何光春
四川工商職業(yè)技術(shù)學(xué)院(四川都江堰 611830)
汽車用增強(qiáng)罩板屬于內(nèi)支撐件,對(duì)其外觀要求并不苛刻,但制件上不應(yīng)存在成形不足、微裂紋等缺陷,因?yàn)檫@將對(duì)零部件或整臺(tái)汽車產(chǎn)生不良影響或安全隱患。所以,在制定工藝規(guī)程時(shí),務(wù)必考慮制件使用的安全可靠性,當(dāng)然,也要兼顧模具裝備的成本效益[1~2]。
圖1所示為某型汽車增強(qiáng)罩板,屬于內(nèi)飾件,其材料為冷軋?zhí)间摫“錝PCC(C≤0.15,Mn≤0.6,P≤0.1,S≤0.05,其余Fe),相當(dāng)于Q215A,料厚t=0.8mm,基本尺寸307.5×172×73.9mm。
制件三向封閉,x負(fù)向開(kāi)口,由此模具設(shè)計(jì)成一模兩件,才能達(dá)到四向封閉,利于制件拉伸成形,不至于出現(xiàn)成形跑偏。以k線為準(zhǔn),上部分側(cè)壁整體呈內(nèi)凹曲線,側(cè)壁與底面角度大致為95°,并再附加兩個(gè)內(nèi)凹型,如圖1右邊兩個(gè)圓圈所示;而其底部存在一個(gè)上凸?fàn)睢線下部分側(cè)壁基本呈“直線”,也有兩個(gè)不規(guī)則內(nèi)凹,如圖1中k線下圓圈處所示;而底部圓圈處所示部分呈不同角度,將給“成形”產(chǎn)生復(fù)雜影響,因此使其與制件放置底面居于同一高度。另外,制件頂部也有內(nèi)凹和外凸形狀,同時(shí),該制件各個(gè)位置也有不同形狀不同方位的開(kāi)孔。
圖1 產(chǎn)品模型
汽車覆蓋件沖壓工序主要有落料、拉伸、修邊、翻邊、整形、沖孔及分離等。在制定沖壓工藝方案時(shí),必須考慮模具制造難易程度和制造成本;同時(shí)也要注意工序數(shù)量和順序[3],前者涉及到模具裝備總成本,后者會(huì)影響制件的沖壓質(zhì)量。
經(jīng)過(guò)對(duì)該制件形狀、結(jié)構(gòu)分析后,在沖壓成形有限元分析軟件的輔助下,確定沖壓工藝方案。
第一道工序(OP10)為拉伸成形工序,如圖2所示。從三維圖可以看出,成形工序設(shè)計(jì)時(shí),首先要把數(shù)模上所有孔、開(kāi)口等沿其當(dāng)前位置修補(bǔ),同時(shí)也要把所有底面置于同一高度,便于壓料;圖2中虛線箭頭所示為拉延筋,其主要作用是增加進(jìn)料阻力和平衡制件周界進(jìn)料速度,有效防止成形不足、起皺等缺陷。經(jīng)計(jì)算,本工序的成形力約為95t,壓邊力約為31t,工作行程約為81mm。圖3所示為本制件拉伸成形工序件。
圖2 拉伸成形工序
圖3 拉伸成形工序件
第二道工序?yàn)樾捱?沖孔復(fù)合模,如圖4所示。本道工序包括3種工作動(dòng)作:①一是修邊,如圖4中TRIM所示,依據(jù)修邊線輪廓從拉伸件上去除“多余部分”,主要指成形工藝補(bǔ)充部分;②二是沖孔,如圖4中PI所示,即沖制與修邊方向一致的孔,它也是為了成形需要而封閉的孔洞;③三是切廢料,如圖4中WK所示,主要是由于汽車制件尺寸較大,修邊廢料中空時(shí)剛性差,不易卸去,因此,常設(shè)置廢料刀把不規(guī)則環(huán)形廢料按規(guī)定尺寸切成多段,在重力作用下滑落到廢料滑槽而進(jìn)入廢料搜集筐,因此,廢料刀位置布置必須考慮每段廢料的最大尺寸、重力點(diǎn)以及輪廓特征等。經(jīng)計(jì)算,本道工序所需沖壓力約為60t,壓料力約為3.5t。
圖4 修邊/沖孔復(fù)合工序
第三道工序?yàn)閺澢?整形,如圖5所示。本工序設(shè)置的主要原因如下:①一是由于制件局部形狀過(guò)于復(fù)雜,第一道拉伸工序無(wú)法達(dá)到制件形狀要求,因其可能會(huì)導(dǎo)致拉伸凸凹模形狀復(fù)雜,制造、修模難度大;②二是可能造成拉伸件起皺、開(kāi)裂等缺陷;③三是局部位置存在成形負(fù)角。因此,在充分考慮各種成形影響因素的情況下,拉伸工序無(wú)法滿足制件最終形狀要求時(shí),需要設(shè)置整形、彎曲、翻邊等附加成形工序。經(jīng)計(jì)算,本道工序所需沖壓力約為18t,壓料力約為3.5t。
圖5 彎曲/整形復(fù)合工序
第四道工序?yàn)榉蛛x/側(cè)沖孔復(fù)合工序,如圖6所示。本道工序包括兩個(gè)工作動(dòng)作:①一是側(cè)向沖孔,如圖6中C-PI所示,依靠斜楔把豎直沖壓力轉(zhuǎn)變?yōu)閮A斜/角度沖壓力,達(dá)到?jīng)_制制件側(cè)壁或傾斜角度角度的孔洞的目的;②二是分離動(dòng)作,如圖6中SEP所示,通過(guò)切斷刀把制件一分為二,從而實(shí)現(xiàn)一模兩件。經(jīng)計(jì)算,本道工序所需沖壓力約為22t,壓料力約為1.5t。
圖6 分離/側(cè)沖孔復(fù)合工序
結(jié)合汽車增強(qiáng)罩板的形狀特點(diǎn),利用板料成形模擬軟件對(duì)拉伸成形進(jìn)行仿真,獲得第一道工序的相關(guān)參數(shù),進(jìn)而設(shè)計(jì)出修邊、沖孔、整形、分離等后續(xù)工序,主要結(jié)論如下:①拉伸工序作為汽車模具設(shè)計(jì)的首道工序,制件擺放方位、定位方式等至關(guān)重要,影響后續(xù)工序的難易程度;②修邊/沖孔工序中的廢料刀位置、布置方位嚴(yán)重影響是否順利脫料,同時(shí),沖孔組合選擇也可影響凸模布置、壓料可靠性等;③基于工藝經(jīng)濟(jì)性原則,在拉伸成形無(wú)法滿足制件形狀要求時(shí)才考慮整形、翻邊等二次成形工序。