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        汽車覆蓋件沖壓材料流入量調(diào)試淺析

        2022-03-25 11:41:00譚高山
        模具制造 2022年2期
        關(guān)鍵詞:流入量壓料沖壓件

        譚高山

        (廣汽乘用車有限公司,廣東廣州 511434)

        1 引言

        汽車覆蓋件大多數(shù)采用鋼板沖壓成形,在沖壓成形過程中,鋼板材料流入量作為模具調(diào)試、生產(chǎn)過程監(jiān)控及評價的重要指標(biāo)之一。如何在設(shè)計、制造、調(diào)試、生產(chǎn)等環(huán)節(jié)對其進(jìn)行管控與調(diào)整,對沖壓件生產(chǎn)和品質(zhì)穩(wěn)定具有重要意義。根據(jù)長期的探索及經(jīng)驗積累發(fā)現(xiàn),通過實際沖壓材料流入量與CAE數(shù)值相匹配,可做到?jīng)_壓件整體成形效果及趨勢與CAE分析結(jié)果基本一致。本文主要探討新車型模具開發(fā)過程中如何設(shè)定、管控材料流入量,當(dāng)出現(xiàn)材料流入量異常時如何分析原因及找出調(diào)試、恢復(fù)的方法,提高沖壓件生產(chǎn)和品質(zhì)穩(wěn)定性。

        2 沖壓件材料流入量介紹

        沖壓件材料流入量是指坯料在沖壓成形過程中的流動量,通常測量坯料成形后的邊緣與成形前的邊緣法向距離(見圖1)。其影響因素主要包括材料摩擦系數(shù)、壓邊力、拉伸筋阻力(靠拉伸筋高度、拉伸筋R角大小、拉伸筋布置等設(shè)定實現(xiàn))、拉伸深度等方面。

        圖1 材料流入量示意圖

        材料流入量是沖壓件CAE分析結(jié)果輸出的重點指標(biāo)之一,作為CAE狀態(tài)下材料流向的參考,其數(shù)值的變化往往伴隨著沖壓件回彈、表面質(zhì)量、材料減薄等狀態(tài)的變化。例如,某一區(qū)域的材料流入量減小,該區(qū)域材料會拉伸更充分,材料減薄加劇,沖壓件可能出現(xiàn)開裂不良。

        3 工藝設(shè)計階段關(guān)注要點

        材料流入量作為工藝方案CAE分析結(jié)果輸出的重點指標(biāo)之一,在工藝參數(shù)設(shè)定時,需關(guān)注以下與其關(guān)聯(lián)比較密切的一些要點:

        (1)摩擦系數(shù)。不同摩擦系數(shù)CAE分析出來的材料流入量及成形效果不同,甚至差異很大,應(yīng)根據(jù)不同沖壓材料設(shè)定相應(yīng)摩擦系數(shù),如普通鋼板摩擦系數(shù)設(shè)定為0.15,鋁合金板料0.12,皮膜材及鋅鋁鎂合金材0.12。

        (2)拉伸筋布置。沖壓件成形過程中,在相同壓邊力前提下,主要靠拉伸筋阻力控制其各部位的走料量及均勻性。一般設(shè)定原則如下:

        a.為保證材料拉伸充分,提高材料變形程度,通常沿著壓邊圈內(nèi)輪廓線整圈布置拉伸筋。

        b.在局部容易成形起皺的地方(如拐角部位),增加局部短拉伸筋,以增加傳力區(qū)徑向拉應(yīng)力,降低切向壓應(yīng)力,防止板料起皺。

        c.為保證各位置的進(jìn)料量及進(jìn)料速度,通常會根據(jù)零件的拉伸深度布置不同類型的拉伸筋。在拉伸深度大的直線部位布置阻力大的拉伸筋,而在拉伸深度大的曲線部位不布置拉伸筋。在拉伸深度相差較大時,在深的部位不設(shè)或設(shè)阻力小的拉伸筋,在淺的部位設(shè)阻力相對大的拉伸筋。如圖2所示。

