修邊模工序件貼模度研究

劉彪杰， 楊玉貴， 周雪峰， 祝云

（1.成都師范學(xué)院， 四川 成都 611130；2.四川成飛集成科技股份有限公司， 四川 成都 610091）

0 引 言

目前，汽車發(fā)動(dòng)機(jī)蓋外板、門外板、側(cè)圍、翼子板等零件，由于拉深成形后出現(xiàn)回彈，造成在后工序修邊模上貼模程度較差。為了提高零件貼模度，生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試人員需要耗費(fèi)較多的工時(shí)進(jìn)行模具零件研配、間隙排除等工作[1]，以提升模具零件著色率，避免由于零件回彈引起的干涉造成修邊工序件壓料變形。但這些工作會(huì)產(chǎn)生大量設(shè)備成本和人工成本，也占用了較多的項(xiàng)目制造周期。

由于修邊工序一次修邊后，零件的封閉結(jié)構(gòu)被破壞，內(nèi)應(yīng)力釋放，修邊整形工序二次修邊一般為彈性壓料，不影響零件回彈與模具零件著色。通過工序件貼模度研究，可以在保證零件精度的情況下，減少壓力機(jī)參數(shù)調(diào)試及鉗工的研配工時(shí)，節(jié)約生產(chǎn)成本，縮短項(xiàng)目開發(fā)周期，解決后工序模具零件貼模偏差的問題。

1 工序件貼模度研究方案

1.1 工序件貼模度影響因素分析

CAE軟件僅能模擬單件生產(chǎn)，無法模擬壓力機(jī)參數(shù)偏差，而且現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)干擾因素較多，如壓力機(jī)參數(shù)偏差、模具偏裝等因素?zé)o法避免，其產(chǎn)生的影響不易評(píng)估[2]，同時(shí)還存在材料成形性能差異造成的偏差。因此，工序件貼模度研究主要集中在沖壓分析、模具零件型面處理等方面，這些因素易于研究和分析，其拓?fù)潢P(guān)系如圖1所示，常見的工序件貼模良好與貼模狀態(tài)不佳如圖2、圖3所示。

圖1 工序件貼模度影響因素

圖2 工序件貼模良好

圖3 工序件貼模狀態(tài)不佳

1.2 工序件貼模度研究方法

工序件貼模度研究主要通過對(duì)比拉深成形后理論與實(shí)際零件在修邊模上的貼模度差異，對(duì)修邊模凸模型面進(jìn)行加工處理，提高工序件貼模度，從而提升零件尺寸一致性[3]，減少后工序修邊模研配工時(shí)。為了獲得精確的貼模間隙值，試驗(yàn)過程中，在拉深成形后的零件上均勻標(biāo)定測(cè)量點(diǎn)，通過激光切割設(shè)備在零件上以測(cè)量點(diǎn)為圓心切割直徑為φ3 mm的圓，再通過三坐標(biāo)測(cè)量?jī)x精確測(cè)量凸模與零件的間隙值，得到零件貼模間隙。貼模度研究方向主要分為對(duì)稱件共用凸模、一模單件和針對(duì)所有零件凹R、非工作區(qū)域避空處理，如圖4所示，現(xiàn)針對(duì)前2種情況進(jìn)行研究。

圖4 工序件貼模度研究方向

2 工序件貼模度技術(shù)研究過程

2.1 貼模度技術(shù)流程

根據(jù)調(diào)試工藝方法，研配到位的修邊模零件與凸模夾持面自由狀態(tài)須100%貼合，工序件與凸模整體著色率須大于80%，否則貼合率不合格，須進(jìn)行貼模度處理，貼模處理流程如下。

（1）當(dāng)拉深件放置在后工序凸模上，零件與凸模的間隙超出貼模標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，需要根據(jù)拉深件回彈對(duì)修邊模進(jìn)行貼模處理。貼模處理有2種方式：①對(duì)修邊模進(jìn)行整體drawshell處理，通過Autoform軟件對(duì)修邊模進(jìn)行整體補(bǔ)償，然后將網(wǎng)格導(dǎo)入CAD軟件中，對(duì)修邊模數(shù)模進(jìn)行整體變形；②修邊模僅對(duì)拉深件下塌區(qū)域局部處理，達(dá)到去除干涉的目的。

