黃佳銳

廣東省南方技師學(xué)院 廣東韶關(guān) 512200

1 序言

客戶提供的產(chǎn)品材料不同，模具分型面也要根據(jù)材料的反彈程度作出相應(yīng)調(diào)整。按照通常的模具開發(fā)流程，對最初設(shè)計的上、下模分型面進(jìn)行多次、反復(fù)的試沖驗(yàn)證，實(shí)測產(chǎn)品成形后的尺寸，最終得到模具所需的分型面數(shù)據(jù)。這種開發(fā)流程效率太低，且經(jīng)過多次CNC重復(fù)加工后，模具產(chǎn)品的表面質(zhì)量也會受到較大影響。

2 產(chǎn)品的使用要求及分析

某模具工廠接到一對汽車剎車盤上的產(chǎn)品模具訂單，產(chǎn)品名稱為制動盤防塵罩（見圖1），產(chǎn)品材料選用GW01鋁合金，量產(chǎn)數(shù)約為100萬件，最大外形尺寸約為f350mm，料厚1mm。

圖1 制動盤防塵罩

汽車制動盤防塵罩是汽車制動盤的重要保護(hù)部件，如果防塵罩的強(qiáng)度和剛度不足，就會在遭受石子等異物撞擊后發(fā)生彎曲變形，導(dǎo)致防塵罩與制動盤發(fā)生不正常的接觸摩擦，造成制動異常，影響車輛的制動性能，對整車的行車安全造成潛在威脅。

根據(jù)產(chǎn)品的使用條件，要求成形零件外觀無開裂、起皺及壓傷，并且邊緣無毛刺等缺陷，翻邊平面度及匹配公差符合技術(shù)要求。該產(chǎn)品非外飾件，后期需要點(diǎn)焊到剎車盤的零部件上，因此要求貼合的平面度較高，尺寸匹配要求也較高。產(chǎn)品的外觀尺寸如圖2所示，外觀形狀的高低差為20mm，涉及多個斜面和圓弧面，采用的材料GW01鋁合金是在6061鋁合金基礎(chǔ)上研發(fā)的一種新型高強(qiáng)度鋁合金[1]。

圖2 產(chǎn)品的基本外觀尺寸

3 CAE模擬分析軟件中的分析結(jié)果

按照客戶所提供的產(chǎn)品3D圖，根據(jù)初始貼合狀態(tài)，對模具上、下模進(jìn)行分模設(shè)計，將分模后所得到的模面（見圖3）導(dǎo)入AutoForm R6軟件中進(jìn)行整個拉深成形過程的有限元數(shù)值模擬，通過觀察每道工序?qū)Τ尚芜^程中圓角半徑和形狀毛坯的改變，對比不同工藝參數(shù)對拉深質(zhì)量的影響，從而預(yù)測潛在的成形缺陷，如拉裂、起皺等情況[2,3]。

圖3 制動盤防塵罩的初始分模面

模具設(shè)計開發(fā)時，一般采取的工藝順序是將整個產(chǎn)品的變形量控制在模具的第一道拉延工序中，隨后仔細(xì)觀察整個部件是否存在其他扭曲變形或反彈，再在第二道修邊工序中進(jìn)行剩下的局部修整。該工藝比較易于處理，反之，等材料在沖壓過程中發(fā)生了塑性變形后再處理，遺留下來的工作量就會非常大。該制動盤的拉延工序如圖4所示。

圖4 制動盤的拉延工序

將該產(chǎn)品在原設(shè)計合模狀態(tài)下的模面導(dǎo)入AutoForm軟件分析反彈數(shù)據(jù)，得到的反彈運(yùn)算結(jié)果如圖5所示，在拉延后的垂直方向，反彈的最大值為＋5.341mm，最小值為－6.521mm，整個產(chǎn)品的反彈差值相對較大。參考AutoForm軟件的分析結(jié)果，進(jìn)行局部修正，在模面的合理位置添加拉延筋或平衡塊，以控制材料的流速，從而控制反彈結(jié)果。通過CAE軟件的反彈運(yùn)算可知，在模具設(shè)計階段就要考慮反彈數(shù)據(jù)差值，根據(jù)產(chǎn)品材料特性的不同，對凸、凹模仁的參數(shù)進(jìn)行分模面的補(bǔ)償修正。

圖5 AutoForm軟件的反彈運(yùn)算結(jié)果

4 結(jié)合CAE數(shù)據(jù)在UG軟件中進(jìn)行模面位置調(diào)整

按照CAE分析的反彈數(shù)據(jù)進(jìn)行模具生產(chǎn)后，模具進(jìn)入產(chǎn)品試沖階段。通過試沖結(jié)果來觀察產(chǎn)品的實(shí)際變形情況，利用客戶提供的產(chǎn)品檢具進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。圖6所示產(chǎn)品在檢具（見圖7）中反饋得到的相應(yīng)數(shù)據(jù)顯示，局部位置仍有1.2mm的彈性變形。結(jié)合該變形的數(shù)值、方向及位置，在UG軟件中進(jìn)行相應(yīng)的曲面補(bǔ)償調(diào)整。一般情況下，在利用UG軟件調(diào)整完變形位置后，還要進(jìn)行CNC補(bǔ)償加工與鉗工修復(fù)。

圖6 產(chǎn)品實(shí)物

圖7 廠家提供的產(chǎn)品檢具

該模具的總體變形情況基本已經(jīng)得到控制，利用UG軟件進(jìn)行調(diào)整時，通過提取需要的變形面曲線，如圖8所示，連接所有曲線生成一個新的曲線框（見圖9）。再利用Omni自由變換器，將需要調(diào)整的曲面復(fù)制到新的曲線框位置，建立新的曲面，以偏移型面位置來補(bǔ)償變形的差值距離，將該曲面向需要調(diào)整的方向偏移－1.2mm，調(diào)整后的曲面如圖10所示。

圖8 在UG中提取需要變形面曲線

圖9 生成一個新的曲線框

圖10 局部調(diào)整－1.2mm后的曲面

經(jīng)過局部位置的調(diào)整后，依據(jù)CAE軟件的最新數(shù)據(jù)對模具的分模面進(jìn)行重新加工，模具缺料時用補(bǔ)焊的方法進(jìn)行補(bǔ)償，高出部分則用CNC加工直接去除，對模具分模面進(jìn)行“多切少補(bǔ)”后，產(chǎn)品試模后的變形情況得到明顯改善。

5 結(jié)束語

根據(jù)材料的反彈程度與產(chǎn)品的外形結(jié)構(gòu)不同，充分利用AutoForm軟件進(jìn)行CAE分析，結(jié)合UG軟件的曲面補(bǔ)償方法對產(chǎn)品局部反彈進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整。在實(shí)際生產(chǎn)過程中，大幅提升了生產(chǎn)效率，減少了模具反復(fù)修模、試模的次數(shù)，從而直接有效地縮短了模具的生產(chǎn)周期。