一模雙腔設計校核方法探討

文/龔玉祿，陳士佳，段清秀·長城汽車股份有限公司，河北省汽車工程技術研究中心

如何在激烈的競爭中搶占先機，是每個車企必須直面的問題。在眾多舉措中，提高效率、降低成本是提升車企競爭力的重要方法。圍繞著提效降本的核心命題，汽車模具技術也在不斷創(chuàng)新和應用新技術中。在眾多提效降本模具技術中，一模雙腔工藝具備明顯優(yōu)勢，可明顯提升生產(chǎn)效率，降低開發(fā)成本及人員維護工時。

一模雙腔廣泛應用于產(chǎn)品的左右件工藝設計中，具有提升生產(chǎn)效率，縮短調(diào)試、生產(chǎn)備模工時，減少模具存放空間，降低一次性投資成本等優(yōu)勢。當前整車市場競爭日益激烈，提效降本為各車企提升競爭力的有效方式。為有效支撐提效降本指標，沖壓工藝尋求突破與提升，一模雙腔工藝已經(jīng)可以實現(xiàn)產(chǎn)品左右狀態(tài)。本文主要研討一模雙腔工藝實現(xiàn)2 種不同產(chǎn)品的工藝方案。

零件介紹

后地板及后圍板均位于整車的后部區(qū)域，是車身地板的重要組成部件，是地板區(qū)域重要的承力組件。由于其在整車結構中作用的通用性，可作為平臺件供多款相似車型共同使用。圖1 為某車型后地板與后圍板產(chǎn)品。后地板材質為DC01-FB，料厚為0.7mm，產(chǎn)品尺寸為1460mm×844mm×188mm，后圍板材質DC51D+Z-FB，料厚為0.7mm，產(chǎn)品尺寸為1440mm×755mm×50mm。兩者料厚一致，長度方向相差20mm，寬度相差89mm，高度相差138mm。經(jīng)初步對比，產(chǎn)品具備一模雙腔合模條件。

圖1 后地板與后圍板產(chǎn)品圖

拉延工藝分析

明確送料方向

確認送料方向是一模雙腔工藝設計關鍵的步驟，送料方向直接影響工藝頂桿排布形式、廢料滑落方向安排及模具結構尺寸設計等。結合此后地板產(chǎn)品形狀及尺寸，充分考慮壓邊圈頂桿施加力的均勻性，同時兼顧產(chǎn)品生產(chǎn)階段節(jié)拍，可確定產(chǎn)品生產(chǎn)階段送料方向(圖2)。

圖2 拉延工藝

確認工藝中心間距

①確認選用壓力機是否具備雙料片間距調(diào)整功能，因現(xiàn)場生產(chǎn)階段運用此功能的場景不多，為降低投資成本，一般機床不具備此功能。當機床不具備此功能時，需考慮機床可識別雙料片間距及范圍值。在一模雙腔工藝設計階段，需保證拉延成形階段板料間距大于200mm，板料整體長度值小于4000mm。

②結合2 種產(chǎn)品的成形性分析結果，確認中間部位成形到底后板料走料量，進而確認壓料面寬度，再結合壓邊圈與凸模間隙、導板和導滑面寬度、模具中部加強筋寬度、后序模具廢料滑料空間等因素，最終確定此時的間距值b。一般情況下，b 值是大于200mm 的，故設計階段間距值按照b 值設計。因模具尺寸影響模具開發(fā)成本，故模具結構設計一般選取b 的最小值進行設計。

拉延參數(shù)校核

在一模雙腔工藝中，拉延成形參數(shù)的校核是十分必要的，經(jīng)過校核，可規(guī)避后期現(xiàn)場生產(chǎn)中的機床不匹配、成形力不足、成形階段壓力機“悶死”等現(xiàn)象。成形參數(shù)的校核主要涉及成形能量和模具偏載。

