汽車后圍左/右連接板成形工藝及模具設計

唐貴榮

（廈門金龍汽車車身有限公司，福建 廈門 361023）

0 引 言

隨著原材料的價格提升及國內(nèi)日益激烈的市場競爭，材料利用率的提高關系企業(yè)能否正常生產(chǎn)經(jīng)營，是必須認真對待的問題。如何提高材料利用率的同時保證零件質(zhì)量的穩(wěn)定，是模具廠不斷研究的課題。

汽車后圍左/右連接板屬于車身內(nèi)板件，其表面質(zhì)量要求沒有外覆蓋件高。采用拉深工藝成形可保證零件表面質(zhì)量的穩(wěn)定性，但拉深補充面的廢料占比大，材料利用率低。通過對零件形狀的初步分析，利用Autofrom軟件進行CAE模擬分析，制定優(yōu)化成形過程的方案，避免了成形過程中料片缺少壓料力而導致材料流入無法控制引起的起皺等缺陷。

1 后圍左/右連接板的結構特點

圖1所示為某車型后圍左/右連接板，材質(zhì)為GC270C，屬于中低強度的冷軋板，料厚為1.2 mm。零件結構特點：①具有上、下2個方向的法蘭結構；②下法蘭為內(nèi)凹翻邊且邊緣為鋸齒形狀；③下法蘭的2個凸臺下緣、法蘭邊與沖壓方向成負角。

圖1 某車型后圍左/右連接板

2 后圍左/右連接板成形工藝分析

后圍左/右連接板形狀類似于V形，一般采用拉深成形容易控制成形零件的表面質(zhì)量，工藝方案：拉深→修邊沖孔→沖孔剖切側(cè)修邊側(cè)沖孔→翻邊整形→沖孔側(cè)修邊側(cè)沖孔。板件在凸模與凹模接觸前，壓邊圈和凹模將外緣材料鎖緊。板件成形過程中壓邊圈控制了材料的流入速度，減少了起皺的情況。但拉深工序需要成形較多外部型面，廢料區(qū)域多，導致材料利用率低。

為了提高材料利用率且保證成形零件的表面質(zhì)量，將工藝方案調(diào)整為：落料沖孔→翻邊成形→沖孔剖切側(cè)沖孔→整形→沖孔側(cè)修邊側(cè)沖孔。采用翻邊成形工序的缺點如圖2所示，下法蘭內(nèi)凹翻邊造型起伏大，表面質(zhì)量較難控制。為了保證成形零件的表面質(zhì)量，驗證翻邊成形工序的可行性，需要進一步分析成形過程，制定有效的成形優(yōu)化方案。

圖2 后圍左/右連接板

3 CAE成形過程分析

按照常規(guī)翻邊成形方案設定工具體，成形部件可分為上模鑲件、壓料器、下模鑲件、托料器。通過觀察零件形狀與結構，需要先成形中部大面的形狀并壓緊后再進行向下翻邊成形，下翻邊完全成形后再進行上翻邊。

如圖3所示，經(jīng)CAE分析發(fā)現(xiàn)在翻邊成形工序中由于零件下法蘭邊翻邊面長，上模鑲件下翻邊到底前30 mm材料流入速度加快，在有凸臺下緣等特征的位置出現(xiàn)鼓包。隨著工具體進一步翻邊到位，有鼓包位置的板料受擠壓后產(chǎn)生起皺。

圖3 CAE分析無托料成形過程

通過以上CAE分析結果，一般成形過程難以控制材料的流入，容易出現(xiàn)起皺，下法蘭邊的表面質(zhì)量不穩(wěn)定。為減少和消除下法蘭面的起皺，保證翻邊面的平整，增加新工具體——外托料器，在下部的法蘭處采用托料翻邊工藝，上模鑲件向下翻邊工作過程中與外托料器共同作用，壓緊料片。如圖4所示，成形過程中板料受約束不會提前流入，能有效消除起皺的情況。

圖4 CAE分析托料成形過程

4 模具工作過程

模具結構如圖5所示，采用上下翻邊成形的模具結構。在成形過程中，通過安裝在托料器5上的外托料器4先與上模鑲件2接觸并壓住零件的下法蘭處翻邊面，翻邊面因受到壓料力而控制了材料的流入。模具零件工作到底時，零件最終成形，翻邊面的成形質(zhì)量得以控制。

圖5 翻邊模結構

模具工作過程：模具工作初始狀態(tài)時，機床頂桿頂起，坯料放置在托件器5上，外托料器4位于初始位置與坯料接觸；工作中，上模向下移動，壓料器9先與坯料接觸并壓緊，在壓料面區(qū)域成形；壓料器9運動到底后，零件中間部分型面成形到位；隨著上模向下移動，上模鑲件2與外托料器4接觸，壓緊坯料；上模持續(xù)向下移動，外托料器4上的坯料逐漸與托料器5的翻邊凸模面接觸，開始成形零件的下法蘭；隨著外托料器4運動到底，下法蘭處翻邊板料全部流入托料器5的翻邊凸模面，下翻邊成形到位；上模持續(xù)向下移動，機床頂桿受上模擠壓，托料器5向下運動，剩余未成形的坯料型面與下模鑲件14接觸，開始向上翻邊；隨著上模接觸到限位器10，托料器5也運動到位，模具工作到底，零件所有型面成形完成；上模回退，取出零件，一個工作流程結束。

為了保證運動過程中各運動部件的順序，先向下翻邊再向上翻邊，必須要求機床頂桿13的頂出力大于上氮氣彈簧8的力，上氮氣彈簧8的力大于下氮氣彈簧15的力。

5 模具設計要點

5.1 上模結構

如圖6所示，上模主要由上模座1、上模鑲件2、壓料器9組成。上模鑲件2安裝固定在上模座1，壓料器9位于上模座1的腔體內(nèi)，壓力源由上氮氣彈簧8提供，上模鑲件行程為130 mm，需大于托料器5與外托料器4的行程總合，才能實現(xiàn)先壓料再翻邊。

圖6 上模結構

5.2 下模結構

如圖7所示，下模主要由下模座11、下模鑲件14、托料器5、外托料器4組成。下模鑲件14安裝固定在下模座11，托料器5位于下模座14的腔體內(nèi)，壓力源由機床頂桿13提供，下模鑲件行程為55 mm，由機床控制。外托料器4位于托料器5腔體內(nèi)，壓力源由下氮氣彈簧15提供，行程為110 mm。外托料器4設有2處調(diào)壓臺，下法蘭面翻邊工作時與上模座1的調(diào)壓墊接觸，保證壓料力的平衡，方便現(xiàn)場人員調(diào)試，有助于提升零件最終成形的表面質(zhì)量。

圖7 下模結構

6 結束語

對于汽車后圍左/右連接板類零件，通過工藝優(yōu)化，既實現(xiàn)了材料利用率的提升，又保證了零件成形的質(zhì)量。在翻邊成形模中采用下模增加外托料器，成形過程受約束，解決了零件成形過程中的起皺問題。模具制造調(diào)試完成后，經(jīng)過半年的生產(chǎn)運行，成形零件的質(zhì)量穩(wěn)定可靠，模具結構精簡便于維護且材料利用率高，產(chǎn)量預計可達50萬次/年，大幅節(jié)約了材料成本。