文/鄭薇·安徽江淮汽車股份有限公司技術(shù)中心

某MPV車型尾門內(nèi)板的工藝設(shè)計

文/鄭薇·安徽江淮汽車股份有限公司技術(shù)中心

尾門內(nèi)板是轎車車身尾部部件，它與尾門外板、尾燈、鉸鏈、尾門護板、尾翼相連接或匹配，并有各種線束過孔、各種部件安裝孔、卡扣孔共達97個（見圖1）。其中各個孔的方向存在著較大差異，且該零件形狀復(fù)雜，需要經(jīng)過多道工序才能完成，但是制件的質(zhì)量好壞在很大程度上受拉延模質(zhì)量及沖孔質(zhì)量的控制，因此拉延模面及沖壓方向的設(shè)計成為生產(chǎn)高品質(zhì)沖壓件的關(guān)鍵。

圖1 尾門內(nèi)板

零件成形沖壓工藝分析

產(chǎn)品ECR的提出

為達到此零件模具工序4序化的實現(xiàn)，在得到產(chǎn)品數(shù)模初期，對產(chǎn)品進行SE同步分析，提出ECR交由產(chǎn)品設(shè)計部門進行數(shù)模更改，減少后期的更改量，縮短模具的開發(fā)周期。具體情況如圖2所示，圖2中a處圓角存在開裂風(fēng)險，將此圓角更改為三角平面。圖2中b處是沖壓方向上的筋存在避角，將其更改為平行沖壓方向，消除避角。圖2中c處存在一圓孔，此圓孔必須側(cè)沖來實現(xiàn)，影響模具四序化的實現(xiàn)，消除此圓孔。其他部分圓孔存在與沖壓方向的角度大無法滿足公差要求，建議使其與沖壓方向的角度滿足產(chǎn)品的公差要求，以保證零件質(zhì)量和沖壓生產(chǎn)的穩(wěn)定性，降低沖壓難度。

沖壓工藝及拉延模面的設(shè)計

零件產(chǎn)品型面復(fù)雜且要實現(xiàn)模具的4序化，通過對產(chǎn)品數(shù)模的分析，初步排序為：拉延→修邊沖孔→雙向翻邊側(cè)沖孔→沖孔側(cè)沖孔。板件的典型斷面（圖3），根據(jù)修邊角度的要求，將周邊及窗口的產(chǎn)品邊緣攤平使其達到修邊的角度要求，后期通過OP30序的翻邊整形達到產(chǎn)品要求，優(yōu)化修邊質(zhì)量，降低后期存在的質(zhì)量風(fēng)險。

確定沖壓方向

沖壓方向的確定關(guān)系到了拉延模面的補充及修邊沖孔的質(zhì)量，是尾燈盒沖壓工藝設(shè)計的關(guān)鍵。不但確定了沖壓件在模具中的空間位置，還決定著能否生產(chǎn)出合格的沖壓件，且影響到工藝補充部分的多少和壓料面的形狀。在拉深工序中，沖壓件往往會由于沖壓方向確定不當(dāng)而增加調(diào)整困難。尾門內(nèi)板沖壓方向確定，要遵循三個原則。

圖2 ECR

圖3 尾門內(nèi)板斷面

⑴保證凸模形狀能夠進入凹模，凸模開始拉延時與毛坯的接觸地方要多且要分散，不產(chǎn)生負角，最好應(yīng)使制件在一次拉深中完成。

⑵在保證拉延質(zhì)量的前提下，使拉延深度盡可能的淺，保證二級外觀面的質(zhì)量要求。

⑶由于尾門內(nèi)板的孔位較多（達到97個），且各個孔的方向不一，要在所提ECR充分的情況下協(xié)調(diào)各個孔的沖壓方向，使其達到?jīng)_孔的方向要求。

確定壓料面

設(shè)置壓料面是為了使板料受到預(yù)壓力，從而使板料拉深時增加拉應(yīng)力，以改善拉深條件。合理的壓料不僅能保證拉入壓料面的材料不起皺，還可以保證拉入凹模的材料不起皺、不破裂。設(shè)置尾門內(nèi)板拉延模的壓料面時，需要考慮以下3方面：

