探討模具銳棱工藝設(shè)計

文/榮升格，劉君君，施帆君，石攀榮·奇瑞商用車（安徽）有限公司

汽車外觀能夠給消費(fèi)者帶來最直接的印象，犀利的造型在彰顯車身硬朗氣質(zhì)的同時還能夠散發(fā)運(yùn)動氣息。汽車的外觀特征線是決定汽車造型特征的關(guān)鍵線。銳棱技術(shù)的實現(xiàn)需要設(shè)計、機(jī)加、熱處理、調(diào)試、生產(chǎn)維護(hù)等一系列環(huán)節(jié)支撐，同時銳棱技術(shù)也能夠衡量模具公司的設(shè)計和創(chuàng)新水平。

產(chǎn)品現(xiàn)狀

棱線對車身造型的影響

汽車車身在設(shè)計的時候有五條特別重要的“線”，即：車窗上沿線、車窗下沿線、肩線、腰線、裙線。汽車特征線是決定汽車造型特征的關(guān)鍵線，犀利的外觀不光能博人眼球，同時對制造工藝也是一個重大挑戰(zhàn)。而涉及到評判棱線的銳利程度，就不得不提到一個專業(yè)術(shù)語——R角。外觀R角主要指車身外觀棱線圓角的半徑值。

因國內(nèi)汽車制造工藝有限，R角越小導(dǎo)致車身外觀缺陷越多(如滑移線、變形開裂等)，國產(chǎn)汽車早期車身外觀R角基本在R8mm以上，在外觀造型上國產(chǎn)車很難表現(xiàn)出技術(shù)優(yōu)勢，給人一種粗糙感。

銳棱產(chǎn)品設(shè)計制約點

銳棱在產(chǎn)品設(shè)計階段需要著重關(guān)注的，有因R角值變小導(dǎo)致的拉延開裂、滑移線問題和因R角值變小導(dǎo)致的包邊起皺、包邊量不足的問題。這些問題一旦產(chǎn)生實物就很難整改好，導(dǎo)致整車在做AUDIT評審時質(zhì)量缺陷就會比較多，嚴(yán)重影響整體評價。

銳棱產(chǎn)品設(shè)計目標(biāo)

現(xiàn)階段需要突破的是將外觀主棱線R角設(shè)計的約束值從R8mm降低到R2mm。這不僅對沖壓工藝和焊裝工藝水平提出了嚴(yán)格的要求，而且在對產(chǎn)品棱線設(shè)計時需要更加嚴(yán)謹(jǐn)，銳棱不僅僅是縮小R角值那么簡單，同時還需要考慮到實際的沖壓技術(shù)水平及模具設(shè)計成本。

CAE分析及判定標(biāo)準(zhǔn)

銳棱技術(shù)涉及重要CAE點為滑移線控制、產(chǎn)品邊界棱線位置減薄率、包邊起皺及包邊料過短問題。

滑移線檢查

標(biāo)記點選擇在凸模凸R角上，且最先接觸料的位置在不明確接觸料的初始位置時，應(yīng)利用斷面查看或則采用波浪線標(biāo)記的方式檢查。

滑移線CAE標(biāo)準(zhǔn)：當(dāng)R≤20mm，不能超過R邊界3mm；當(dāng)R＞20mm時不做特殊要求，但是當(dāng)所測滑移線太大時要與客戶進(jìn)行反饋確認(rèn)，滑移線過大會嚴(yán)重影響產(chǎn)品外觀質(zhì)量，如圖1所示。

圖1 滑移線分析1

在做SE分析時有兩個不得不提的專業(yè)詞語：

反應(yīng)變應(yīng)力(Unbend Strain)代表材料應(yīng)變的難易程度，其值越大代表此處在應(yīng)力作用下，產(chǎn)生的應(yīng)變量越大，其滑移線風(fēng)險也越高。

參考滑移線產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)為大于0.01mm，此處數(shù)值不得超過0.01mm。

接觸壓力(Contact Press)代表板料與模具接觸時單位面積承受的壓力，其單位為MPa,其數(shù)值越大，產(chǎn)生滑移線的風(fēng)險越大。滑移線產(chǎn)生參考值為板料屈服強(qiáng)度的15%，如圖2所示。

圖2 滑移線分析2

棱線部位減薄率檢查

由于銳棱制造技術(shù)在實際制作時，凸模R角接近于尖角，所以在棱線部位的減薄率需要額外進(jìn)行加嚴(yán)控制，防止其實際生產(chǎn)時開裂。棱線主體部位不得超過15%，端頭部位不得超過22%，翻邊整形工序模擬不得超過25%。

包邊起皺、包邊料過短問題檢查

翻邊過程中不得出現(xiàn)明顯起皺，包邊分析模擬時不得出現(xiàn)包邊不實、包邊起皺情況。

此類檢查為常規(guī)性檢查，如圖3所示。

圖3 包邊狀態(tài)

