文/楊威，高志純，郎慶東·一汽-大眾汽車有限公司

《轎車前翼子板沖壓件和沖模優(yōu)化分析》（上）見《鍛造與沖壓》2018年第2期

生產(chǎn)方式、方法圖與模具結(jié)構(gòu)分析

為了適應(yīng)產(chǎn)品在全自動化沖壓生產(chǎn)線上的生產(chǎn)方式，對于產(chǎn)品中為匹配而必須產(chǎn)生的負(fù)角造型，要通過模具上大量采用旋轉(zhuǎn)斜楔、伸縮斜楔等機構(gòu)來實現(xiàn)成形、修沖、整形等工序內(nèi)容。這對模具制造中，方法圖和模具結(jié)構(gòu)設(shè)計、機械加工精度、匹配型面精研配能力、模具裝配和調(diào)整能力等方面提出了更高的要求。

生產(chǎn)方式

為了提高產(chǎn)能，充分利用模具資源，目前通常采用一模雙件的沖壓生產(chǎn)方式。即左/右翼子板件做在同一套模具中，每道工序的一個沖程，就可以同時完成左/右翼子板的工序內(nèi)容。需要在設(shè)備配置、模具結(jié)構(gòu)設(shè)計、模具制造與調(diào)試等環(huán)節(jié)給予充分的考慮。一模雙件示意圖如圖7所示。

方法圖設(shè)計

經(jīng)過分析前翼子板產(chǎn)品數(shù)據(jù)，并與可比產(chǎn)品做類比后，得出必須通過6道工序?qū)崿F(xiàn)產(chǎn)品特征形狀和尺寸。

與前大燈、前蓋、前門、側(cè)圍等匹配區(qū)域及前輪罩小于90°翻邊區(qū)域形狀，需要在翻邊整形模具中用旋轉(zhuǎn)斜楔、伸縮斜楔等機構(gòu)來實現(xiàn)成形。

與前蓋總成、前端總成等匹配面；前蓋下部翼子板基準(zhǔn)面；前門前部的翼子板基準(zhǔn)面；前保險杠安裝基準(zhǔn)孔等需要在翻邊整形模具中用斜楔等機構(gòu)來實現(xiàn)。

由于旋轉(zhuǎn)斜楔、伸縮斜楔等機構(gòu)對壓力機行程次數(shù)/分鐘的限制性要求，故對整線生產(chǎn)節(jié)拍和生產(chǎn)線端拾器機械化運行軌跡有影響，同時注意對機械化干涉曲線運動軌跡的選取。

對前蓋匹配和安裝、基準(zhǔn)區(qū)域；前門匹配區(qū)域和制件安裝、基準(zhǔn)區(qū)域；前保險杠匹配和安裝、基準(zhǔn)區(qū)域等做預(yù)回彈處理，以匹配區(qū)域的平度誤差和安裝、基準(zhǔn)區(qū)域的尺寸偏差。

RPS面做強制整形鐓死處理，以保證RPS面形狀和尺寸精度。

圖7 一模雙件示意圖

銳棱區(qū)域做拉延成形強壓處理，以保證銳棱的銳度和表面質(zhì)量。

參考可類比車型的經(jīng)驗，以全自動沖壓生產(chǎn)線為基礎(chǔ)，并考慮到?jīng)_壓件生產(chǎn)能力、質(zhì)量要求等，確定了翼子板自制件模具形式，即：左/右前翼子板為1組6道工序模具，采用一模雙件的生產(chǎn)方式（2片板料）。

⑴OP10板料開卷剪切工序。

根據(jù)拉延模擬的板料輪廓形狀，確定為梯形板料，在開卷剪切自動化生產(chǎn)線實現(xiàn)擺剪開卷剪切。板料輪廓形狀和大小滿足拉延后的標(biāo)準(zhǔn)要求（板料輪廓不能全部流入拉延筋內(nèi)等要求）；滿足成形模具的要求，滿足安全要求（板料輪廓或廢料不能有過尖的形狀）；滿足堆垛板料輪廓至少有兩個方向的直邊要求。

在沖壓自動化生產(chǎn)線的拆垛單元中，左/右件板料分裝在2個板料托盤中。為了便于沖壓生產(chǎn)中，識別左/右件板料，將板料輪廓形狀設(shè)置成等腰梯形。根據(jù)拉延模具工藝補充部分的形狀和壓料要求，檢查板料在拉延模具中的姿勢，特別注意需要呈預(yù)彎曲弧形等的姿勢。

⑵成形工序及工序內(nèi)容。

1)OP20拉延成形工序。

沖壓基準(zhǔn)點：X=0、Y=-800、Z=350。沖壓方向：沿X軸旋轉(zhuǎn)-17°，沿Y軸旋轉(zhuǎn)3°。

結(jié)合工藝補充部分高度的選取，板料與拉延凸模的初始接觸位置合理，板料成形順暢無積料和尖點，對制件拉延成形有利，同時，不會有影響制件表面質(zhì)量的缺陷。

