一種鋁合金覆蓋件拉延成形解決方案

在以節(jié)能環(huán)保為發(fā)展趨勢(shì)的汽車工業(yè)里，鋁合金材料是實(shí)現(xiàn)輕量化的可選材料之一，其強(qiáng)度高、質(zhì)量輕但成形性不如鋼材，材料延伸率小，給成形帶來挑戰(zhàn)。本文以小曲率背門內(nèi)板為研究對(duì)象，采用不同步壓邊的方法，提出一種新型工藝及模具結(jié)構(gòu)降低鋁板成形難度，達(dá)到縮短模具開發(fā)周期，降低開發(fā)成本的目的。

近年來隨著汽車制造的飛速發(fā)展，汽車業(yè)已經(jīng)成為我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的支柱產(chǎn)業(yè)，車身制造是汽車發(fā)展中的重要組成部分，對(duì)車用材料、成形工藝、產(chǎn)品質(zhì)量的要求越來越高。汽車上約70%的零件經(jīng)沖壓工藝制成，因此沖壓技術(shù)水平的高低決定著車身的品質(zhì)高低。但隨著節(jié)能環(huán)保理念的不斷深入，汽車輕量化制造已成為汽車行業(yè)關(guān)注的焦點(diǎn)。采用如鋁合金等輕質(zhì)材料是實(shí)現(xiàn)輕量化的重要手段，但由于鋁合金不同于普通鋼板的材料性能，也給沖壓成形技術(shù)帶來挑戰(zhàn)。

劉曉晶等針對(duì)AA6009鋁合金車門內(nèi)板利用有限元模擬進(jìn)行拉深成形與工藝優(yōu)化，在凹模上設(shè)置拉延筋有效提高工件的成形質(zhì)量；胡玉明等針對(duì)鋁合金覆蓋件門洞開裂進(jìn)行優(yōu)化，提出了鎖緊內(nèi)圈拉延筋的方法解決開裂問題；談順強(qiáng)等采用成形性評(píng)價(jià)函數(shù)對(duì)鋁制車身覆蓋件成形工藝參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，有效控制回彈。本文提出一種新型工藝及模具結(jié)構(gòu)——內(nèi)外不等深度實(shí)現(xiàn)成形的拉延方案，降低鋁板成形難度。

研究背景

材料背景

用于車身制造的鋁合金主要有2000系(鋁銅合金)、5000系(鋁鎂合金)和6000系(鋁鎂硅合金)，通常應(yīng)用于覆蓋件成形的鋁合金以5系和6系居多。其中5000系鋁合金主要應(yīng)用于車身結(jié)構(gòu)件和內(nèi)板中，6000系鋁合金則被更多應(yīng)用于外覆蓋件成形中。其密度小，遠(yuǎn)小于銅和鋼，強(qiáng)度高，焊接性能較好，但是鋁合金相對(duì)鋼板其塑性差，材料的延伸性能較低，僅為25%，而鋼板延伸性可達(dá)到40%。

因此，鋁合金沖壓件成形相對(duì)鋼板難度大，成形容易開裂，板件結(jié)構(gòu)復(fù)雜時(shí)，往往由于板料延伸率不夠?qū)е聼o法成形，為解決延伸率不足問題，工藝補(bǔ)充的設(shè)計(jì)非常重要，尤其壓料的形狀及深度對(duì)成形起到關(guān)鍵作用。因此，本文提出了一種內(nèi)外不等深度實(shí)現(xiàn)成形的拉延方案。

技術(shù)背景

由于制件產(chǎn)品拉延深度和成形形狀復(fù)雜，同時(shí)要保證產(chǎn)品拉延充分，故設(shè)置了凹模和凸模為主拉延區(qū)；凹模固定于上模本體上，凸模固定于下模座上，主成形區(qū)外設(shè)置了上壓邊圈和下壓邊圈，上壓邊圈由氮?dú)鈴椈商峁┖愣ǖ膲毫Γ幌履Ｍ鼓Ｖ虚g設(shè)置的托料芯和下壓邊圈在壓力機(jī)氣頂桿作用下同時(shí)工作，隨著壓機(jī)的進(jìn)一步工作，板件在上壓邊圈、下壓邊圈和托芯共同作用下，在凸模和凹模接觸后完成拉延過程。

小曲率背門內(nèi)板不同步壓邊圈拉延成形模具結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。此模具結(jié)構(gòu)由下模座、凸模、托芯氣頂桿接柱、托芯、下壓邊圈氣頂桿接柱、下壓邊圈、上模本體、氮?dú)鈴椈?、上壓邊圈以及凹模等主要部分組成；凸模固定于下模座上；托芯和凸模通過導(dǎo)板導(dǎo)向配合，用工作螺栓與下模座緊固，其工作行程由工作螺栓行程控制，下壓邊圈和凸模導(dǎo)向配合，通過安全螺栓與下模座連接，凹模固定于上模本體上，氮?dú)鈴椈晒潭ㄓ谏夏１倔w上，上壓邊圈通過工作側(cè)銷與安全側(cè)銷和上模本體連接，氮?dú)鈴椈勺饔门c上壓邊圈上，并為上壓邊圈提供壓力。以上各接觸部件之間通過導(dǎo)板與導(dǎo)滑面配合實(shí)現(xiàn)導(dǎo)向運(yùn)動(dòng)，各部件通過壓機(jī)作用力實(shí)現(xiàn)各自運(yùn)動(dòng)功能，完成背門內(nèi)板的拉延成形工作。

CHEN Ying, WEI Pei-lian, PAN Jun, ZHOU Jie, DONG Chang-sheng, YU Guan-zhen

綜上所述，方位向間歇采樣散射波干擾可有效破壞自動(dòng)相位搜索過程，不僅干擾信號(hào)無法被對(duì)消，所估相位還會(huì)使場(chǎng)景區(qū)域中大量真實(shí)點(diǎn)目標(biāo)的回波被抑制或被增強(qiáng)，從而使得場(chǎng)景成像中出現(xiàn)類似噪聲的雜亂明暗斑點(diǎn).