模具設(shè)計工藝要求

在銳棱技術(shù)模面設(shè)計時應(yīng)充分考慮沖壓方向的合理性，服從的原則是：取所有棱線高度的平均值，也就是說應(yīng)該盡可能使所有棱線處在同一高度，避免差異；對于單條棱線本身兩端頭的應(yīng)該盡可能處在同一高度上，避免局部先接觸板料，應(yīng)使整條棱線均勻接觸板料，如圖4所示。

圖4 銳棱產(chǎn)品沖壓方向確定

在對外覆蓋件外觀設(shè)計時，特別要注意特征線夾角問題，一般銳棱部位曲面夾角控制在110°到130°之間，不超過150°。下R角數(shù)值可為8～12mm。上R角數(shù)值為2mm，如圖5所示。

圖5 A面夾角

棱線附近的補(bǔ)充面造型

當(dāng)R棱線處材料滑移線問題嚴(yán)重時，或者易發(fā)生開裂時，需要在棱線兩頭將補(bǔ)充面抬高，要比棱線高2～3mm，這樣可以達(dá)到減少制件滑移線、解決零件開裂現(xiàn)象，也就是使材料最后2～3mm才開始接觸R棱線，如圖6所示。

圖6 棱線補(bǔ)充面

特征線模面設(shè)計原則

⑴拉延模具。

模面設(shè)計結(jié)合產(chǎn)品造型要充分精算棱線兩側(cè)成形拉料力，使兩側(cè)受力均衡。如圖7所示，以凸模為基準(zhǔn)，棱線兩側(cè)15～20mm寬度，做0.05～0.08mm強(qiáng)壓面，10～ 15mm做曲面光順過渡；棱線端口做過拉延的工藝補(bǔ)充，補(bǔ)充量大小視產(chǎn)品分析而定，在補(bǔ)充處以變薄中心為圓點向四周發(fā)散15～20mm做0.07～0.12mm強(qiáng)壓面，10～15mm做曲面光順過渡；間隙放在凹模上。凹模棱線尖角相應(yīng)處讓空R=t，深度0.4mm。拉延模面要求與研合狀態(tài)實物，如圖8所示。

圖7 拉延模棱線處模面

圖8 拉延模面要求與研合狀態(tài)實物

在模具結(jié)構(gòu)圖設(shè)計時對于較大的件，如側(cè)圍、翼子板等模具斜對角設(shè)置導(dǎo)柱精確導(dǎo)向。設(shè)置要求高度最小在模具到底前30mm，精確導(dǎo)向開始工作。其次為方式開合模具導(dǎo)致模具型面受損，考慮設(shè)置導(dǎo)正銷進(jìn)行粗導(dǎo)向，高出導(dǎo)板50mm工作，棱線處研合率實物如圖9所示。

圖9 拉延導(dǎo)向

⑵修沖類模具。

為防止銳棱產(chǎn)品特征線在后序出現(xiàn)二次壓傷缺陷，后序模具的凹模：棱線功能區(qū)不緊壓、開槽0.2mm×0.2mm，非功能區(qū)避讓2mm(如果避讓2mm還有干涉，就用D3球刀開槽，深度2mm)，具體如圖10所示。

圖10 后工序模具棱線處模面處理

⑶翻邊整型類模具。

棱線兩側(cè)和尖角區(qū)若無功能區(qū)，讓空處理。若有功能區(qū)，棱線端口兩側(cè)做0.07～0.12mm強(qiáng)壓面，壓料芯棱線處讓空處理，以變薄中心為圓點向四周發(fā)散15～20mm，10～15mm做曲面光順過渡。如門外板棱線端頭和機(jī)蓋棱線端頭，距翻整面40mm外棱線讓空，不做緊壓處理或凸模，功能區(qū)進(jìn)行圓角銳化，非功能區(qū)按產(chǎn)品類別處理，棱線處研合率實物如圖11所示。

圖11 棱線處研合率實物

⑷壓合、滾邊。

壓合：單獨(dú)采購小角度壓塊，壓合后角度視裝車要求而定，建議棱線兩側(cè)15mm料邊設(shè)計為1.5～2.5mm，不做壓合處理或壓45°角。

滾邊：角度太小沒那么小的滾輪，單獨(dú)采購小角度壓塊。建議棱線兩側(cè)15mm寬料邊設(shè)計為1.5～2.5mm，不滾壓或只滾壓45°。

胎模：棱線尖角相應(yīng)處讓空R=R產(chǎn)品，深度0.4mm。

總結(jié)

通過近幾年國內(nèi)汽車的不斷發(fā)展，汽車外觀造型越來越得到大眾消費(fèi)者的喜好。未來的中國汽車制造技術(shù)一定能夠?qū)崿F(xiàn)與合資甚至進(jìn)口車型技術(shù)對標(biāo)。