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        車身翼子板沖壓工藝造型設(shè)計(jì)研究(下)

        2021-11-02 01:15:08田卓華田新峰北汽福田汽車股份有限公司
        鍛造與沖壓 2021年20期
        關(guān)鍵詞:棱線子板拉延

        文/田卓華,田新峰·北汽福田汽車股份有限公司

        劉國鑫·中航西飛民用飛機(jī)有限責(zé)任公司

        曹翔宇·北汽福田奧鈴汽車廠

        《車身翼子板沖壓工藝造型設(shè)計(jì)研究》(上)見《鍛造與沖壓》2021 年第18 期

        翼子板工藝面優(yōu)化設(shè)計(jì)

        針對(duì)上述五大危害,如何采取措施消除?

        過拉延設(shè)計(jì)

        與保險(xiǎn)杠匹配的棱線R 角,一般為R3mm,不足以支持拉延。拉延造型設(shè)計(jì)擴(kuò)大到R5mm ~R6mm,側(cè)立面擴(kuò)張2.0 ~2.5mm,后工序整形到產(chǎn)品R3mm,如圖6 所示,翼子板頭部拉延工藝設(shè)計(jì)(翼子板頭部截面圖,來源于圖5(a)中的A-A 截面),圖6(a)所示為翼子板頭部拉延工藝設(shè)計(jì),圖6(b)所示為翼子板棱線過拉延局部放大。

        圖6 翼子板頭部拉延工藝設(shè)計(jì)

        可展面易于流動(dòng)

        翼子板頭部安裝面結(jié)構(gòu)復(fù)雜,一般預(yù)拉延成形,再整形到位。為防止安裝面整形起皺,采用夾邊整形。預(yù)留整形夾持面,整形后修去。

        整形工藝面由夾持面、補(bǔ)充面和過渡面三部分構(gòu)成。夾持面,即拉延壓邊面的一部分;補(bǔ)充面,即修邊線外到拉延分型線的區(qū)域,該部分允許整形移動(dòng)(流動(dòng))補(bǔ)充產(chǎn)品面,但不得起皺。過渡面,即保險(xiǎn)杠安裝面的工藝面,整形鑲塊下壓、鐓死,形成產(chǎn)品面,圖7 為翼子板整形工藝面。

        圖7 翼子板整形工藝面

        整形工藝面的“補(bǔ)充面”部分在整形鑲塊作用下,是沿垂直于分型線方向和沖壓方向的復(fù)合位移加流變。夾持面提供適當(dāng)拉力,減緩材料過快流動(dòng),防止立面和安裝面皺紋產(chǎn)生。圖7(a)為修邊線和夾持面之間的補(bǔ)充面設(shè)計(jì)成可展面。

        拉延工藝分型線取直,基本平行于翼子板與保險(xiǎn)杠匹配棱線。如果設(shè)計(jì)成曲線,如圖5(a)所示,則“補(bǔ)充面”為不可展面,不僅儲(chǔ)存的面積較大,更主要的是三維曲面在夾持面拉力作用下展開失穩(wěn)、起皺;起皺后的材料流動(dòng)阻力增大,傳遞到保險(xiǎn)杠匹配棱線及立面,增大了吸頸和破裂風(fēng)險(xiǎn)。

        翼子板保險(xiǎn)杠匹配棱線兩端形成兩個(gè)尖角,修邊比較困難,似乎需要側(cè)修。但由于結(jié)構(gòu)過小,側(cè)修下模刃口強(qiáng)度很差,因此不適宜側(cè)修。為此,對(duì)產(chǎn)品型面進(jìn)行局部改造,以適宜正修,改造的細(xì)微特征經(jīng)整形改變。

        增強(qiáng)保險(xiǎn)杠匹配側(cè)立面安全性

        盡管保險(xiǎn)杠匹配棱線R 角已做過拉延設(shè)計(jì),可阻止或減輕吸頸及破裂。但是,為了批產(chǎn)安全、穩(wěn)健,拉延工序需要增大側(cè)立面角度,增強(qiáng)拉延工序安全裕度。側(cè)立面與沖壓方向的角度越大越能降低棱線R 角的破裂敏感性。一般這個(gè)角度宜取35°~45°,圖8 為翼子板保險(xiǎn)杠匹配立面拉延造型設(shè)計(jì)成斜面。