在此沖壓基準(zhǔn)點和沖壓方向上，拉延成形和壓料力分布相對均勻，拉延深度變化小，全部拉延型面無負(fù)角且拔模斜度適中，制件易于從凹模中脫出，有利于退件和后工序修邊工藝。

①壓料力：120t，成形力：360t。拉延凸模輪廓能否全部包容制件的修邊輪廓，且有利于下氣墊托桿的位置和分布。

②在保證足夠壓料寬度的條件下，沿凸模沿周輪廓設(shè)置第一條拉延筋，同時，為了控制和調(diào)整輪罩區(qū)域、月牙區(qū)域、A柱區(qū)域的進料阻力，該區(qū)域加設(shè)了局部的第二條拉延筋。

③考慮到制件的結(jié)構(gòu)，并參考其他可類比車型，為了補償A柱上部區(qū)域因強度不足產(chǎn)生的回彈，在此區(qū)域作了預(yù)回彈處理。

④為了使板料的塑性變形充分，制件回彈變形小，保證制件具有足夠的剛性，保證拉延過程產(chǎn)生的沖擊線控制在修邊輪廓以外的工藝補充部分，保證拉延過程產(chǎn)生的滑移線控制在最小范圍內(nèi)，工藝補充的型面加大了拉延深度，并使壓料面的形狀接近制件，拉延深度相對均勻。

⑤為保證制件的表面質(zhì)量良好和尺寸穩(wěn)定，制件表面形狀采用一次拉延成形。

⑥為了能夠使拉延件可以在后續(xù)的修邊工序模具中實現(xiàn)穩(wěn)定可靠的定位，在拉延工藝補充面中的4周制件邊緣上，沖翻出4個月牙形狀的定位面。

⑦為了能夠便于目視檢查拉延成形到位的狀態(tài)，在工藝補充中接近水平面的、相距較遠(yuǎn)的、在修邊后至少可以保留大半個標(biāo)記的、A柱和前保險杠安裝面位置，設(shè)置2個拉延到位標(biāo)記。

⑧為了有利于后續(xù)的翻邊工序，減少翻邊對制件表面質(zhì)量的影響，在垂直翻邊的輪廓位置上做了預(yù)翻邊設(shè)計。

2)OP30修邊沖孔工序。

沖壓基準(zhǔn)點：X=0、Y=-800、Z=350。沖壓方向：在YOZ面內(nèi)繞X軸旋轉(zhuǎn)-17°。

①制件用型面和4個沖翻月牙形狀定位，定位穩(wěn)定合理。

②根據(jù)制件修邊輪廓的精度要求和修邊工藝可行性，采用一次性完成沿周修邊的工藝，但由于在前大燈區(qū)域、A柱上部區(qū)域、輪罩區(qū)域等部位對翻邊高度的要求較嚴(yán)格，故需要在這些區(qū)域做修邊輪廓試驗決定。

③根據(jù)修邊位置和角度，確定制件與前蓋匹配區(qū)域的修邊采用吊楔，其他沿周輪廓部分采用垂直修邊的工藝方法。其吊楔與垂直修邊接刀位置，設(shè)置在自前大燈尖角區(qū)域直邊位置至A柱與側(cè)圍匹配的直邊位置，且吊楔與垂直修邊有3～5mm的過切。

④修邊壓料采用垂直壓料的方式，區(qū)域為修邊沿周20mm的型面。

⑤考慮到修邊的質(zhì)量、修邊廢料的滑落、地溝廢料口的大小、凹模修邊鑲塊的制造工藝性、修邊模具結(jié)構(gòu)和強度等合理性、凹模修邊鑲塊的重量等因素，確定出凹模修邊鑲塊的接合面位置。

⑥為了使OP40翻邊整形工序制件在模具中定位穩(wěn)定可靠，在輪罩處的工藝補充面上，沖制一個三角孔，用于OP40翻邊整形工序制件在模具中精確定位。

3)OP40翻邊整形修邊工序。

沖壓基準(zhǔn)點：X=0、Y=-800、Z=350。沖壓方向：在YOZ面內(nèi)X軸0°。

①制件用型面、修邊輪廓定位和三角孔精確定位，定位穩(wěn)定合理。

②為了適應(yīng)全自動化沖壓生產(chǎn)線機械化端拾器在垂直方向上放取件的需要，根據(jù)制件翻邊位置和角度，并考慮模具結(jié)構(gòu)的可靠性和安全性，確定制件沿周翻邊整形的工藝方法：