（2）將凸、凹模不重要的特征進(jìn)行避空處理，如凸包、凸筋。

（3）將凸模廢料非工作區(qū)域進(jìn)行避空處理。

（4）將凹R區(qū)域進(jìn)行避空處理。

2.2 尾門外板下部修邊工序貼模處理方案

某車型尾門外板采用雙件共模生產(chǎn)，對(duì)比其拉深件Autoform仿真分析結(jié)果（見圖5）與藍(lán)光掃描結(jié)果（見圖6），仿真結(jié)果顯示零件中間區(qū)域塌陷最大值為1.47 mm，零件藍(lán)光掃描結(jié)果顯示中間區(qū)域塌陷最大值為1.15 mm，由于仿真結(jié)果與藍(lán)光掃描結(jié)果通過零件在模具上的回彈趨勢(shì)判斷貼模處理的方向和大致區(qū)域，數(shù)值上的微小差異僅作參考。對(duì)比圖5和圖6可以看出，中間區(qū)域回彈結(jié)果接近，其它區(qū)域有差異。模具偏裝造成零件左右回彈差異明顯，上下位置的回彈結(jié)果不一致，可能與現(xiàn)場(chǎng)材料流入差異、成形壓力改變等因素相關(guān)[4]。

圖5 拉深件理論分析回彈結(jié)果

圖6 拉深件藍(lán)光掃描結(jié)果

拉深件放置在修邊模凸模上的貼模間隙如圖7所示，貼模間隙最大值為1.6 mm，最小值為0.4 mm，相對(duì)偏差值為1.2 mm；修邊完成后的零件放置在凸模上的貼模間隙如圖8所示，貼模間隙最大值為1.1 mm,最小值為0.4 mm，相對(duì)偏差值為0.7 mm。這說明零件在凸模上的貼模度較差，但修邊后零件貼模度要優(yōu)于拉深件貼模度，這是由于修邊時(shí)壓料器的壓料效果影響。根據(jù)拉深件掃描結(jié)果，對(duì)修邊工序凸模型面進(jìn)行貼模處理。根據(jù)拉深件藍(lán)光掃描的云圖STL文件，確定零件與修邊模的干涉區(qū)域，對(duì)凸模型面進(jìn)行處理，如圖9所示。中間區(qū)域的型面是回彈后零件與凸模干涉的區(qū)域，對(duì)此區(qū)域按照干涉數(shù)值去干涉加工，加工的深度可以大于掃描數(shù)值的最大值直到去除干涉為止，結(jié)合模具強(qiáng)度情況而定，該尾門外板凸模實(shí)際加工量為3.5 mm，同時(shí)對(duì)凸包、凸筋、非工作區(qū)域和凹R區(qū)域進(jìn)行避空處理，貼模前后的貼模間隙對(duì)比如圖10所示，拉深件貼模間隙最大值為0.5 mm，最小值為0.1 mm，相對(duì)偏差值為0.4 mm。貼模處理后的間隙值符合修邊之后的零件貼模間隙趨勢(shì)，因此，貼模處理后的零件貼模效果較佳。

圖7 貼模處理前間隙

圖8 修邊完成后貼模間隙

圖9 貼模數(shù)據(jù)處理方案

圖10 貼模前后的貼模間隙對(duì)比

2.3 發(fā)動(dòng)機(jī)蓋外板修邊工序貼模處理方案

某車型發(fā)動(dòng)機(jī)蓋外板采用一模單件生產(chǎn)，根據(jù)理論分析結(jié)果，對(duì)其修邊凸模型面進(jìn)行局部貼模處理，發(fā)動(dòng)機(jī)蓋外板理論分析結(jié)果與藍(lán)光掃描結(jié)果分別如圖11、圖12所示，通過仿真與藍(lán)光掃描結(jié)果可知零件理論與實(shí)際回彈趨勢(shì)一致，由于測(cè)量點(diǎn)較多，此處以中間區(qū)域塌陷最大值2.32 mm為邊界條件進(jìn)行去干涉加工，其余點(diǎn)位數(shù)值僅作參考使用。

