高平面度要求側(cè)板模具設(shè)計(jì)研究

張軍建，劉新艷，夏曉敏，葛兆亮，徐 瑋，劉志紅

（青島海爾智慧廚房電器有限公司，山東青島 266101）

1 引言

圖1所示側(cè)板材料為SGCC，料厚t=0.80mm，外形尺寸383×354mm，外觀要求：①平面度要求為max1.2mm；②大面不可回彈有異響；③零件烤漆后，烤漆面要求無壓傷模痕。鑒于產(chǎn)能，需用大型連續(xù)模生產(chǎn)。

圖1 側(cè)板

2 制件特征分析

根據(jù)制件特征分析，達(dá)成制件外觀要求的關(guān)鍵點(diǎn)在于凸包（見圖2 I處），其兩大特點(diǎn)：一是凸包在制件一側(cè)，整體結(jié)構(gòu)不對(duì)稱，材料流動(dòng)不平衡，會(huì)扭曲變形；二是凸包較高，成形時(shí)拉料嚴(yán)重，會(huì)產(chǎn)生大面回彈異響及開裂。

圖2 制件特征

該凸包高度12.8mm，理論計(jì)算材料延伸率為38.2%，而SGCC材料延伸率為30%左右，成形后會(huì)破裂，仿真分析也印證了這點(diǎn)，如圖3所示。針對(duì)此情況，將凸包底部?jī)?nèi)R角由2.2mm加大至5.0mm，并在凸包過孔處增加圓形工藝孔再次進(jìn)行仿真分析，結(jié)果顯示凸包無破裂。

圖3 制件凸包仿真分析

針對(duì)以上不良現(xiàn)象，采取以下預(yù)防措施：①凸包成形加壓筋，如圖4所示，阻止大面材料流向凸包，規(guī)避材料流動(dòng)不平衡造成的扭曲變形；②選用氮?dú)鈴椈?，增大模具壓料力，減緩大面材料流動(dòng)，杜絕大面回彈異響；③增加工藝孔，如圖5所示，以利于凸包成形材料流動(dòng)，釋放凸包內(nèi)部拉料應(yīng)力。

圖4 加壓筋

圖5 加工藝孔

3 模具設(shè)計(jì)

經(jīng)過上述論證，確定凸包處成形工藝方案分7步完成，分別是：①?zèng)_工藝孔；②打凸包；③凸包整形；④翻邊預(yù)沖；⑤翻邊；⑥仿形沖孔；⑦仿形壓毛邊。如圖6所示。

圖6 包成形工藝方案

凸包成形采用傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)，為防止側(cè)板大面材料流向凸包，將凸包成形周圍壓料力加大至10kgf/cm2，凸包根部壓筋加寬至2.0mm，高度0.3mm，如圖7所示。

圖7 凸包成形結(jié)構(gòu)

經(jīng)試模驗(yàn)證，制件平面度合格，凸包無破裂，但由于壓筋較深，凸包根部壓印嚴(yán)重，導(dǎo)致凸包處烤漆后外觀不良，實(shí)物如圖8所示。

圖8 凸包效果照片

鑒于此，只能通過降低壓筋，來改善外觀不良。在保證其它條件不變的情況下，將壓筋逐步降至0.15mm，凸包處烤漆后外觀不良改善，但是，有大面回彈異響。此時(shí)的壓料力已經(jīng)很大，只能尋找其它方法來減緩材料的流動(dòng)。凸包四周加放電紋，如圖9所示，通過增加材料與模板的摩擦力來減少大面拉料。這樣在壓筋0.15mm和加放電紋雙重作用下，凸包根部無明顯壓印，烤漆后無外觀不良，放電紋區(qū)域無明顯模痕，但大面輕微回彈異響，調(diào)整后凸包照片如圖10所示。

