壓過程中非常重要，尤其在試制工藝中。因此，需要對拉延序的成型性進(jìn)行模擬分析。

2.1 拉延成型性分析

該零件壓料面及工藝補充部分在CATIA中完成設(shè)計，然后分別以凸模面、凹模面和壓料面工具體的形式導(dǎo)入至Autoform軟件中，圖3為導(dǎo)入Autoform軟件中的模型。

在成型性模擬分析時，拉延筋采用虛擬筋形式，在Autoform中選取分模線并向外側(cè)偏置22mm作為虛擬拉延筋的控制線條，并進(jìn)行分段及設(shè)置阻力系數(shù)。根據(jù)模擬分析結(jié)果對拉延模面、坯料尺寸、虛擬拉延筋的位置以及阻力系數(shù)等進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計。

經(jīng)過反復(fù)分析優(yōu)化后，初步確定車門內(nèi)板拉延的坯料尺寸為1790×1330。圖4為成型性模擬分析結(jié)果，從圖中可以看到零件在充分成型后，在產(chǎn)品區(qū)域存在多處開裂及隱裂（紅色為開裂，黃色為存在開裂風(fēng)險），圖5為開裂及存在開裂風(fēng)險部位局部放大圖。

2.2 工藝方案優(yōu)化

A處為車門內(nèi)板窗口前部，從圖中可以看出該部位出現(xiàn)大面積嚴(yán)重開裂，該處虛擬拉延筋參數(shù)已經(jīng)設(shè)置為0。因此，此處開裂的原因主要為壓料面上坯料過多，導(dǎo)致在拉延過程中材料流入阻力增大導(dǎo)致開裂。B、C處主要為零件內(nèi)側(cè)開裂，其開裂的原因主要為拉延時無法得到足夠的材料補充。

解決上述開裂問題的方案為：在坯料上增加切角，減少坯料與壓料面接觸面積，從而減小材料流入阻力，解決A處開裂問題;在坯料上零件窗口工藝補充部分增加工藝切孔，便于在拉延時從零件內(nèi)部能得到材料的補充，解決B、C處開裂問題。

經(jīng)過多次模擬分析優(yōu)化，開裂問題得到解決，圖6為優(yōu)化后的坯料輪廓及拉延筋形狀圖，成型性模擬分析結(jié)果如圖7所示，從圖中可以看出該零件成型性良好，減薄率等合格，未出現(xiàn)開裂及起皺等質(zhì)量問題。

通過采用Autoform模擬分析，驗證了將翻邊結(jié)構(gòu)集成在拉延序生產(chǎn)的方案可行。因此，車門內(nèi)板的試制沖壓工藝方案調(diào)整為OP05落料（激光切割完成），OP10拉延，OP20修邊側(cè)修邊沖孔側(cè)沖孔（激光切割完成）。

3 拉延模具設(shè)計

針對OP10拉延工序，開展拉延模具設(shè)計。試制階段拉延工藝與量產(chǎn)階段有很大的不同。在量產(chǎn)工藝中，模具設(shè)計需要考慮零件拉延的穩(wěn)定性、生產(chǎn)節(jié)拍、材料利用率經(jīng)濟(jì)性、人機(jī)工程等因素。而在試制階段，模具設(shè)計要考慮低成本、制造周期短等因素，能生產(chǎn)出滿足樣車試驗要求的零件即可。

通過上述工藝方案模擬分析，車門內(nèi)板拉延所需成型力為10869KN，壓邊力為2167KN。根據(jù)我公司設(shè)備工作壓力不能超過公稱壓力70%的要求，結(jié)合公司現(xiàn)有設(shè)備，我們選取16000KN壓力機(jī)作為車門內(nèi)板拉延試生產(chǎn)的工作設(shè)備。

為了降低試制模具的開發(fā)費用，我們在車門內(nèi)板試制拉延模的設(shè)計中采取了以下要點：

（1）在模具設(shè)計中，盡量多采用減重結(jié)構(gòu);

（2）型面、外壁和加強筋的厚度選取30mm;

（3）合理設(shè)置加工面與非加工面，以便減少數(shù)控加工區(qū)域;

（4）在滿足模具功能實現(xiàn)的前提下，并考慮壓力機(jī)最小閉合高度確定模具的閉合高度。

結(jié)合上述要點，開展了車門內(nèi)板拉延模具結(jié)構(gòu)的設(shè)計，模具詳細(xì)結(jié)構(gòu)如圖8所示。

4 零件試生產(chǎn)

4.1 模具調(diào)試

模具加工完成后（如圖9所示），可進(jìn)行沖壓件的拉延調(diào)試，在模具調(diào)試過程中應(yīng)注意以下幾點：

（1）試模前，應(yīng)對模具上、下表面進(jìn)行清潔，確保無異物;

（2）模具安裝要依據(jù)頂桿圖進(jìn)行安裝，確保頂桿規(guī)格及位置安裝正確;

（3）在設(shè)置壓邊力以及試模坯料時，可以依據(jù)前期模擬分析得出的壓邊力以及坯料尺寸為基準(zhǔn)進(jìn)行試壓調(diào)試，再根據(jù)零件試壓狀態(tài)進(jìn)行調(diào)整;

（4）根據(jù)試壓件拉延的結(jié)果修整模具，直至試壓出合格拉延件。

經(jīng)過多次的調(diào)試優(yōu)化，最終采用1730mm×1350mm的坯料，可以穩(wěn)定試制出合格的車門內(nèi)板零件（生產(chǎn)出的拉延件如圖10所示）。這表明試制工藝方案中將翻邊工序整合在拉延工序加工是可行的。

4.2 激光切割

針對OP20修邊側(cè)修邊沖孔側(cè)沖孔工序，采用激光切割。激光切割時為了保證孔位及輪廓的準(zhǔn)確性以及穩(wěn)定性，需要制作專用切割支架。我們以車門內(nèi)板零件的型腔內(nèi)表面作為支撐，制作激光切割支架用于固定和支撐拉延件。根據(jù)車門內(nèi)板產(chǎn)品數(shù)模編制激光切割程序，切割零件的修邊及孔，最終得到合格的零件（如圖11所示）。

5 結(jié)束語

本次車門內(nèi)板的試制不僅積累了白車身沖壓件試制模具的設(shè)計經(jīng)驗，為后期其他車型的試制奠定了基礎(chǔ)，同時識別了該零件在沖壓成型過程的問題，為量產(chǎn)工藝結(jié)構(gòu)改進(jìn)優(yōu)化提供了依據(jù)。

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