某溜背汽車尾門內(nèi)板的沖壓工藝及模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

羅相尉 孫大智 李麗坤

上汽通用五菱汽車股份有限公司 廣西柳州市 545007

隨著汽車的普及，消費(fèi)者不僅對汽車性能的要求提高，對汽車外觀造型風(fēng)格的要求也越來越多樣化。汽車尾門傳統(tǒng)分為三廂車的尾門和兩廂車的尾門。近年來出現(xiàn)了溜背門的設(shè)計(jì)。零件的高低起伏比傳統(tǒng)設(shè)計(jì)大，成形難度大。本文介紹了一種實(shí)現(xiàn)溜背尾門內(nèi)板的沖壓工藝及模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

在早期，由于汽車覆蓋件鈑金形狀復(fù)雜，主機(jī)廠采用雙動(dòng)壓力機(jī)，雙動(dòng)壓力機(jī)有內(nèi)外兩個(gè)滑塊，內(nèi)滑塊提供拉延成型力，外滑塊提供壓邊力。隨著國內(nèi)汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，產(chǎn)品設(shè)計(jì)水平、沖壓工藝設(shè)計(jì)水平、壓力機(jī)性能得到提升，主機(jī)廠多采用單動(dòng)多連桿配氣墊的壓力機(jī)結(jié)構(gòu)，這種壓力機(jī)結(jié)構(gòu)相對簡單，同時(shí)還可以降低模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的復(fù)雜性。

汽車外覆蓋件鈑金的拉延方式主要有兩種：單動(dòng)拉延和雙動(dòng)拉延，當(dāng)前通常采用單動(dòng)拉延成形。

單動(dòng)拉延的模具結(jié)構(gòu)，模具分為下模，壓邊圈以及上模三部分。下模固定在壓力機(jī)的下工作臺上；壓邊圈位于下工作臺上；上模固定在壓力機(jī)的上工作臺上。這種模具結(jié)構(gòu)簡單，模具成本低。單動(dòng)拉延的優(yōu)點(diǎn)有：模具結(jié)構(gòu)簡單，成本低。缺點(diǎn)有：拉延深度有限。

傳統(tǒng)的雙動(dòng)拉延的模具應(yīng)用在雙動(dòng)壓力機(jī)上，其中上模安裝在上工作臺的內(nèi)滑塊上，壓邊圈安裝在上工作臺的外滑塊上，下模固定在下工作臺上。壓力機(jī)運(yùn)動(dòng)時(shí)，外滑塊帶動(dòng)壓邊圈首先下壓，然后內(nèi)滑塊帶動(dòng)上模下壓，直至拉延到底。雙動(dòng)拉延的優(yōu)點(diǎn)有：可以實(shí)現(xiàn)大的拉延深度。缺點(diǎn)有：模具結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本高。

某車型尾門內(nèi)板在汽車坐標(biāo)系的整體狀態(tài)如圖1，零件整體傾斜大，呈弧形。按照傳統(tǒng)的單動(dòng)拉延的沖壓工藝，零件在沖壓坐標(biāo)系的狀態(tài)如圖2，零件的沖壓工藝存在以下難點(diǎn)。

圖1 零件在汽車坐標(biāo)系的狀態(tài)

圖2 傳統(tǒng)拉延工藝零件的狀態(tài)

問題1：在零件窗框左右側(cè)，有沖孔，沖孔廢料滑落困難；

問題2：在零件窗框下部，有一處突兀的特征，拉延成形困難；

問題3：在零件與尾燈匹配處，有一處突兀的特征，拉延成形困難；

問題4：零件最高點(diǎn)與最低點(diǎn)落差達(dá)250mm 左右，拉延成形困難。

沖壓工藝采用反拉延的方式，如圖3，即沖壓方向與傳統(tǒng)沖壓工藝相比旋轉(zhuǎn)180 度。

圖3 反拉延工藝零件的狀態(tài)

采用此工藝，對于難點(diǎn)問題1，沖孔采用側(cè)沖孔，沖孔廢料滑落沒有問題。

同時(shí)做了以下的工藝調(diào)整，使得問題2、問題3 以及問題4 得以解決：

對于難點(diǎn)問題2，在窗框下部增加整形，解決拉延成形困難的問題，如圖4。雖然整形量多達(dá)55mm，但是采用切邊后整形的方式，CAE 分析開裂風(fēng)險(xiǎn)控制在安全范圍內(nèi)，如圖5。

圖4 窗框下部整形

圖5 窗框下部整形后CAE分析結(jié)果

對于難點(diǎn)問題3，在零件與尾燈匹配處增加整形，解決拉延成型困難的問題，見圖6。CAE 分析開裂風(fēng)險(xiǎn)控制在安全范圍內(nèi)，見圖7。