圖11 拉深件理論分析回彈結(jié)果

圖12 拉深件藍(lán)光掃描結(jié)果

根據(jù)拉深件藍(lán)光掃描的云圖STL文件處理凸模型面，同時(shí)對(duì)非工作區(qū)域、凹R區(qū)域進(jìn)行避空處理，圖12中間型面是回彈后零件與凸模干涉的區(qū)域，由于零件中間區(qū)域向下塌陷造成與凸模干涉，處理中間區(qū)域較為簡(jiǎn)單，對(duì)此區(qū)域按照干涉值去干涉加工。由于發(fā)動(dòng)機(jī)蓋外板尺寸較大，需經(jīng)過2次貼模處理，處理后的加工數(shù)模如圖13所示，第2次處理區(qū)域?yàn)楹蛥^(qū)域。均勻采集發(fā)動(dòng)機(jī)蓋外板的點(diǎn)位并統(tǒng)計(jì)貼模處理前的貼模間隙，與第1、2次貼模處理后的貼模間隙數(shù)值進(jìn)行對(duì)比，如圖14所示。

圖13 貼模處理加工數(shù)模

圖14 貼模處理前后的貼模間隙對(duì)比

貼模處理前零件中間區(qū)域與凸模間隙小，周圈與凸模間隙大，與圖12藍(lán)光掃描結(jié)果一致。從圖14可以看出，第2次貼模處理后，零件燈口區(qū)域及前端貼模度均勻，偏差為0.2 mm；零件風(fēng)窗區(qū)域雖然貼模間隙較大，但是貼模間隙從原來的0.4～1.2 mm降低到了0.5 mm以內(nèi)。因此，貼模處理后零件放置在凸模上的狀態(tài)好于貼模處理前的狀態(tài)。

3 貼模處理對(duì)零件尺寸穩(wěn)定性的影響分析

各取3個(gè)貼模處理前、后的尾門外板及發(fā)動(dòng)機(jī)蓋外板進(jìn)行測(cè)量，分析其尺寸穩(wěn)定性，如圖15、圖16所示。尺寸穩(wěn)定性偏差是指零件切邊線測(cè)量最高分?jǐn)?shù)與最低分?jǐn)?shù)的差值，差值越小表明零件狀態(tài)越穩(wěn)定，反之則越不穩(wěn)定。

圖15 貼模處理前后尾門外板尺寸穩(wěn)定性差異

圖16 貼模處理前后發(fā)動(dòng)機(jī)蓋外板尺寸穩(wěn)定性差異

對(duì)比圖15、圖16可以看出，貼模處理前2個(gè)零件的平均切邊尺寸精度分別為79.1%、83.9%，尺寸穩(wěn)定性偏差為6.6%、5.5%；貼模處理后零件的平均切邊尺寸精度提升至86.6%、90.3%，分別提高了7.5.%、6.4%。零件尺寸穩(wěn)定性偏差為1.8%、1.7%，分別降低了4.8%和3.8%，零件穩(wěn)定性顯著提升。通過貼模處理后的修邊模零件型面研配工作量大幅減少，縮短了模具制造周期。

4 結(jié)束語

通過對(duì)尾門外板下部、發(fā)動(dòng)機(jī)蓋外板貼模度進(jìn)行分析，制定了貼模處理方法，對(duì)比Autoform仿真回彈與拉深件在修邊凸模的藍(lán)光掃描件結(jié)果發(fā)現(xiàn)，貼模處理后的零件切邊精度和尺寸穩(wěn)定性提高，在不對(duì)零件進(jìn)行其它精度整改的情況下，零件穩(wěn)定性偏差控制在5%以內(nèi)。零件尺寸穩(wěn)定性的提升也能對(duì)面品質(zhì)量改善起到效果。因此，研究修邊模工序件貼模度具有重要意義，為今后汽車外覆蓋件穩(wěn)定性提升起到一定的指導(dǎo)作用。