研究?jī)?nèi)容

不同步壓邊圈拉延模具設(shè)計(jì)

傾斜圓盤式大蒜排種裝置主要由電磁調(diào)速電動(dòng)機(jī)、種箱、排種盤、萬向節(jié)聯(lián)軸器和鏈傳動(dòng)等部分組成。其中，電磁調(diào)速電動(dòng)機(jī)和鏈輪組成是動(dòng)力輸出裝置部分，通過二級(jí)減速實(shí)現(xiàn)排種裝置所需要的轉(zhuǎn)速；種箱內(nèi)的兩個(gè)傾斜放置的取種盤來實(shí)現(xiàn)蒜瓣的取種；兩個(gè)萬向節(jié)聯(lián)軸器可以實(shí)現(xiàn)不在同一條直線上的傳動(dòng)。其結(jié)構(gòu)如圖1所示。

技術(shù)方案

一般的拉延模具結(jié)構(gòu)在汽車覆蓋件沖壓模具中運(yùn)用較廣泛，其結(jié)構(gòu)能滿足簡(jiǎn)單覆蓋件拉延沖壓成形要求?？蓪?duì)于產(chǎn)品形狀特殊的汽車內(nèi)覆蓋件應(yīng)用效果并不理想，典型的覆蓋件背門內(nèi)板，尤其是曲率小、拉延復(fù)雜的鋁合金背門內(nèi)板，這些產(chǎn)品特征在于法蘭區(qū)域平坦，拉延深度深，產(chǎn)品形狀復(fù)雜，這類制件如果按照常規(guī)工藝?yán)映尚?，就?huì)出現(xiàn)法蘭區(qū)域成形不足、形狀復(fù)雜變化急劇的位置開裂，伴隨嚴(yán)重起皺。這些問題在實(shí)際模具制造中無法通過調(diào)試完全解決，不僅會(huì)降低汽車覆蓋件產(chǎn)品質(zhì)量，還影響模具制造周期。二次拉深是解決該問題的手段之一，但增加拉延工序就意味著增加一套沖壓模具，增加開發(fā)成本。綜合以上考慮，研究了一種小曲率板件不同步壓料拉延成形模具工藝方案，實(shí)現(xiàn)了在一套模具上一次拉延成形，節(jié)約模具成本。

在沖壓過程中，有別于傳統(tǒng)拉延模具，板料在凹模剛性壓料面和壓邊圈接觸后與凹模和凸模拉延，僅有凹模壓料面和壓邊圈壓料，板料在凹模里面拉延成形不受控。此結(jié)構(gòu)在壓力機(jī)工作過程中，上壓邊圈和上模本體及凸模一同下行，上壓邊圈在氮?dú)鈴椈珊愣ǖ膲毫ο聦辶虾拖聣哼吶壕o，氣頂桿頂出力將下壓邊圈和托芯頂起，托芯和凹模在模具進(jìn)一步合模過程中，板料開始逐漸在凹模和托芯之間接觸并逐步壓實(shí)。在繼續(xù)拉延成形過程中，除上述板料壓實(shí)外，板料在凹模和凸模的作用下充分拉延，在拉延過程中，板料在上壓邊圈和下壓邊圈間流動(dòng)，保證了板料拉延充分成形，同時(shí)解決了復(fù)雜形狀內(nèi)覆蓋件小曲率鋁合金產(chǎn)品的拉延成形開裂和起皺并存的沖壓工藝難題，如圖2～圖4所示。

綜上所述，小曲率背門內(nèi)板不同步壓邊圈拉延成形工裝在一道工序中實(shí)現(xiàn)了多次拉延成形，解決了小曲率復(fù)雜鋁合金內(nèi)覆蓋件拉延成形不充分、起皺開裂的問題，節(jié)省了為解決此類問題增加工序而導(dǎo)致的模具開發(fā)費(fèi)用，提高了企業(yè)設(shè)計(jì)制造水平，同時(shí)給汽車主機(jī)廠減少了生產(chǎn)成本，帶來了良好的經(jīng)濟(jì)效益。產(chǎn)品模擬圖和拉延成形板件如圖5、圖6所示。

結(jié)束語(yǔ)

以鋁合金為代表的輕量化材料在車身復(fù)雜覆蓋件沖壓成形過程中，常出現(xiàn)成形不足、成形困難的問題，模具調(diào)試難度大，給模具開發(fā)、制造，甚至批量生產(chǎn)帶來巨大挑戰(zhàn)。針對(duì)鋁合金小曲率背門內(nèi)板成形困難的問題提出解決方案，縮短模具調(diào)試時(shí)間：⑴設(shè)計(jì)不同步壓邊圈拉延模具，在板料拉延過程中，通過上壓邊圈和下壓邊圈的共同作用，板料流動(dòng)期間保證拉延充分成形；⑵根據(jù)制件拉延深度起伏大和曲率小的特點(diǎn)，在沖壓過程的不同時(shí)段成形，既解決平坦部位的充分拉延成形，又能保證小曲率深拉延區(qū)域不發(fā)生開裂和產(chǎn)品起皺的缺陷。