踵板橫梁熱成型件沖壓工藝方案優(yōu)化

郭照宇

(上海博匯模具有限公司技術部，上海 嘉定 201808)

0 引 言

為順應輕量化趨勢，新能源汽車和傳統(tǒng)汽車都在車身上越來越多地采用熱成型零件。傳統(tǒng)的熱沖壓件包括A柱、B柱、頂蓋邊梁、門檻、前后防撞梁、車門防撞梁、中央通道、整體門環(huán)等，熱沖壓零件有向大型化、復雜化的發(fā)展趨勢。

如圖1所示，踵板橫梁為新型熱成型零件，位于車身尾部，是圖1中方框內零件，連接中地板與后地板，中間與中央通道搭接，兩側與縱梁搭接。踵板橫梁有多個翻邊部位。其中上翻邊與后地板搭接，下翻邊與中地板、中央通道搭接。

圖1 踵板車身位置實物零件匹配示意圖

踵板橫梁一般采用普通高強度鋼，采用冷沖壓成型，為了車身輕量化，這個零件嘗試采用熱沖壓鋼，成型后強度達到1 500 MPa以上，厚度降低。由于這個零件是新開發(fā)的熱沖壓零件，沖壓工藝并不成熟，開始制定的工藝方案并不合理，出現(xiàn)了起皺開裂、廢品率高的問題。通過現(xiàn)場調試和CAE的分析，發(fā)現(xiàn)了原有沖壓工藝方案存在的問題，調整了沖壓工藝方案，解決了踵板橫梁零件的成型問題。這項研究對其他車型的類似零件的沖壓工藝方案制定有參考價值。

1 踵板橫梁模具調試中發(fā)現(xiàn)的問題

踵板橫梁模具下模實物照片如圖2所示，這個模具中間是下模托料板，起的作用是托平板料，并用兩個定位銷來定位，保證投料放料的穩(wěn)定性。

圖2 現(xiàn)場下模實物照片

在鍾板橫梁模具調試中發(fā)現(xiàn)原有方案存在的問題：

1) 成型困難，開裂起皺同時存在；

2) 成型不穩(wěn)定，量產報廢率高達10%；

這個件的成型難點就在兩端頭上下翻邊處，通過平衡塊調整，壓料間隙料扯緊一點就會容易開裂，如圖3所示。而通過平衡塊調整，壓料間隙稍放松一點，就會出現(xiàn)角部疊料，如圖4所示。

圖3 側壁成型開裂

圖4 側壁角部疊料

2 踵板橫梁原沖壓方案CAE分析

原有沖壓工藝方案的CAE模型如圖5所示，上下都安排有活芯，保證料片平穩(wěn)放入。

圖5 工具體設置示意圖

下模工具體中間定位孔位置分拆為活芯，下邊分拆一整條壓邊圈，上邊凸模是固定在下模座上的。下模工具體中間壓料芯帶兩定位孔，保證板料的定位，下邊托一條壓邊圈，保證托平板料。

原方案料片初始狀態(tài)如圖6所示，零件初始接觸狀態(tài)比較好。

圖6 原方案料片初始狀態(tài)

原方案上翻狀態(tài)如圖7所示，上部翻邊快成型到位狀態(tài)。

圖7 原方案上翻狀態(tài)

下翻狀態(tài)(到底狀態(tài))如圖8所示，上下模到底狀態(tài)。

圖8 原方案下翻到底狀態(tài)

由分析結構(圖9)可知，原沖壓工藝方案中，上翻和下翻部位是同時成型的，雖然從仿真結果看不出有較大的開裂起皺風險，但現(xiàn)場觀察到壓料拉延過程的走料不穩(wěn)定，總結出是由于零件上翻和下翻部位比較接近，如圖10所示，同時要料，相互影響所導致的，造成成型后，起皺與開裂問題并存。

圖9 原方案成型FLD圖

圖10 產品上下翻邊難點部位

3 踵板橫梁新沖壓工藝方案及其CAE分析驗證

3.1 提出解決方案

采用成型代替拉延工藝，讓鍾板橫梁零件在成型深度最淺的情況下，上下翻邊順序調整為先上翻再下翻，上下壓料芯行程做到最小，改變壓料芯成型接觸點讓熱成型盡量到位，下翻處改為自由成型。