⑴成形能量校核。以后地板為例，首先從Autoform 分析結果中調(diào)出后地板成形力曲線圖(圖3)，將曲線圖上部陰影區(qū)劃分為3 個區(qū)域，每個區(qū)域對應面積即為每個區(qū)域的成形能量值。然后在線圖中查找關鍵點的坐標值：a(-185.73mm,0kN)；b(-1803mm,1604.2kN)；c(-35.68mm,1663.7kN)；d(-13.55mm,1940.2kN)；e(0mm,6800kN) 。最后依據(jù)多邊形面積計算公式，計算各區(qū)域成形能量值。

圖3 后地板成形力曲線

區(qū)域1 成形能量為 244772J；區(qū)域2 成形能量為39877J；區(qū)域3 成形能量為59215J；則成形總能量為3 個區(qū)域能量的和，約等于344kJ。使用同樣的方法計算出后地板成形能量為396kJ，兩者能量和為740kJ。遠遠小于設備能量值1150kJ，故設備可提供成形能量滿足生產(chǎn)需求。

1)模具偏載校核。①拉延成形力及與機床中心數(shù)值的確定：綜合考慮產(chǎn)品工藝材料流入量、頂杠數(shù)據(jù)排布、板料形狀尺寸等因素，確定后地板、后圍板與機床中心的距離分別為725mm、675mm，兩個產(chǎn)品工藝中心間距為1400mm。經(jīng)Autoform分析，兩個產(chǎn)品成形力分別為540t、680t，成形力之和為1220t。一般情況下，校核機床是否具備產(chǎn)品成形所需力時需乘以安全系數(shù)(1.2 ～1.5)，則成形力乘以系數(shù)約為1830t。

②拉延成形偏載量的計算：設模具中心與后地板工藝中心距離為X，則模具中心與后圍板工藝中心距離為1400-X。利用杠桿原理，列出算式540×X=680×(1400-X)，求得X=780。即后地板工藝中心距離模具中心780mm。即，整體工藝中心距離機床中心55mm，且位置偏后圍板一側。圖4 為某2400t 生產(chǎn)機床偏載曲線圖，當計算中心偏載數(shù)值在對應成形力四邊形區(qū)域內(nèi)，即可認定此時偏載滿足機床要求。圖4 中紅色線為整體工藝中心X 向偏心位置，從圖中可以看出坐標值位于1800t 四邊形區(qū)域內(nèi)，故X 向偏載在機床允許范圍內(nèi)。由于產(chǎn)品均為對稱件，故Y 向無偏載情況。

圖4 合模偏載校核曲線

后序工藝及模具結構

由于產(chǎn)品工藝中心的距離在拉延工藝設計階段已確定，故雙腔后序工藝設計階段需重點保證兩個產(chǎn)品工藝中心間距與拉延階段保持一致，以便于生產(chǎn)階段工序件在模具間的自動化傳遞。其他諸如修邊、翻邊等工序內(nèi)容與單腔工藝設計一致，保證最終產(chǎn)品成形狀態(tài)即可。

模具結構設計階段，需以工藝數(shù)據(jù)為基礎，在保證模具結構性能基礎上，進行模具輕量化設計，以降低模具開發(fā)成本。同時還需對工藝設計規(guī)劃進行結構校核，當結構設計階段發(fā)現(xiàn)工藝數(shù)據(jù)存在問題時，需及時反饋商談，按照合理方法修改，以避免實際生產(chǎn)階段出現(xiàn)問題。模具結構見表1。

表1 模具結構

結束語

針對不同產(chǎn)品，合理應用一模雙腔模具工藝及結構，是降低成本、提升生產(chǎn)效率的重要舉措。隨著模具行業(yè)的不斷發(fā)展，涌現(xiàn)出越來越多的新工藝，新結構。大膽熟練的創(chuàng)新及應用，才會益于模具行業(yè)的良性發(fā)展。當然，更多的創(chuàng)新需應用于現(xiàn)場，在策劃不同產(chǎn)品的一模雙腔模具工藝及結構時，需要經(jīng)過充分的驗算，以避免后期現(xiàn)場生產(chǎn)階段存在問題。