⑴要使拉延深度均勻，盡量做到凸模相對兩側(cè)的拉入角相等，凸模開始與毛坯接觸狀態(tài)應(yīng)平穩(wěn)，這樣才能保證各部分進料阻力均勻。

⑵壓料面的形狀應(yīng)保證凹模內(nèi)的毛坯產(chǎn)生一定程度的脹形變形，否則，會使拉入凹模內(nèi)多余材料無法延展，要做到這一點，必須保證在拉深過程中每一個階段的壓料面展開長度比凸模斷面的展開長度短。

⑶尾門內(nèi)板窗口部位的型面較低，且內(nèi)部形狀復(fù)雜，在保證拉延質(zhì)量的情況下要盡量使壓料面向上太高；為使凸模內(nèi)部型面在拉延過程中材料流動得到控制，在窗口部位設(shè)置壓料面，是內(nèi)部型面得到充分拉延。

綜合以上考慮的內(nèi)容，確定拉延模面并在Catia軟件上建模，如圖4所示。

CAE分析模擬

在拉延補充型面完成后進行CAE的模擬分析，首先對落料尺寸、拉延筋進行調(diào)整。設(shè)置拉延筋能增加壓料面上各部位的進料阻力，調(diào)整毛坯的外廓尺寸，使各區(qū)進料阻力均勻。拉延筋阻力是由板料通過拉深時的彎曲反彎曲變形力、摩擦阻力、變形硬化引起的再變形抗力增量3部分組成。拉深筋阻力的主要影響因素，包括：所有拉深筋的形式、拉深筋參數(shù)、毛坯材料特性、潤滑條件、材料變形速度和壓邊力。其中，以拉深筋的形式和拉深筋參數(shù)影響最大。尾門內(nèi)板在拉延開始之前，在模具內(nèi)外壓邊圈作用下，毛坯的周邊首先被拉深筋壓彎成形，隨后在模具凸模作用下，毛坯的周邊產(chǎn)生拉深變形并向凹模里收縮，板料在不斷沿拉深筋表面滑動過程中產(chǎn)生的摩擦阻力和彎曲變形阻力，都使毛坯斷面內(nèi)的徑向拉應(yīng)力加大。改變拉深筋的高度和圓角半徑，都可以達到調(diào)整徑向拉應(yīng)力的目的。這種調(diào)整徑向拉應(yīng)力的方法十分方便，且調(diào)整的范圍也比較大，如圖5所示。如圖6所示為CAE分析結(jié)果，在尾燈處有開裂的風(fēng)險。通過后期調(diào)試時的調(diào)整，使其達到產(chǎn)品的質(zhì)量要求，最終生產(chǎn)出合格的產(chǎn)品件。

圖4 拉延模面

圖5 毛坯料及拉延筋的設(shè)置

模具工序的分配

通過前期對產(chǎn)品的分析，對此尾門內(nèi)板做了四工序的排布。對四工序影響大的主要是對窗孔處的沖孔與周圈翻邊的協(xié)調(diào)處理。通過對模具結(jié)構(gòu)的優(yōu)化實現(xiàn)了對四序化的要求。如圖7所示為工序分配。

圖6 CAE分析結(jié)果

圖7 模具工序的分配

結(jié)束語

對尾門內(nèi)板在成形過程中的起皺和開裂現(xiàn)象，利用CAE軟件進行了仿真分析。根據(jù)板料變形情況進行了修改產(chǎn)品數(shù)模，優(yōu)化毛坯形狀，工藝補充面，調(diào)整拉延筋，協(xié)調(diào)各個沖孔角度與沖壓方向的關(guān)系，消除零件在工藝設(shè)計初期可能存在的缺陷。通過進一步的模具調(diào)試，從而得到合格的產(chǎn)品零件。實際試模過程中，各工序都很順利，上檢具檢測各項指標(biāo)很好的達到了此車型的量產(chǎn)要求，目前此尾門內(nèi)板已在線達到量產(chǎn)，該車型已上市銷售。