地板前橫梁工藝改進(jìn)

文／吳日洪·上汽大通汽車有限公司南京分公司

S80 輕卡駕駛室地板前橫梁(圖1)采用1.8mm料厚的210P1材料生產(chǎn)，零件下端與地板匹配，零件造型起伏大，兩側(cè)多處存在不同方向的翻邊，沖孔角度在0°～90°不等，且分布在多個(gè)平面上，模具工序排布難度較大。

地板前橫梁作為連接駕駛室前圍板、地板及左右側(cè)圍的結(jié)構(gòu)零件，零件前端與前圍板搭接，下端與地板面匹配，兩側(cè)與側(cè)圍搭接，搭接面的面差要求均在(-0.5，0.5)mm 之內(nèi)，任何搭接面的精度偏差都會(huì)影響整車駕駛室總成的精度。零件截面近似“Z”形，結(jié)構(gòu)強(qiáng)度弱，易回彈，零件尺寸精度合格率不足80%。

本文結(jié)合實(shí)際案例，對(duì)地板前橫梁沖壓工藝進(jìn)行優(yōu)化，不僅降低了投資成本及生產(chǎn)成本，而且極大地提升了零件質(zhì)量及精度合格率。

橫梁零件原加工工藝存在的問題

為了滿足零件質(zhì)量和精度要求，S 系列輕卡車型的地板前橫梁工藝將工序內(nèi)容分開，由此帶來的弊端就是模具工序數(shù)多，投資費(fèi)用高，生產(chǎn)成本高。X 系列輕卡車型的地板前橫梁對(duì)模具工序進(jìn)行精簡(jiǎn)(工序內(nèi)容見表1)，采用4 道工序完成沖壓。其中工序OP10 壓邊圈設(shè)計(jì)采用氣墊頂桿來提供壓力，模具生產(chǎn)備模時(shí)需要按位置圖布置頂桿，生產(chǎn)準(zhǔn)備時(shí)間長(zhǎng)，且由于使用頂桿形式的拉延工序，工作臺(tái)必須要有氣墊或液壓墊，模具生產(chǎn)可供選擇的機(jī)床受限。工序OP20 采用“直切”方式(圖2)，此種工藝方式中零件兩端切邊方向與沖裁面的角度為20°，切邊刀口周圍常有碎屑積落，且該區(qū)域模具刃口強(qiáng)度低，易崩刃。工序OP40 的翻邊是采用將產(chǎn)品旋轉(zhuǎn)一定角度后進(jìn)行垂直翻邊的方式(圖3)，該工藝下零件翻邊易拉毛，且翻邊面易回彈。

表1 X 系列輕卡地板前橫梁沖壓工藝

新車型地板前橫梁模具開發(fā)方案

表2 生產(chǎn)線設(shè)備信息

表3 模具開發(fā)工藝方案

為提高換模效率，避開雙動(dòng)和單工作臺(tái)的機(jī)床，根據(jù)車間現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的情況(表2)，并結(jié)合產(chǎn)品數(shù)據(jù)工藝分析，選用A2 ～A5 工序機(jī)床，確定該地板前橫梁通過四道工序完成沖壓，模具開發(fā)方案如表3 所示。

工藝改進(jìn)亮點(diǎn)

氮?dú)飧仔问嚼?/h3>

工序OP10 采用氮?dú)飧鬃鳛閴哼吶Φ膲毫υ?圖4)，共計(jì)使用了16 個(gè)10t 級(jí)的氮?dú)飧?，成形至行程極限時(shí)可提供的最大壓邊力約200t，老式的氣墊頂桿最大僅能提供160t 左右的壓邊力，采用氮?dú)飧资浇Y(jié)構(gòu)，壓邊力均勻且穩(wěn)定，產(chǎn)品拉延質(zhì)量得到了極大改善。模具安裝時(shí)，可不受機(jī)床工作臺(tái)無氣墊（或液壓墊）的限制，在任意一臺(tái)安裝參數(shù)、設(shè)備噸位滿足要求的機(jī)床上生產(chǎn)。同時(shí)，生產(chǎn)準(zhǔn)備時(shí)間也比原來縮短了10min。

