作者：鄭薇

文/鄭薇，劉春雨·安徽江淮汽車技術(shù)中心工藝工程院

某車尾燈側(cè)燈罩板的沖壓工藝分析

作者：鄭薇

文/鄭薇，劉春雨·安徽江淮汽車技術(shù)中心工藝工程院

尾燈側(cè)燈罩板在成形過程中存在缺陷，利用CAE軟件進(jìn)行仿真分析，可優(yōu)化毛坯形狀、工藝補(bǔ)充面、調(diào)整拉延筋，消除零件在工藝設(shè)計(jì)初期可能存在的缺陷。并通過進(jìn)一步的模具調(diào)試，得到合格的產(chǎn)品零件。

尾燈側(cè)燈罩板缺陷的產(chǎn)生

尾燈側(cè)燈罩板（也稱尾燈盒）是轎車車身后部件，它與左/右側(cè)圍外板、左/右尾燈燈罩板連接板、后鎖板、后圍板、后保險(xiǎn)杠上部外側(cè)安裝支架、行李箱內(nèi)飾支架相連接或匹配。該零件壁薄，具有空間曲面形狀不對(duì)稱、表面質(zhì)量要求高等特點(diǎn)。這種形狀較復(fù)雜的沖壓件要經(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)量的控制，因此拉延件的設(shè)計(jì)是生產(chǎn)高品質(zhì)沖壓件的關(guān)鍵。如何解決拉延成形過程可能出現(xiàn)的起皺、開裂以及不合要求的缺陷，并確定其中的一些重要工藝參數(shù)，成為沖壓生產(chǎn)的瓶頸問題。傳統(tǒng)的“試錯(cuò)法”造成了大量的資源浪費(fèi)，已不能適應(yīng)如今產(chǎn)品更新?lián)Q代周期越來越短的要求。隨著以數(shù)值模擬仿真為中心的計(jì)算機(jī)技術(shù)在沖壓領(lǐng)域的普及與應(yīng)用，使設(shè)計(jì)員可以在生產(chǎn)準(zhǔn)備階段，預(yù)見到成形中可能出現(xiàn)的問題，如起皺、破裂等，確定成形所需的工藝過程和技術(shù)參數(shù)。

零件成形沖壓工藝分析

確定工藝方案

在確定合理的工藝方案時(shí)，產(chǎn)品設(shè)計(jì)提供的產(chǎn)品數(shù)模是關(guān)鍵和依據(jù)，直接影響著工藝方案的制定。所以在制定工藝方案之初，產(chǎn)品數(shù)模要保證按現(xiàn)有的工藝水平和工藝方法能夠?qū)崿F(xiàn)。在產(chǎn)品零件的沖壓工藝性差的情況下，要將情況反饋給產(chǎn)品設(shè)計(jì)部門。建議在保證零件必要功能的前提下，適當(dāng)修正零件的形狀結(jié)構(gòu)尺寸，改善零件的沖壓工藝性，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。

圖1所示為尾燈側(cè)燈罩板原始的產(chǎn)品數(shù)模，此產(chǎn)品數(shù)模在沖壓工藝上存在很多缺陷，包括以下兩方面：

⑴從A、B、C三個(gè)剖視圖中可以看出，這三處均存在沖壓負(fù)角，無法確定拉延工序的沖壓方向，嚴(yán)重影響工藝方案的制定。

⑵從D、E處的局部放大圖可以看出，這兩處無法通過簡(jiǎn)單的翻邊成形工序?qū)崿F(xiàn)。

圖1尾燈側(cè)燈罩板原始的產(chǎn)品數(shù)模

圖2更改后的產(chǎn)品數(shù)模

通過與產(chǎn)品設(shè)計(jì)部門的溝通，在保證零件必要功能以及與相關(guān)件的匹配和搭接關(guān)系的情況下，將產(chǎn)品更改為圖2所示狀態(tài)。更改產(chǎn)品后，通過調(diào)整沖壓方向，A、B、C三處的沖壓負(fù)角均可消除。最終將工序確定為：落料→拉延→切邊沖孔→翻邊翻孔→翻邊整形沖孔。

確定沖壓方向

沖壓方向的確定，是尾燈側(cè)燈罩板沖壓工藝設(shè)計(jì)的關(guān)鍵，用來確定沖壓件在模具中的空間位置。它不但決定能否生產(chǎn)出合格的沖壓件，而且影響到工藝補(bǔ)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(huì)因?yàn)闆_壓方向確定的不當(dāng)，而增加調(diào)整困難。