圖6 窗框下部整形

圖7 窗框下部整形后CAE分析結(jié)果

對于難點(diǎn)問題4，零件壓料面盡量隨形，并且將壓料面抬高，使得壓邊面高于零件在沖壓方向下的最低點(diǎn)。從而最大程度地降低了零件的拉延深度和壓邊圈行程。采用這種方式，壓邊圈行程降低到了105mm。

但是由于壓料面高于零件最低點(diǎn)，導(dǎo)致出現(xiàn)在上模與壓邊圈閉合前，上模先觸料的問題，從而導(dǎo)致板料竄動(dòng)、變形、起皺的問題，見圖8。為了解決這個(gè)問題，需要在上模最低點(diǎn)與板料接觸前，將板料周圈拉緊，避免上模最低點(diǎn)自由觸料。

圖8 單動(dòng)拉延上模先觸料導(dǎo)致板料流動(dòng)不受控

模具調(diào)試和生產(chǎn)的壓力機(jī)是單動(dòng)壓力機(jī)，通常沖壓拉延模具分為三個(gè)部分：上模、下模以及壓邊圈，壓邊圈在下模，上滑塊沒有壓料力的壓力源，上模沒有壓料機(jī)構(gòu)。為了解決這些問題，通過雙動(dòng)模具結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)雙動(dòng)壓力機(jī)的效果。模具結(jié)構(gòu)分為下模、下壓邊圈、上模以及上壓邊圈四部分。由于壓力機(jī)是單動(dòng)壓力機(jī)，所以雙動(dòng)拉延模具的上壓邊圈的動(dòng)力源不是壓力機(jī)，而是需要模具內(nèi)部氮?dú)鈴椈蓙硖峁?。具體結(jié)構(gòu)為：下模固定在壓力機(jī)的下工作臺；下壓邊圈位于下工作臺，壓力源為壓力機(jī)氣墊壓力；上模固定在壓力機(jī)的上工作臺；上壓邊圈安裝在上模上，壓力源為氮?dú)鈴椈伞?/p>

如圖9，采用雙動(dòng)拉延，即在上模增加一個(gè)上模壓邊圈。從而實(shí)現(xiàn)在上模與下模壓邊圈閉合前，上模壓邊圈與下模壓邊圈閉合，拉緊板料，然后上模繼續(xù)下壓，直至拉延到底。CAE 分析顯示上模壓邊圈與下模壓邊圈閉合時(shí)，板料狀態(tài)良好，如圖10。上模繼續(xù)下壓，拉延開始時(shí)，板料狀態(tài)良好，如圖11。CAE分析拉延到底，零件的成形狀態(tài)良好，如圖12。CAE 分析全工序分析零件狀態(tài)良好，如圖13。實(shí)際拉延零件狀態(tài)良好，如圖14。

圖9 CAE分析中雙動(dòng)拉延工具體

圖10 CAE分析上模壓邊圈與下模壓邊圈閉合時(shí)板料狀態(tài)

圖11 CAE分析拉延開始時(shí)板料狀態(tài)

圖12 CAE分析拉延到底時(shí)零件成形狀態(tài)

圖13 CAE分析全工序零件成形狀態(tài)

圖14 實(shí)際拉延零件成形狀態(tài)

采用雙動(dòng)拉延的模具結(jié)構(gòu)，下模與下模壓邊圈如圖15，上模和上模壓邊圈如圖16。與傳統(tǒng)拉延模具相比，增加了上模壓邊圈。由于采用的壓力機(jī)不是雙動(dòng)壓力機(jī)，無法提供上模壓邊圈的動(dòng)力源，所以上模壓邊圈的動(dòng)力源采用氮?dú)飧?，如圖17。通過行程設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)上模壓邊圈與下模壓邊圈先閉合，壓緊板料，然后上模型面部分再接觸板料。

圖15 下模與下模壓邊圈模具結(jié)構(gòu)圖

圖16 上模與上模壓邊圈模具結(jié)構(gòu)圖

圖17 上模壓邊圈的氮?dú)飧讋?dòng)力源

綜合采用以上工藝和模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了此溜背汽車尾門內(nèi)板的制造。目前車型已經(jīng)量產(chǎn)，滿足質(zhì)量要求。這種工藝雖然模具結(jié)構(gòu)復(fù)雜，但是對于深拉延零件的成形，以及內(nèi)部特征比周圈特征深的零件成形有利，可以在單動(dòng)壓力機(jī)上，實(shí)現(xiàn)上模型面部分接觸板料前將板料周圈壓緊，從而解決板料竄動(dòng)以及起皺的問題，對實(shí)現(xiàn)復(fù)雜造型有推廣意義。