        圖2 拉伸筋布置示例

        工藝方案經(jīng)CAE分析綜合判斷減薄率、主副應(yīng)變、滑移線、材料利用率等技術(shù)指標(biāo)完成的情況下,鎖定沖壓成形工藝參數(shù),輸出分析結(jié)果(含材料流入量),用于模具制造、調(diào)試參考。

        4 模具廠外調(diào)試階段關(guān)注要點

        在模具廠外調(diào)試階段,目前國內(nèi)主機(jī)廠主要調(diào)試思路為先調(diào)整材料流入量、成形噸位至與CAE模擬結(jié)果相一致,在此基礎(chǔ)上對沖壓件上有缺陷的地方對模具進(jìn)行進(jìn)一步的調(diào)試和回彈補(bǔ)償。能有效減少調(diào)模次數(shù),提高調(diào)試效率、降低調(diào)試成本。但在實際操作過程中,往往存在模具加工、裝配、調(diào)試等方面因素會導(dǎo)致實際沖壓結(jié)果與CAE模擬結(jié)果不符,在模具制造、調(diào)試過程中該如何消除這些因素的影響,根據(jù)模具廠外調(diào)試經(jīng)驗總結(jié)如下:

        (1)明確調(diào)試思路。在模具加工、裝配完成轉(zhuǎn)調(diào)試初期,現(xiàn)場調(diào)試人員在參考CAE工藝參數(shù)進(jìn)行調(diào)試時,通常不會順利的沖壓出與CAE模擬結(jié)果相匹配的沖壓件。此時,調(diào)試人員可能會抱怨模擬結(jié)果不準(zhǔn)確,不能很好的指導(dǎo)現(xiàn)場調(diào)試,然后就拋棄CAE模擬結(jié)果,根據(jù)自己的經(jīng)驗對模具進(jìn)行大量的調(diào)整,從而使調(diào)整后的模具沖壓出的制件狀態(tài)更大的偏離了CAE模擬結(jié)果,降低了前期做出的工藝處理、回彈補(bǔ)償?shù)葦?shù)值的有效性。因此,在模具轉(zhuǎn)調(diào)試前,必須先明確調(diào)試思路,遵守調(diào)試流程,先把模具裝配、研合、排干涉等基礎(chǔ)完成,再一步步參考CAE分析參數(shù)調(diào)試出件,過程中與CAE模擬存在差異的地方也可以分析、總結(jié),找出問題所在,把相關(guān)經(jīng)驗輸入下一個項目,不斷提升CAE模擬準(zhǔn)確度。

        (2)合理設(shè)定壓料面壓料范圍。進(jìn)行CAE模擬計算時尤其是使用虛擬筋計算時壓料面必須是貼合的,但現(xiàn)場進(jìn)行壓料面研合時,為了減少研合工作量,可能會根據(jù)調(diào)試人員個人經(jīng)驗放空外圍壓料面、縮小壓料范圍,導(dǎo)致實際壓邊力小于CAE模擬值,這也會造成實際材料流入量及沖壓效果與CAE模擬的不一致。所以,壓料面壓料范圍需與CAE設(shè)定保持一致,如判斷部分壓料范圍確實可縮?。ㄈ绮蛔吡系臏\拉伸件),需在前期CAE分析時設(shè)定。

        (3)提高拉伸筋、壓料面表面質(zhì)量。拉伸筋、壓料面的表面光順度、粗糙度直接影響材料流入阻力及材料流入量大小。

        a.拉伸筋光順度。模具機(jī)加工過程中,根據(jù)加工走刀特點,往往會在凹R角或曲面銜接部位存在加工不到位的地方,殘留加工棱線,導(dǎo)致拉伸筋不光順,加大拉伸筋阻力。所以,在研合、調(diào)試過程中,需重點加以關(guān)注,做好清根及排干涉工作,保證拉伸筋光順。

        b.壓料面粗糙度。每位調(diào)試人員對壓料面的研合手法和操作技能的不同,研合出來的壓料面的表面質(zhì)量和粗糙度也會有所不同,直接影響材料流入阻力及流入量,需規(guī)范研合作業(yè)手法??偨Y(jié)幾個操作要點如下:①拋光工具:油石、砂紙拋光時的順序是油石100#、150#、240#,砂紙240#-600#,由粗到細(xì),拋凹形拐角等用大油石不宜拋的地方要用方形或三角形小油石拋光;②作業(yè)手法:拋光時用力均勻,速度不能過快,要用油石45°交叉拋光,不要在同一位置反復(fù)拋光,造成凹坑,塌角,保證平面平整、曲面光順。