3.2 措施1

調整沖壓方向，保證產品成型深度最小。

沖壓方向調整為：主面擺到15°左右，側壁角度20°左右，上下最高點基本平齊，使板料平穩(wěn)放置在平面上，如圖11所示，兩側面的法向角度越大越有利于成型走料，可以解決開裂問題。

圖11 新方案工具體示意

遵循簡單實用的原則，優(yōu)先采用熱成型方式，且要求行程越小越好，熱成型模具保證了最小成型深度，對提高成型過程中板料成型溫度有利，溫度越高越有利于成型；成型深度越小，工具體活芯行程就越小，活芯分拆數(shù)目越少，這樣既經濟又穩(wěn)定可靠。新方案中減少了成型深度，并減少了活芯分拆數(shù)目。

3.3 措施2

調整成型過程，采用半拉深半成型方式，分步成型，先上翻再下翻。

此件的成型難點在兩頭，為解決角部疊料問題，先直接壓住再下翻成型，這樣會導致壓料芯接觸位置比較尖，難點區(qū)域剖面截圖如圖12所示。

圖12 成型難點區(qū)域截面圖

這里有個關鍵細節(jié)需要注意。為了改善壓料芯與板料的接觸關系，避免壓料時出現(xiàn)尖點接觸，翻板刀塊要先于壓料芯10 mm接觸板料(圖13)，以免尖點接觸刺破板料。傳統(tǒng)設計總是先壓緊板料，后面再翻邊，本設計打破傳統(tǒng)，很好地避免了尖點接觸問題。

圖13 端頭難點初始板料放置兩拐角截面示意

模具在上模壓板閉合時就通過自由成型來實現(xiàn)上翻成型，然后上模、壓邊圈，繼續(xù)往下走到底，下翻成型到位，這樣上下翻邊分步實現(xiàn)，避免了角部的成型開裂起皺問題，并保證了拉延穩(wěn)定性。

3.4 仿真結果與生產驗證

根據(jù)上面的2項修改措施，對鍾板橫梁整個零件成型過程進行了仿真，發(fā)現(xiàn)成型中開裂和起皺風險都降低了，并在縮小版的軟模模具上得到驗證后，再開發(fā)正式模具。

板料的初始狀態(tài)如圖14所示，以中間U形缺口定位，板料平穩(wěn)放在凸模上。

圖14 新方案料片初始狀態(tài)

上翻狀態(tài)：上翻部位一次壓料到位，新方案上翻后板料狀態(tài)如圖15所示，零件不存在起皺開裂風險。

圖15 新方案上翻狀態(tài)

下翻狀態(tài)：上翻后繼續(xù)下翻，上模到底，成型深度50 mm，新方案板料狀態(tài)如圖16所示，成型過程中的應變比較低，零件也不存在起皺開裂風險。

圖16 新方案下翻到底狀態(tài)

新方案的CAE結果(圖17)表明，這種方案板料成型后起皺開裂風險很低，在此基礎上重新制造了模具，采用新方案的模具已經運行了很長一段時間，運行期間一直平穩(wěn)可靠，沒有出現(xiàn)起皺開裂問題，滿足了生產、工藝和維護的需要(圖18)。

圖17 新方案成型FLD圖

圖18 現(xiàn)場實物照片

4 結 論

踵板橫梁搭接部分同時有向上的翻邊和向下的翻邊，成型過程中如果同時上翻邊和下翻邊，由于上下翻邊位置接近，相互影響，會導致生產過程不穩(wěn)定，產生起皺開裂問題，廢品率高。通過優(yōu)化方案，取得了以下良好效果。

(1) 新方案通過調整沖壓角度，使零件成型深度最小，并且采用半拉深半成型方式，分步成型，先上翻再下翻，有效地解決了踵板橫梁角部起皺以及下翻處開裂問題。

(2) 新方案提高了模具穩(wěn)定性，降低廢品率，滿足了量產需求。

(3) 新方案使材料利用率提高了13%，對其他車型同類踵板橫梁零件的模具開發(fā)有一定參考價值。