異形廢料分序切邊

區(qū)別于原橫梁類模具的“直切”方式，本次地板前橫梁兩端的切邊工藝分別在OP20 和OP30 上完成，具體方案如下。

⑴在OP20 中，根據(jù)零件切邊線定制非標(biāo)異形沖頭(圖5)進(jìn)行預(yù)沖孔，沖孔角度為30°，由于角度過大且零件料厚為1.8mm，通過斜楔使得沖裁方向垂直于零件表面，工序圖如圖6 所示。

⑵在OP30 中，制作符型的刀塊(圖7)完成地板前橫梁兩端剩余的切邊工作。此工藝方法可以避免由“直切”方式?jīng)_裁所帶來的零件切邊質(zhì)量差、易產(chǎn)生碎屑的問題，同時(shí)還能增加模具的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，提高模具的使用壽命。

不同方向翻邊的“獨(dú)立式整形”

原橫梁類零件兩端的翻邊工藝受限于翻邊方向的不同和工序數(shù)量，不得不采用斜翻邊的方式。為解決斜翻邊造成的翻邊易拉毛和翻邊回彈問題，本次地板前橫梁工藝開發(fā)，創(chuàng)新地采用了“獨(dú)立式整形”的方式(圖8)，即通過兩塊互不干涉的翻邊整形刀塊，在同一工序中分別以不同方向的作用力來對(duì)零件進(jìn)行翻邊整形，此方式的特點(diǎn)在于其可以提供垂直于零件翻邊線的作用力，可以保證翻邊面的質(zhì)量和精度，還可以節(jié)省模具工序數(shù)，從而降低模具投資費(fèi)用。

工藝改進(jìn)效益

投資費(fèi)用

根據(jù)以上模具工藝，共需開發(fā)4 副模具，總噸位為28t，與前期開發(fā)的地板前橫梁模具相比，節(jié)約了投資費(fèi)用約30 萬元。

換模效率

原地板前橫梁模具工藝布局均是從A1機(jī)床開始，雙動(dòng)機(jī)床的平均換模時(shí)間約為60min，后序A6 ～A8機(jī)床單工作臺(tái)的平均換模時(shí)間約為40min，橫梁模具的整體換模時(shí)間約為50min，換模效率低。本次地板前橫梁工藝開發(fā)，避開了A1、A6 ～A8 機(jī)床，同時(shí)使用氮?dú)飧鬃鳛閴毫υ慈〈敆U，省去了頂桿按圖擺放的時(shí)間，將整體換模時(shí)間縮短至25min，降低了50%。

產(chǎn)品質(zhì)量

⑴使用氮?dú)飧鬃鳛閴哼吶Φ膲毫υ矗粌H能提供足夠的壓邊力，且壓力穩(wěn)定，使得產(chǎn)品拉延充分，也可提前預(yù)防后序的零件回彈問題。

⑵零件兩端切邊的新型工藝，既保證了零件在有限的工序內(nèi)完成復(fù)雜的切邊內(nèi)容，同時(shí)使得沖裁方向垂直于零件，避免了切邊毛刺的產(chǎn)生，解決了刀口處易產(chǎn)生碎屑的問題。模具刀口的強(qiáng)度得到提升，減少了崩刃的風(fēng)險(xiǎn)。

⑶翻邊整形方向垂直于零件平面，可減少翻邊拉毛，同時(shí)能夠較好地控制翻邊回彈，提升翻邊面的外觀質(zhì)量和翻邊面精度，減少因搭接面回彈而對(duì)整車精度造成的影響。

結(jié)束語(yǔ)

優(yōu)化后的模具方案與傳統(tǒng)方案比較，具有的特點(diǎn)為：通過創(chuàng)新的工藝方法優(yōu)化了工序排布，減少了一副模具的開發(fā)，節(jié)約模具開發(fā)費(fèi)約30 萬元；采用氮?dú)飧鬃鳛閴哼吶Φ膲毫υ?，同時(shí)規(guī)避雙動(dòng)機(jī)床和單工作臺(tái)機(jī)床，最大程度節(jié)約了換模時(shí)間，縮短換模時(shí)間50%；優(yōu)化后的模具已批量投入生產(chǎn)，產(chǎn)品質(zhì)量和零件精度較原輕卡車型零件得到了極大改善。