a.在與前蓋匹配區(qū)域采用可伸縮成形下模與吊楔完成完全翻邊成形。并考慮到制件的翻邊回彈變形，根據(jù)可類比其他車型，設(shè)置預(yù)回彈角度為3°。前端作為翻邊過渡，至前大燈上部區(qū)域的預(yù)翻邊；后端作為翻邊過渡，至接近前風(fēng)窗與前蓋匹配短面區(qū)域的預(yù)翻邊。對于預(yù)翻邊與未翻邊的過渡區(qū)域要過渡平緩，不影響表面質(zhì)量。

b.在與側(cè)圍、前門、輪罩、前大燈下部匹配的區(qū)域做垂直預(yù)翻邊，設(shè)置預(yù)回彈角度為3°。在與前門匹配區(qū)域上端的位置，是成形工序，即只在工作終了位置，該處的上下模才能達(dá)到一個材料厚度，中間過程均是大于料厚的狀態(tài)。

c.在保險杠安裝區(qū)域垂直翻邊終成形并整形，設(shè)置預(yù)回彈角度為3°。

③翻邊整形壓料采用垂直壓料的方式，區(qū)域為修邊沿周20mm的型面。

④在完成工序件定位后，采用先修邊再翻邊的工藝順序，去除三角形定位孔。

4)OP50翻邊整形沖孔工序。

①沖壓基準(zhǔn)點：X=0、Y=-800、Z=350。沖壓方向：在YOZ面內(nèi)X軸0°。

②制件用型面和修邊輪廓定位，定位穩(wěn)定合理。

③為了達(dá)到產(chǎn)品的要求，使用吊楔對前大燈燈口做終翻邊。

④在垂直方向?qū)η氨ｋU杠安裝面做整形處理。設(shè)置預(yù)回彈角度為3°，并壓制出周標(biāo)記。

⑤為了適應(yīng)全自動化沖壓生產(chǎn)線機械化端拾器在垂直方向上放取件的需要，在與前門匹配區(qū)域采用可伸縮成形下模與吊楔完成整形到位。并壓制出產(chǎn)品標(biāo)識和廠標(biāo)。考慮到制件的翻邊回彈變形，根據(jù)可類比其他車型，設(shè)置預(yù)回彈角度為3°。

⑥使用斜楔水平?jīng)_制輪罩翻邊處的方孔。

⑦翻邊整形沖孔壓料采用垂直壓料的方式，區(qū)域為修邊沿周20mm型面。

5)OP60翻邊整形沖孔工序。

①沖壓基準(zhǔn)點：X=0、Y=-800、Z=350。沖壓方向：在YOZ面內(nèi)X軸0°。

②制件用型面和修邊輪廓定位，定位穩(wěn)定合理。

③為了適應(yīng)全自動化沖壓生產(chǎn)線機械化端拾器在垂直方向上放取件的需要，在與前大燈上尖角區(qū)域，采用可伸縮成形下模與斜楔完成整形到位。

④為了適應(yīng)全自動化沖壓生產(chǎn)線機械化端拾器在垂直方向上放取件的需要，在A柱上端與側(cè)圍匹配面及兩側(cè)面翻邊整形區(qū)域，采用旋轉(zhuǎn)斜楔完成整形到位，設(shè)置預(yù)回彈角度為3°。

⑤為了適應(yīng)全自動化沖壓生產(chǎn)線機械化端拾器在垂直方向上放取件的需要，在輪罩翻邊整形區(qū)域，采用旋轉(zhuǎn)斜楔完成整形到位，設(shè)置預(yù)回彈角度為3°。

⑥下部與側(cè)圍匹配面，采用斜楔完成翻邊整形。

⑦使用吊楔對前保險杠安裝孔做沖孔。

⑧翻邊整形沖孔壓料采用垂直壓料的方式，區(qū)域為修邊沿周20mm型面。

6)OP70整形沖孔工序。

①沖壓基準(zhǔn)點：X=0、Y=-800、Z=350。沖壓方向：在YOZ面內(nèi)X軸0°。

②制件用型面和修邊輪廓定位，定位穩(wěn)定合理。

③為了適應(yīng)全自動化沖壓生產(chǎn)線機械化端拾器可以在垂直方向上放取件的需要，在與前大燈下尖角區(qū)域，采用旋轉(zhuǎn)斜楔完成整形到位。

④使用斜楔沖制輪罩翻邊處、與前蓋匹配處、A柱區(qū)域、底部與側(cè)圍匹配處的安裝孔。

⑤整形沖孔壓料采用垂直壓料的方式，區(qū)域為修邊沿周20mm型面。

方法圖模型檢查分析

按標(biāo)準(zhǔn)制作拉延工藝模型和各工序標(biāo)識，組織相關(guān)人員，根據(jù)各工序方法圖檢查項目，在模型上，直觀地檢查整體工藝方案的合理性并給出優(yōu)化措施，做方法圖的會簽。方法圖模型如圖8所示。