        圖8 翼子板安裝面拉延工藝面

        棱線R 角一定,組成棱線的兩個(gè)面的夾角增大,材料流動(dòng)阻力減小,R 角切線以外附近參與塑性變形的區(qū)域面積擴(kuò)大,可以承受較大的拉力;或拉力不變,能降低板料減薄率。側(cè)立面角度增大,同時(shí)也降低了保險(xiǎn)杠安裝過渡面的拉延深度。

        降低整形風(fēng)險(xiǎn)

        保險(xiǎn)杠安裝面部位見圖9,翼子板保險(xiǎn)杠安裝面拉延盡可能接近產(chǎn)品形狀,降低整形類模具自由成形的不確定性。

        圖9 保險(xiǎn)杠安裝面

        翼子板頭部拉延過渡面造型設(shè)計(jì)、保險(xiǎn)杠安裝面盡量接近產(chǎn)品面形狀,會(huì)帶來一個(gè)問題,就是拉延初始,上模(凹模)型面起伏較大,低點(diǎn)接觸料較早,初始階段會(huì)造成板料起伏不平順,表面出現(xiàn)波紋,不利于產(chǎn)品外露面光順性。但是,翼子板拉延,產(chǎn)品各部位距離凸凹模分型輪廓較近,上模遠(yuǎn)離下死點(diǎn)之前,過程初始產(chǎn)生的不光順有充分的機(jī)會(huì)拉開,不至于造成最終缺陷。實(shí)踐證明,一款翼子板頭部外露面,用油石推不出不順痕跡,圖10 為翼子板外露表面油石打磨效果,打磨痕連續(xù),磨痕線條均勻一致。

        圖10 翼子板外露表面油石打磨效果

        翼子板表面拉延光順,表明外板件拉延早期出現(xiàn)的板料不順或皺紋,只要拉延閉合前,起皺部位型面有充分的展開機(jī)會(huì),不至于留下“不光順痕跡”。

        所以,拉延時(shí),翼子板頭部盡可能越深越好,自由整形即使受控,依然越少越好。

        翼子板整形夾持結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

        一般整形模,設(shè)計(jì)夾持面壓件器為整體式,即夾持面壓件器與主壓件器設(shè)計(jì)為一體。其優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)簡單,缺點(diǎn)是不便于壓力調(diào)整。此結(jié)構(gòu)成功案例不少,圖11 為翼子板整形整體式壓件器。

        圖11 翼子板整體式壓件器

        盡管CAE 分析軟件和技術(shù)日趨成熟,但是,軟件數(shù)據(jù)庫收集的失效模態(tài)及其約束條件純屬理想化,因此,虛擬驗(yàn)證和現(xiàn)實(shí)模態(tài)有意想不到的差別。有些要素按照常理未必是主流因素,但是回到現(xiàn)實(shí),次要因素可能就是設(shè)計(jì)成敗的決定因素,恰好這個(gè)要素有時(shí)被CAE 分析忽略。

        翼子板安裝面預(yù)留整形,是非常典型的沖壓工藝設(shè)計(jì)。業(yè)內(nèi)一直把拉延作為成敗的關(guān)鍵,因此分析一般比較到位,比如吸頸、破裂、回彈等都能夠嚴(yán)謹(jǐn)對(duì)待、認(rèn)真分析。但是,翼子板產(chǎn)品結(jié)構(gòu)特別,最終成功不取決于拉延,整形工序是決定產(chǎn)品開發(fā)成敗的關(guān)鍵要素。比如產(chǎn)品整形面回彈、扭曲、吸頸破裂等等。

        整形夾持面壓件器與主壓件器設(shè)計(jì)成一體,有其特殊性。個(gè)例的成功有許多要素支撐,要區(qū)別對(duì)待。如果某產(chǎn)品整形工藝面設(shè)計(jì)最佳,CAE 分析充分,所以待到模具調(diào)試,夾持面不是成敗的關(guān)鍵要素,因此,降低了夾持面壓力的敏感性。盡管如此,還是建議采用獨(dú)立壓件器,便于模具調(diào)試,只是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)稍微復(fù)雜些。

        結(jié)語

        從翼子板設(shè)計(jì)之初,通過工藝造型優(yōu)化設(shè)計(jì),解決了沖壓作業(yè)過程的難點(diǎn)及痛點(diǎn),同時(shí)也為復(fù)雜車身覆蓋件沖壓不穩(wěn)定性分析提供了新的解決思路,拉延及整形對(duì)于復(fù)雜高風(fēng)險(xiǎn)覆蓋件,要統(tǒng)籌兼顧,仔細(xì)分析,不可偏廢,即拉延較穩(wěn)定,盡量多拉,整形較自由,一定少整。

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