        (4)合理評價材料流入量。在模具裝配、研合、排干涉等基礎(chǔ)完成后,開始調(diào)試出件。CAE一般以200mm為間距設(shè)定測量點,標(biāo)注材料流入量測量值(見圖3)。模具調(diào)試過程中參考測量點的理論值,通過壓邊力調(diào)整、壓料面局部研合調(diào)整、拉伸筋調(diào)整等手段調(diào)整材料流入量至與CAE模擬盡量一致,一般差異在±5mm以內(nèi)判斷為一致。

        圖3 材料流入量測量示意圖

        通過以上調(diào)試思路及手法,調(diào)整材料流入量與CAE模擬值一致。在此基礎(chǔ)上,調(diào)試出件效果基本可達(dá)成CAE模擬結(jié)果一致。

        5 模具廠內(nèi)調(diào)試階段關(guān)注要點

        模具廠外調(diào)試結(jié)束后,需轉(zhuǎn)回主機(jī)廠內(nèi)匹配生產(chǎn)線調(diào)試、生產(chǎn)。模具回廠調(diào)試出件狀態(tài)(尤其首次上線調(diào)試),往往與廠外狀態(tài)存在一定差異,當(dāng)出現(xiàn)差異時,如何調(diào)試、恢復(fù)材料流入量正常值,總結(jié)調(diào)試經(jīng)驗如下:

        (1)調(diào)整成形參數(shù)。如成形力、壓邊力(見圖4)、閉合高度、頂桿拉伸長度等,往往廠內(nèi)外調(diào)試所使用的壓機(jī)屬性不一樣(例如油壓機(jī)與機(jī)械壓機(jī)、伺服機(jī)械壓機(jī)與普通機(jī)械壓機(jī)、氣墊壓機(jī)與液壓墊壓機(jī)),工藝參數(shù)也會略有差異,需通過參數(shù)調(diào)整來恢復(fù)材料流入量。

        圖4 壓邊力調(diào)整示例

        (2)調(diào)整壓料面模面間隙。廠內(nèi)外調(diào)試所使用的壓機(jī)壓力分布形式及壓機(jī)精度(工作臺平行度、垂直度、氣墊平行度及頂桿等高度等)不一樣,壓料面模面間隙差異會比較大。此類差異對沖壓材料流入量及零件成形效果影響最大,有時甚至不能正常出件,需匹配廠內(nèi)壓機(jī)重新進(jìn)行壓料面研合,恢復(fù)正常的模面間隙。如圖5所示,某項目側(cè)圍外板由于機(jī)差原因,廠內(nèi)調(diào)試出件材料流入量差異很大,最終通過重新研合壓料面恢復(fù)正常材料流入量。

        圖5 材料流入量差異對比圖

        6 結(jié)束語

        沖壓材料流入量對模具調(diào)試、穩(wěn)定生產(chǎn)具有重要指導(dǎo)意義,需要從前期工藝設(shè)定、模具廠外調(diào)試、模具廠內(nèi)恢復(fù)等各階段加以管控。通過參考CAE模擬值對實際材料流入量進(jìn)行調(diào)整,快速達(dá)成、恢復(fù)沖壓件成形效果,有效減少調(diào)模次數(shù),提高調(diào)試效率。對調(diào)試過程中與CAE模擬存在差異的地方,需多做分析和總結(jié),找出問題所在,積累經(jīng)驗,不斷提升CAE模擬準(zhǔn)確度,以更好的指導(dǎo)模具調(diào)試、生產(chǎn)。

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