前縱梁外板成形定位問題的解決

韋明鳳，周 林

(柳州五菱汽車工業(yè)有限公司，廣西 柳州545007)

0 前言

隨著汽車工業(yè)的發(fā)展和人們對安全性能要求的不斷提高，汽車底盤件用的材料屈服強(qiáng)度越來越高，料厚也有增加的趨勢，這些改變帶來的后果是零件回彈、尺寸一致性控制變得越來越困難。如何保證汽車底盤沖壓零件的尺寸合格率和穩(wěn)定性，是零部件企業(yè)不得不面對的問題。

1 零件和類似零件的沖壓工藝簡介

1.1 零件簡介

圖1 中的零件名為右前縱梁外板，隸屬于白車身中的車架總成，該零件預(yù)計年需求量在5 萬件以上。零件材質(zhì)為P610L，料厚3.5 mm，每臺車使用1件。零件的形面簡單，局部特征非常少；零件的側(cè)視圖呈S 形，形面落差為165 mm，對沖壓過程中的板料定位非常不利。

圖1 零件簡圖

1.2 零件的沖壓工藝簡介

因為零件的料厚非常厚并且屈服強(qiáng)度非常高(超過500 MPa)，如果采用拉延工藝來沖壓零件，拉延模具的鑲塊會受到很大的拉延阻力和摩擦力，造成磨損加劇，壽命降低。因為零件材質(zhì)為高強(qiáng)熱軋板料，其延展性不能和普通冷板相提并論，采用拉延工藝，容易造成零件開裂，所以在制定零件沖壓工藝時，將成形作為零件的主體工藝。

零件的沖壓工藝制定如圖2 所示，零件的沖壓工藝為：落料→預(yù)成形→成形→側(cè)整形→沖孔側(cè)沖孔側(cè)切邊→沖孔側(cè)沖孔側(cè)切邊。

圖2 右前縱梁外板的沖壓工藝

2 技術(shù)難點及解決方案

2.1 技術(shù)難點

如上文所述，由于零件本身的落差很大，板料在預(yù)成形工序的放置會出現(xiàn)問題。如圖3 所示，板料放置于預(yù)成形模下活動芯上時，它們之間的離空很大，在成形過程中會造成零件的不可控竄動，工件的定位必須使一批工件逐次放入夾具中，都能有同一位置。能否保證工件位置的一致性，直接影響工件的加工精度［1］。

圖3 板料自由放置到下活動芯上的狀態(tài)

如圖4 所示，板料壓貼下活動芯表面時，經(jīng)過計算和簡單的CAE 運(yùn)動分析，右端頭的板料邊緣會往圖示左方移動23 mm，而位于零件平面上的兩個主定位孔直徑只有30 mm，如果采用預(yù)沖孔+雙定位銷的方式來定位版來板料，會造成定位銷尺寸偏小(按本零件數(shù)據(jù)，定位銷最大直徑理論上只能做到7 mm)，在實際生產(chǎn)中，定位銷會頻繁的被板料拉斷，因此不能采用雙定位銷定位板料。

圖4 板料壓貼下活動芯示意圖

不能在模具上增加邊定位。如果在下模鑲塊上增加了邊定位，上模鑲件就必須挖避讓孔，如圖5 所示，板料邊緣線基本位于鑲塊的圓角附件，如果上模挖避讓孔，會造成上模鑲件局部強(qiáng)度不足。

圖5 板料與下模鑲塊

2.2 技術(shù)方案的設(shè)想

模具的設(shè)計和制造直接關(guān)系到?jīng)_壓件的質(zhì)量、沖壓件的生產(chǎn)效率還有沖壓件的生產(chǎn)成本［2］。所以，必須在模具的結(jié)構(gòu)設(shè)計上想辦法解決板料定位穩(wěn)定性問題，以保證量產(chǎn)階段零件的尺寸的穩(wěn)定性，減少零件的報廢率、不必要的成本增加。

對于成形這種沖壓工藝，只有板料/工序件的定位可靠性得到保證，零件的尺寸狀態(tài)才能穩(wěn)定。設(shè)計的模具結(jié)構(gòu)及板料定位方案如圖6 所示，剩下的，就是如何解決板料右端頭在機(jī)床X 及Y 方向的竄動問題、板料瞬間偏轉(zhuǎn)問題了。

圖6 板料定位方案

2.3 板料右端頭竄動問題的解決

板料右端頭竄動的解決方案如圖7 所示。

(1)在板料右邊的廢料區(qū)設(shè)計一個矩形缺口，缺口在落料模上沖切出來。

(2)在CAE 軟件中測繪出缺口的實時變化位置，并導(dǎo)入設(shè)計軟件中，根據(jù)缺口實時變化的位置點，連成缺口位置的變化曲線，用此曲線設(shè)計右端頭的板料定位器，定位器在整改預(yù)成形過程中，始終楔在矩形口內(nèi)，保證板料不會發(fā)生竄動。為提高定位器的耐磨性能，其材質(zhì)選用了SKD11 并真空熱處理。

(3)使用帶支撐功能的輔助定位器，保證板料放置的初始位置時，板料與下活動芯的最高面平行并等高。

(4)在板料的左端頭增加了輔助定位，減少2.2中設(shè)計的定位銷被磨損和擠壓的幾率；使用一個定位銷定位板料，保證初始放料的位置準(zhǔn)確性。

圖7 板料竄動、瞬間翻轉(zhuǎn)的解決方案

3 結(jié)束語

用成形工藝沖壓的零件，板料的定位穩(wěn)定性將直接影響零件尺寸的穩(wěn)定性。文中的右前縱梁外板通過優(yōu)化板料的定位方案，板料在預(yù)成型模上的定位穩(wěn)定性得到了保證，并且這兩個定位區(qū)域可以一直用到模具的第一道沖孔側(cè)切邊工序(最后一道工序采用上一工序沖出的主定位孔定位了)。所有模具都采用相同的基準(zhǔn)進(jìn)行定位，零件的穩(wěn)定性得到了有力的保證。模具剛回廠時，首輪上機(jī)試壓調(diào)試，零件的合格率就達(dá)到了92%，經(jīng)過4 輪調(diào)試后，零件的合格率就超過了96%，并且尺寸狀態(tài)穩(wěn)定。進(jìn)入小批量生產(chǎn)階段時，曾經(jīng)一次連續(xù)壓件400 件，零件的合格率抽檢超過95%，所有零件能滿足焊接生產(chǎn)要求。