劉維同,李 偉
(浙江吉利新能源商用車集團有限公司,浙江杭州 310022)
隨著國家對汽車安全要求的不斷升級,輕卡車型的安全要求也在不斷提高,在輕卡駕駛室中,對安全起重要作用的零件的屈服強度不斷提高。其中,駕駛室地板縱梁材料由普通冷軋板提升到了高強度鋼板。本文以我公司某款輕卡車型地板縱梁(材質:B340/590DP,t=2.0)為例,通過制件設計和工藝設計優(yōu)化的方式,結合Autoform分析,在制件設計階段將起皺問題解決。
輕卡駕駛室的地板縱梁是與地板搭接的零件,其對駕駛室起到支撐、翻轉的作用,對整個駕駛室的剛性和抗扭轉起到決定性作用,駕駛室縱梁的強度、剛性,則顯得尤為重要。
輕卡的發(fā)動機是放置在駕駛室的地板下部的,導致駕駛室的地板高差變化大,而駕駛室的縱梁在Z向的落差、變化也非常大。我公司此款輕卡車型的地板縱梁高度差達到277.5mm,如圖1所示。
圖1 地板縱梁制件圖
如圖2所示,地板縱梁的主要起皺部位在制件形狀落差的底部,雖制件已在此處加筋,但其吸皺效果不明顯,在拉伸到底前10mm,已形成疊料,為不可接受缺陷。
圖2 地板縱梁起皺示意圖
通過Autoform對其成形過程進行分析,發(fā)現從上模與壓邊圈閉合開始到上部形狀成形到位,如圖3所示,各階段成形材料流向示意,起皺部位上部的斜面材料一致在向起皺部位流動,大量的材料流動到底部后積聚,最終形成了制件的疊料、起皺。
圖3 各階段成形材料流向示意
經以上分析可確定,有效控制斜面材料向底部的流動,并對無法避免的積聚的材料利用造型吸取,從而達到消除疊料、起皺的目的。利用造型吸皺需要制件進行優(yōu)化,控制斜面的材料流動主要通過工藝手段達到。以下重點對制件的優(yōu)化和工藝的優(yōu)化進行說明。
結合Autoform分析結果,對起皺部位的吸皺做了4版方案的優(yōu)化,如圖4、圖5、圖6、圖7所示。圖4所示為初始狀態(tài),其吸皺筋沿縱梁型面均勻增加,其吸皺效果差,疊料明顯。圖5所示為吸皺部位更改為中部高,兩端吸皺筋較低平,并加突起筋的樣式,此造型較初始狀態(tài)(見圖4)吸皺效果有改善,但在突起筋和造型尾部部位仍存在起皺聚料、面不平的問題,需繼續(xù)優(yōu)化。
圖4 制件初始設計
圖5 制件優(yōu)化設計Ⅰ
圖6所示方案較圖5所示方案對突起筋和造型尾部部位進行優(yōu)化,突起筋部位進行過渡圓順處理,造型尾部抬高,分析后,造型尾部問題解決,突起筋部位仍存在積料問題。圖7所示方案是針對此問題進一步優(yōu)化了突起筋造型,使突起筋高度降低,過渡更加圓順。同時,整體吸皺筋的造型向上延伸以進一步減少材料向下流動的量,此造型使起皺問題解決。
圖6 制件優(yōu)化設計Ⅱ
圖7 制件最終設計
地板縱梁的沖壓方向選擇,嘗試了與圖8上的Z向0°、7°、10°、15°等4個方案:
圖8 工藝分析示意圖
(1)0°方案在拉伸成形過程中,材料沿流動方向A流動,并在造型底部積聚,形成疊料,無法消除,此方案不可接受。
(2)7°方案在拉伸成形過程中,材料主要沿流動方向A方向流動,流動方向B方向材料流動較少,材料在底部的積聚與0°方案相比已有明顯改善,只有少許起皺,已無明顯疊料,此方案非最優(yōu)方案。
(3)10°方案在拉伸成形過程中,材料沿流動方向A方向流動,同時流動方向B方向也有材料流動,兩個方向都已較少,起皺、疊料均已得到較好解決,此方案為最優(yōu)方案。
(4)15°方案在拉伸成形過程中,材料沿流動方向A、流動方向B兩個方向同時向底部造型處流動,流動量可控,未形成疊料、起皺,但其左右造型高低差過大,影響模具整體高度,非最優(yōu)方案。
此地板縱梁的材料為B340/590DP,屈服強度和抗拉強度高,制件成形后易產生回彈,為減少成形后的回彈,通常選擇在拉伸時將制件一次性拉伸到位,避免后序的翻整導致制件回彈過大,對于部分不通過翻整無法實現的制件,一般選擇局部翻整。
如圖9所示,左側部位(左側框處)頭部翻邊,其余部位拉伸到位,工藝不存在變化。主要的變化點在右側部位(右側框處),此處進行了3種方案的嘗試,如圖10、圖11(軟模效果見圖12)和圖13所示。
圖9 零件工藝分塊
圖10方案:縱梁所有法蘭、R角全部拉伸到位,沿法蘭面外延后,向下再做法蘭形成壓料面,分模線在制件外部,如圖片標識部位。為控制板料的流動,在縱梁斜面部位,法蘭外延后做了一個反凹,反凹可起到一定的控料作用。
此方案由于成形高度高,導致制件底部R角存在開裂。同時,由于壓料面過于靠外,在分模線與制件立面間材料過多,使成形起皺未得到有效解決。
圖11方案:縱梁法蘭面直接外延形成壓料面,分模線在制件立面與法蘭的交線部位,一側做調整——R角加大,法蘭面上抬。在縱梁斜面部位做反凹控制材料流動,反凹在壓料面上,對材料的流動控制更佳。
圖10 壓料面方案Ⅰ
圖11 壓料面方案Ⅱ
此方案即降低了拉伸深度,同時內移了分模線,制件起皺得到了極大的改善,但局部仍存在起皺現象。
軟模試制時,制件按圖7方案,工藝按圖11方案,得到的制件如圖12在局部仍存在起皺現象。根據情況對制件和工藝同時優(yōu)化,以在正式模具上開展開發(fā)。
圖12 軟模件效果圖
圖13方案:縱梁立壁拉伸出約60%,剩余立壁和法蘭翻整到位。此方案拉伸深度淺,壓料面平緩,斜面部位的材料向下流動時機更短,向下流動的量也就更少,此方案使起皺問題得到解決。
圖13 最終壓料面方案Ⅲ
此款地板縱梁強度明顯高于市場上現有輕卡制件使用的縱梁,其制件設計和工藝設計需有較大幅度的優(yōu)化,才能解決存在的起皺問題。通過對地板縱梁制件設計方案和工藝方案的不斷優(yōu)化,結合Autoform分析,在制件達到V2數據階段將起皺問題解決,支持了項目的正常推進和零部件正式模具的開發(fā)。經過對制件、工藝多種方案的嘗試,有效地確定了高落差縱梁起皺問題的解決方案,制件設計、模具工藝設計思路可有效推廣到其它類似制件上。