圖8 方法圖模型

沖壓件質(zhì)量與模具優(yōu)化技術(shù)分析

沖壓件質(zhì)量與模具優(yōu)化的抱怨來源主要是沖壓件、車身匹配、整車表面質(zhì)量評審和尺寸測量的報告及講評。一般情況下，根據(jù)制件上缺陷的嚴(yán)重程度與在整車、車身、AMB等影響程度，沖壓件與模具優(yōu)化的優(yōu)先原則是，先整車后單件；先重后輕；先易后難。翼子板型面尺寸低的問題如圖9所示。

問題描述及分析

圖9 翼子板型面尺寸低的問題

問題描述：如圖9所示，翼子板與前蓋匹配的型面尺寸過低（-1.76mm～-0.27mm）。

不良影響：在整車匹配中，翼子板與前蓋的平度和間隙匹配嚴(yán)重超差。

問題分析：

⑴由于該型面在Y方向是曲率半徑比較大的凸弧型，拉延成形時，在Y方向承受的拉應(yīng)力小，塑性變形不充分，在工藝補充部分去除后，由于回彈作用，造成該區(qū)域自兩端至中部逐漸變差的尺寸狀態(tài)（尖角和虎口處向X外向變形，中部向X內(nèi)向變形）。

⑵該區(qū)域大凸弧型的形狀在翻邊成形時屬于多料翻邊，其回彈方向也是正回彈，在修邊后，造成該區(qū)域自兩端至中部逐漸變差的尺寸狀態(tài)（尖角和虎口處向X外向變形，中部向X內(nèi)向變形）。

⑶該區(qū)域的修邊形狀是除了保留三個固定的凸緣外，將全部的法蘭邊去除。導(dǎo)致在區(qū)域的翻邊立面無法抵抗回彈變形。造成該區(qū)域修邊后，自兩端至中部逐漸變差的尺寸狀態(tài)（尖角和虎口處向X外向變形，中部向X內(nèi)向變形）。翼子板與前蓋的平度和間隙匹配嚴(yán)重超差狀態(tài)如圖10所示。

圖10 翼子板與前蓋的平度和間隙匹配嚴(yán)重超差狀態(tài)

解決方案分析

⑴方案一：在拉延工序試驗和計算出回彈補償量，對拉延凸模做補焊處理，拉延凹模和壓料面重新研配。

風(fēng)險：拉延凸模補焊處理后變形，拉延凸模和拉延凹模報廢。后序全工序的凸模等成形、定位、支撐型面必須補焊、重新制作、重新研配，制造周期長，費用很高，無法保證批量生產(chǎn)要求和質(zhì)量目標(biāo)要求。

⑵方案二：在翻邊整形工序試驗和計算出回彈補償量，對翻邊整形凸模、凹模做補焊處理，拉延凹模和壓料面重新研配。

風(fēng)險：翻邊整形凸模補焊處理后變形，翻邊整形凸模、凹模報廢。后序全工序的凸模等成形、定位、支撐型面必須補焊、重新制作、重新研配，制造周期長，費用很高，同時，拉延件型面形狀與翻邊整形等后續(xù)工序的形狀不一致，導(dǎo)致制件變形。無法保證批量生產(chǎn)要求和質(zhì)量目標(biāo)要求。

⑶方案三：在不影響后續(xù)工序和其他工藝（焊裝、涂裝、總裝）的前提下，在修邊工序試驗和計算出需要留出法蘭邊量，以減小和消除型面尺寸過低的缺陷。

風(fēng)險：由于更改產(chǎn)品的修邊輪廓，需要得到認(rèn)可，同時需要對局部的修邊鑲塊做補焊處理或重新制作。此方案優(yōu)點是對后續(xù)工序無影響，更改周期短，費用低，可以保證批量生產(chǎn)要求和質(zhì)量目標(biāo)要求。

解決方案確認(rèn)和實施

⑴經(jīng)過綜合評價，確認(rèn)選擇方案三。并經(jīng)過試驗和計算，得到了比較理想的試驗件狀態(tài)，型面尺寸狀態(tài)良好（0～+0.46mm）。試驗件狀態(tài)如圖11所示。

圖11 試驗件狀態(tài)

⑵得到了產(chǎn)品的更改確認(rèn)，對修邊模具實施更改。

實施效果

優(yōu)化更改完成后，經(jīng)過批量生產(chǎn)件的裝車匹配驗證，翼子板與前蓋的平度和間隙匹配狀態(tài)良好，符合匹配的公差和視覺效果要求，達(dá)到了更改的預(yù)期效果，得到了大眾康采恩質(zhì)保部的好評。經(jīng)過3年多近60萬輛整車的批量生產(chǎn)，其尺寸一直處于良好穩(wěn)定的狀態(tài)。