郝軍偉,秦 輝,王南艷,李玉華,包安華,劉芳亮
東風(fēng)汽車股份有限公司輕型商用車分公司(湖北襄陽 441004)
汽車覆蓋件主要是指構(gòu)成駕駛室和車身的表面零件,分為外覆蓋件和內(nèi)覆蓋件。內(nèi)覆蓋件是車身內(nèi)部的覆蓋件,它們被覆蓋上內(nèi)飾件或被車身的其它零件所擋住而不能被直接看到。內(nèi)覆蓋件板料厚、外形多樣、沖壓工藝復(fù)雜。東風(fēng)汽車股份有限公司新一代輕卡所用的前橫梁地板,其特點是板料厚、拉伸深、工序多、產(chǎn)量大,計劃年產(chǎn)量約10萬件。為了降低模具制造及生產(chǎn)成本、提高模具的壽命,需對該制件的沖壓工藝進行設(shè)計并優(yōu)化。
制件名稱:前橫梁地板,制件所用材質(zhì):熱軋板SPHE,料厚2.3mm;外形尺寸:長寬高1,790×178×116mm。該制件為長條梁類件,拉伸深度達到117mm,生產(chǎn)難度大。制件形狀及裝車位置如圖1 所示,該制件位于地板總成前端,前端與前圍總成搭接,兩端與左右側(cè)圍總成搭接,2-φ20mm 孔為車身地板的主定位孔,該制件還具有一定的承重作用。
新舊制件對比如表1所示。
圖1 前橫梁地板形狀及裝車位置
表1 新舊制件特征對比
新舊制件外形尺寸,各處特征基本一致,沖壓工藝類似,新制件為適應(yīng)新車型重新設(shè)計,法蘭面由波浪式改為臺階式,壓料面接近為平面,成形性更好。
汽車覆蓋件沖壓工藝設(shè)計的內(nèi)容主要包括:審查制件結(jié)構(gòu)的工藝性;確定最合理的工藝方案、工序數(shù)和順序;確定毛坯的形狀和外形尺寸,制定材料消耗定額;選定模具結(jié)構(gòu)形式,選定毛坯和制件的送、下料方法和方向;壓力機的型號、數(shù)量和生產(chǎn)流程。
AutoForm軟件具有強大功能,可用于金屬板材成形工藝和制件的數(shù)字化規(guī)劃和驗證,能夠快速創(chuàng)建和評估工藝方案。由于軟件可自動檢測輸入的CAD 零件數(shù)據(jù)的幾何特征(例如翻邊、孔、邊界),因此可以非??焖俚貏?chuàng)建備選工藝方案,生產(chǎn)出滿足制造規(guī)范和標準的高質(zhì)量、低成本制件。該軟件可提高工藝規(guī)劃的可靠性以滿足質(zhì)量和成本目標,并可將工藝方案直接轉(zhuǎn)化進行工藝設(shè)計和工藝驗證實施。
在AutoForm 軟件里,建立一個新文件,導(dǎo)入前橫梁地板制件數(shù)模*.igs,選擇板料厚度和材料牌號。開始進行工藝設(shè)計,確定沖壓方向從拉伸工序開始,然后制定以后各工序的沖壓方向。
(1)拉伸工序的設(shè)置:①拉伸方向不但決定了能否拉伸出滿意的覆蓋件,而且影響到工藝補充部分的多少,以及后續(xù)工序的方案。拉伸方向應(yīng)盡量使拉伸深度差最小,保證材料流動和變形分布均勻。由于前橫梁地板制件形狀上有對稱側(cè)壁及法蘭要求,決定了拉伸方向不能改變,將制件法蘭面旋轉(zhuǎn)至水平作為壓料面,這樣在制件進行拉伸成形過程中,拉伸穩(wěn)定性好,如圖2所示;②拉伸壓料面、工藝補充的確定:壓料面有兩種:一種是壓料面就是覆蓋件本身的一部分;另一種是由工藝補充部分補充而成。壓料面就是覆蓋件本身的一部分時,由于形狀是既定的,如圖3a 所示,制件兩端頭法蘭面作為拉伸工藝補充臺階面,但CAE分析結(jié)果該處出現(xiàn)側(cè)壁開裂現(xiàn)象,如圖3b所示,為了便于拉伸,將該處側(cè)壁形狀做局部修改,降低制件兩端頭側(cè)壁拉伸深度,如圖3c 所示,在后工序中進行整形以達到覆蓋件凸緣面的要求如圖3d所示。
圖2 前橫梁地板沖壓方向確定
圖3 前橫梁地板兩端頭法蘭面的確定