圖9 增加放電紋示意圖

圖10 調(diào)整后凸包照片

通過圖10可以看出，雖然圓形工藝孔左右兩側(cè)裂開，但其它部位未有明顯形變，說明圓孔沒有充分釋放凸包成形時(shí)的內(nèi)部應(yīng)力。設(shè)計(jì)一種能充分釋放凸包成形時(shí)的內(nèi)部應(yīng)力而又不會(huì)因變形過大影響制件形狀的工藝孔，成了解決大面回彈異響及凸包開裂的關(guān)鍵，根據(jù)以往經(jīng)驗(yàn)，設(shè)計(jì)了8種工藝孔方案，進(jìn)行驗(yàn)證，如圖11所示。上述方案在試驗(yàn)?zāi)Ｉ向?yàn)證，發(fā)現(xiàn)方案七局部裂紋比其它的要小，大面基本無回彈異響，對(duì)比照片如圖12所示。由于凸包成形后裂紋不穩(wěn)定，存在隱患，需要進(jìn)一步的消除裂紋不良，優(yōu)化方案七的工藝孔。

圖11 工藝孔方案

圖12 方案七效果照片

針對(duì)方案七照片，左側(cè)腰圓形孔使工藝切口面積過大，極易造成凸包沖孔裁切不良，但它阻斷了中間工藝孔裂紋的蔓延趨勢(shì)。取消左側(cè)腰圓形孔進(jìn)行試驗(yàn)，工藝孔兩側(cè)仍有裂紋；當(dāng)將凸包高度降低至12.0mm時(shí)，裂紋消失；再將高度由12.0升至12.8mm時(shí)，裂紋重新出現(xiàn)。如圖13所示。

圖13 方案七拓展照片

根據(jù)上述實(shí)驗(yàn)，欲要制件質(zhì)量穩(wěn)定必須讓中間工藝孔充分拉料，但拉料程度及裂紋必須做到可控范圍，因此，將成形方案變更如下：先沖中間工藝孔，然后將凸包打到12.0mm，為防止二次打凸時(shí)裂紋出現(xiàn)并向外延伸，在其左右都加上沖孔，最后將凸包打到12.8mm。鑒于腰圓形孔在上述實(shí)驗(yàn)時(shí)產(chǎn)生裂紋，所以，將腰圓形孔改為C形孔，如圖14所示，即可延長(zhǎng)阻斷拉料范圍，又不容易在二次抽凸時(shí)產(chǎn)生裂紋。

圖14 C形孔替代腰圓形孔

重新論證后的兩次打凸工藝方案如圖15所示。

圖15 兩次打凸工藝方案

通過試模驗(yàn)證，凸包拉裂問題得到解決，實(shí)際效果如圖16所示。

開裂問題雖已解決，但凸包底部仍有輕微緊縮，要解決緊縮問題，就需要拉料力在工藝孔處得到釋放，還要控制拉料裂紋產(chǎn)生在C形孔與第一次工藝孔中間。通過圖16所示照片可知，由二次打凸造成的開裂位置不確定，為避免拉裂口延伸至制件上，需在兩工藝孔處增加切口，引導(dǎo)開裂，切口位置如圖17a所示。

圖16 兩次打凸方案實(shí)物照片

通過以上改善，使拉料力在工藝孔處得到釋放，把破裂處固定在C形孔與第一次工藝孔中間，把不可控因素變得可以控制，試驗(yàn)效果照片如圖17b所示。

圖17 新增切口位置及試驗(yàn)效果照片

通過上述分析及實(shí)驗(yàn)，確定新方案如下：修改第一步工藝孔形狀，將凸包改為兩次成形，并在兩次打凸之間增加沖工藝孔工步，新的工藝如圖18所示。

圖18 新工藝方案

執(zhí)行新工藝后，制件平面度良好，無品質(zhì)異常，向客戶交出了合格樣品。制件實(shí)物圖如圖19所示。

圖19 制件照片

4 結(jié)束語

側(cè)板成功的開發(fā)，開辟了高凸制件開發(fā)新思路，工藝方案已運(yùn)用到其它類似結(jié)構(gòu)側(cè)板改善中，提高了生產(chǎn)效率及競(jìng)爭(zhēng)力，改善了質(zhì)量。改善就是從生產(chǎn)需求出發(fā)，把一切不可控因素變得可控。