尾燈側(cè)燈罩板沖壓方向，確定所遵循的規(guī)律包括以下三方面：

⑴保證凸模形狀能夠進(jìn)入凹模，凸模開始拉延時(shí)與毛坯的接觸地方要多，而且要分散并且不產(chǎn)生負(fù)角，最好使制件在一次拉深中完成。

⑵保證拉深深度，拉延深度盡可能的淺。

⑶沖壓方向應(yīng)該有利于工藝補(bǔ)充。不同的沖壓方向，會(huì)帶來相應(yīng)不同形狀的工藝補(bǔ)充，直接影響到產(chǎn)品拉深工序的最終成形條件以及后序成形條件。合理的沖壓方向，應(yīng)既滿足沖壓形狀的要求又適應(yīng)工藝補(bǔ)充、壓料面形狀的規(guī)范。

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(shí)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和不破裂。在設(shè)置尾燈側(cè)燈罩板拉深模的壓料面時(shí)，要使拉深的深度均勻，盡量做到凸模相對(duì)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(jìn)料阻力均勻。另外，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(huì)使拉入凹模內(nèi)多余材料無法延展。要做到這一點(diǎn)，必須保證在拉深過程中每一個(gè)階段的壓料面展開長(zhǎng)度比凸模斷面的展開長(zhǎng)度短。

圖3為將產(chǎn)品數(shù)模做局部調(diào)整之后的工藝數(shù)模和模擬分析結(jié)果。由于尾燈盒縱向拉延深度較深，在放大B處的R角之后，仍然沒有解決此處拉延破裂現(xiàn)象。而受B處產(chǎn)品形狀的限制，壓料面無法上抬，因此要解決此處拉延破裂現(xiàn)象需更改此處產(chǎn)品數(shù)模，抬高壓料面。圖4為更改此處產(chǎn)品數(shù)模抬高壓料面后的模擬結(jié)果，很好地解決了此處拉延破裂的現(xiàn)象。因此，在做尾燈側(cè)燈罩板壓料面工藝補(bǔ)充時(shí)，壓料面的形狀走勢(shì)應(yīng)該盡可能隨著產(chǎn)品形狀，壓料面近可能的靠近產(chǎn)品型面最低點(diǎn)，使拉延時(shí)凹模進(jìn)料能夠充分。

圖3產(chǎn)品數(shù)模做局部調(diào)整后的工藝數(shù)模和模擬分析結(jié)果

圖4更改產(chǎn)品數(shù)模抬高壓料面后的模擬結(jié)果

調(diào)整拉延筋

將拉延筋設(shè)置成能增加壓料面上各部位進(jìn)料阻力，調(diào)整毛坯金屬的進(jìn)料速度和材料流動(dòng)方向，使各區(qū)進(jìn)料阻力均勻。而拉延筋阻力是由板料通過拉深時(shí)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三部分組成。其中，拉深筋阻力的主要影響因素有：拉深筋的形式、拉深筋參數(shù)、毛坯材料特性、潤(rùn)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。

尾燈側(cè)燈罩板在拉深工序開始之前，在模具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，板料不斷沿拉深筋表面滑動(dòng)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(dá)到調(diào)整徑向拉應(yīng)力的目的。這種調(diào)整徑向拉應(yīng)力的方法是十分便捷的，而且調(diào)整的范圍也比較大。

而在CAE分析中我們通常采用虛擬筋分析，這樣便于調(diào)整拉延筋的強(qiáng)度及形狀。在CAE分析

狀態(tài)穩(wěn)定后，實(shí)際模具制造中將虛擬筋轉(zhuǎn)化

為實(shí)體筋，將CAE分析軟件中虛擬筋的強(qiáng)度

和形狀與實(shí)體筋對(duì)應(yīng)，見圖5。

圖5拉延筋強(qiáng)度示意圖

結(jié)束語

尾燈側(cè)燈罩板屬于車身沖壓件中較難調(diào)整的件。其難點(diǎn)在于：沖壓方向較難確定，拉延深度較深，且兩側(cè)進(jìn)料不均衡。在做工藝方案初期要充分考慮該沖壓件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，調(diào)整好沖壓方向及壓料面形狀，盡可能地降低拉延深度，確保沖壓件拉延充分及提高材料利用率。由于該件是左右對(duì)稱件，在做工藝方案時(shí)采用了左右合模的方式，通過與廠家溝通，料片利用了該車型側(cè)圍上落下的廢料，進(jìn)一步降低了模具及沖壓件開發(fā)成本。