(2)修邊沖孔工序安排及修邊廢料的分塊:①修邊就是將拉伸件修邊線以外的部分切掉。修邊方向選擇首先要保證修邊質(zhì)量,修邊方向設(shè)計時力求與拉伸件型面垂直,該夾角的大小一般不應(yīng)小于75°,如果太小,材料不是被切斷而是被撕開,嚴重的會影響修邊質(zhì)量;②由于覆蓋件在修邊模中的擺放位置只能是一個,如果采用修邊沖孔復(fù)合工序,沖壓方向在同一工序中可能有兩個或兩個以上。前橫梁地板制件孔數(shù)量多,腹面和翼面(法蘭面)及側(cè)壁均有分布,側(cè)壁上的孔安排在后工序斜楔沖孔,考慮到法蘭面上的孔距離修邊線過近,為保證修邊序模具修邊刃口的壁厚強度和耐疲勞強度,法蘭面的孔也安排至修邊序后的工序進行垂直沖孔。腹面上的孔分類考慮,沖孔方向與修邊方向一致的孔,在修邊序進行垂直沖孔,沖孔方向與修邊方向夾角大于15°以上的孔,安排至后序進行斜楔沖孔;③修邊廢料的分塊:該制件在人工流水線上生產(chǎn),人工排除廢料,修邊廢料在保證能落入設(shè)備廢料通道的前提下盡量減少數(shù)量。前橫梁地板制件廢料為前后各3塊,左右兩端頭各1塊。
(3)翻邊工序的安排:翻邊工序設(shè)置于修邊工序之后,主要是將制件邊緣朝特定方向豎起。按翻邊凹模的運動方向,翻邊形式可分為垂直翻邊、水平翻邊和傾斜翻邊三種。前橫梁地板制件左右兩側(cè)各有一處向上的翻邊和兩處向制件后側(cè)的翻邊,由于上翻邊和側(cè)翻邊同時進行的話有干涉,上翻邊和側(cè)翻邊設(shè)置于不同的工序,側(cè)翻邊采用斜楔翻邊。修邊件在翻邊工序中的定位,一般用工序件的外形、側(cè)壁或制件本身的孔定位。
在充分考慮拉伸狀態(tài)和保證后序沖壓合理性的前提下,在Plan—Production 和Plan—Plan 中確定出前橫梁地板的拉伸工序和各工序的內(nèi)容,各沖壓方向及設(shè)計出工藝補充,如圖4所示。該制件的沖壓工藝為:op10拉伸→op20修邊沖孔→op30整形、翻邊→op40沖孔、翻邊,如圖5所示。
前橫梁地板CAE 分析結(jié)果顯示該制件能夠順利成形,無起皺和開裂現(xiàn)象。
新舊工藝對比如表2所示。
(1)新舊工藝不同點。
圖4 前橫梁地板沖壓工藝內(nèi)容分布
圖5 前橫梁地板CAE分析結(jié)果
表2 新舊工藝對比
覆蓋件沖壓工藝的設(shè)計內(nèi)容已經(jīng)不再局限于簡單的工藝排序及拉伸補充,而是深入到模具設(shè)計、模具制造、乃至模具及沖壓件檢查等各個方面。綜合考慮可以對原工藝進行優(yōu)化。
原沖壓工藝在op20序工序內(nèi)容的考慮為:制件上平面凸臺上10-φ9mm,8-φ7mm 孔與沖壓方向有17.5°的夾角,需要斜楔沖孔,為了兼顧修邊,將該處修邊設(shè)置為斜楔修邊,如圖6所示。
圖6 前橫梁地板原工藝op20序模具沖孔與修邊布置
側(cè)修邊和側(cè)沖孔在模具上共用一個大吊楔,結(jié)構(gòu)復(fù)雜,加工量大。
新沖壓工藝將op20 工序的側(cè)沖孔內(nèi)容調(diào)整到op40 工序,將op20 工序的兩段側(cè)修邊優(yōu)化為正修邊,如圖7、圖8 所示。新工藝為沿周正修邊,模具結(jié)構(gòu)簡單,取消了大斜楔。
圖7 前橫梁地板新工藝op20序模具修邊布置
圖8 前橫梁地板新工藝op40序模具下模
新沖壓工藝將op20 工序的側(cè)沖孔內(nèi)容調(diào)整到op40 工序,模具增加了4 處小斜楔,op40 模具結(jié)構(gòu)變化不大。
(2)不同點帶來的效果。
工藝優(yōu)化后op20 序改為正修邊90°,完全消除了該處產(chǎn)生的制件銳邊及由于不正常的沖壓方向造成的毛刺現(xiàn)象。模具制造成本降低,制造周期縮短。新工藝op20 序模具減少一處1,200mm×75°的斜楔,在op40序增加了3處150mm×75°和一處80mm×75°的標準小斜楔。
通過上述分析,地板前橫梁形狀結(jié)構(gòu)特殊,沖壓工藝復(fù)雜。通過本次優(yōu)化沖壓工藝,優(yōu)化了沖壓修邊角度和模具結(jié)構(gòu),降低模具制造成本及周期,提高模具壽命,降低模具故障率,且提高了制件質(zhì)量。對類似結(jié)構(gòu)制件的模具設(shè)計具有一定的參考作用。