發(fā)動(dòng)機(jī)蓋內(nèi)板材料利用率提升方案探討

王國峰，楊瑞猛，孫華生，孟宇軒，繳 平，王禮昌

（浙江吉利汽車集團(tuán)制造工程（ME）中心，浙江 寧波 315336）

0 引言

隨著汽車市場競爭的激勵(lì)，白車身作為整車的重要組成部分，面臨的成本壓力也越來越大。在整車制造的成本中，白車身成本占比較大，而汽車沖壓件的材料利用率對白車身成本的影響巨大，如何最大化、最有效地提升沖壓件的材料利用率，對降低白車身制造成本有顯著作用。經(jīng)過對某A級轎車白車身材料利用率的統(tǒng)計(jì)，沖壓件材料利用率每提升2 個(gè)百分點(diǎn)，約減少100 元的原材料費(fèi)，現(xiàn)對汽車發(fā)動(dòng)機(jī)蓋內(nèi)板的材料利用率提升工藝方案進(jìn)行探討。

1 發(fā)動(dòng)機(jī)蓋內(nèi)板沖壓工藝

發(fā)動(dòng)機(jī)蓋內(nèi)板結(jié)構(gòu)如圖1 所示，其周圈是包邊面，中間一般設(shè)計(jì)較大的減輕質(zhì)量的孔。受零件結(jié)構(gòu)限制，中間減輕質(zhì)量的孔大且多，導(dǎo)致零件的材料利用率偏低。發(fā)動(dòng)機(jī)蓋內(nèi)板常見的沖壓工藝為：①拉深；②修邊沖孔；③修邊沖孔；④整形。其中工序②～工序④可根據(jù)零件結(jié)構(gòu)的不同進(jìn)行工序間內(nèi)容的調(diào)整，現(xiàn)主要對與材料利用率有關(guān)的拉深工序進(jìn)行探討。

圖1 發(fā)動(dòng)機(jī)蓋內(nèi)板

2 材料利用率提升探討

根據(jù)拉深工藝的特點(diǎn)進(jìn)行分析，決定零件材料利用率的因素有拉深工藝造型的深度、拉深筋的設(shè)置、板料的形狀及大小、拉深工藝采用封閉拉深還是開口拉深等。

（1）優(yōu)化拉深深度。對零件周邊型面增加余料，提高壓料面，確保CAE 分析指標(biāo)在滿足要求的前提下，降低拉深深度。發(fā)動(dòng)機(jī)蓋內(nèi)板拉深數(shù)模如圖2 所示，根據(jù)拉深材料流動(dòng)量分析，以A-A截面處為例，初始工藝造型深度設(shè)定為25 mm，通過對拉深造型的調(diào)整，拉深深度逐步減小到10 mm，經(jīng)過CAE分析，各項(xiàng)指標(biāo)滿足要求。

圖2 拉深數(shù)模

（2）優(yōu)化工藝補(bǔ)充。在滿足工藝要求的情況下，分析拉深工藝補(bǔ)充位置的材料利用率的決定點(diǎn)，即板料最大的尺寸位置，該位置的工藝補(bǔ)充做到足夠小，如圖3所示，將B、C 兩處的工藝補(bǔ)充做到零件輪廓以外最大5 mm。

圖3 拉深工藝補(bǔ)充優(yōu)化

（3）板料形狀優(yōu)化。發(fā)動(dòng)機(jī)蓋內(nèi)板前后側(cè)呈圓弧形，傳統(tǒng)的拉深工藝采用方形料進(jìn)行沖壓，這也是材料利用率偏低的原因之一，經(jīng)過分析對比，采用弧形料的材料利用率提升4.2%，如圖4 所示，表1所示為材料利用率對比。

表1 方形料與弧形料材料利用率對比

圖4 板料形狀優(yōu)化

（4）拉深方式選擇。常規(guī)的發(fā)動(dòng)機(jī)蓋內(nèi)板拉深采用周圈閉合式拉深，拉深后形成封閉腔體的鈑金件。由于發(fā)動(dòng)機(jī)蓋內(nèi)板風(fēng)擋側(cè)廢料區(qū)域較多，現(xiàn)采用開口拉深的方式，讓最終的板料提升到型面上，即修邊線以外，同時(shí)考慮在此處進(jìn)行變行程拉深，再次減少拉深成形過程中廢料的產(chǎn)生，經(jīng)過參數(shù)調(diào)整及CAE 仿真模擬，零件成形狀態(tài)滿足要求，如圖5所示，采用開口拉深方式后材料利用率能提升7.5%，如表2所示。

表2 開口拉深材料利用率

圖5 開口拉深CAE分析結(jié)果

3 開口拉深模結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

常規(guī)的拉深模結(jié)構(gòu)包含3大件：凸模、凹模和壓邊圈。該發(fā)動(dòng)機(jī)蓋內(nèi)板拉深采用變行程開口拉深，如圖6、圖7 所示，除了拉深模3 大件以外，為了確保開口拉深一側(cè)的鈑金強(qiáng)度、板料能夠充分拉深、減薄率要大于料厚的3%，模具采用上下雙活動(dòng)結(jié)構(gòu)，如圖8所示。

圖6 開口拉深下模

圖7 開口拉深上模

圖8 雙活動(dòng)拉深模結(jié)構(gòu)

雙活動(dòng)結(jié)構(gòu)即把壓邊圈拆分成2 個(gè)部分，即大壓邊圈5 和小壓邊圈3，小壓邊圈3 行程比大壓邊圈5 行程短16 mm，從凹模1 中拆分出壓料板2。當(dāng)模具打開放上板料時(shí)，頂桿頂起大壓邊圈5 和小壓邊圈3到達(dá)板料處，板料放到位后，上模隨壓力機(jī)滑塊向下運(yùn)動(dòng)，壓料板2先觸碰小壓邊圈3，夾住板料后，凹模1 與大壓邊圈5 接觸，完成壓料面的成形。上模隨壓力機(jī)滑塊繼續(xù)向下運(yùn)動(dòng)，當(dāng)板料接觸凸模4時(shí)開始拉深成形，當(dāng)上模向下運(yùn)動(dòng)距離到底16 mm時(shí)，小壓邊圈3 先到底與墩死塊接觸完成開口拉深區(qū)域的成形，大壓邊圈5 與凹模1 繼續(xù)隨壓力機(jī)滑塊下行進(jìn)行其它區(qū)域的拉深成形，最終成形的發(fā)動(dòng)機(jī)蓋內(nèi)板實(shí)物如圖9所示。

圖9 發(fā)動(dòng)機(jī)蓋內(nèi)板拉深實(shí)物

雙活動(dòng)結(jié)構(gòu)拉深成形在調(diào)試過程中，主要考慮拉深成形后，在上模上行過程中，因氮?dú)鈴椈墒┝σ恢眽涸诶罴?，若此時(shí)頂桿將壓邊圈頂起，會(huì)造成拉深件變形。因此在沖壓參數(shù)設(shè)置中，上模隨壓力機(jī)滑塊上行時(shí)，壓力機(jī)頂桿設(shè)置為暫停頂起的狀態(tài)，待壓料板2脫離拉深件后，壓力機(jī)頂桿將大壓邊圈5和小壓邊圈3頂起至取件位置。

4 結(jié)束語

采用弧形料及開口拉深工藝，解決了傳統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)蓋內(nèi)板成形工藝材料利用率偏低的問題，同時(shí)也為類似零件沖壓工藝提升材料利用率提供參考。