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        某溜背汽車尾門內(nèi)板的沖壓工藝及模具結(jié)構(gòu)設(shè)計

        2022-07-05 09:47:40羅相尉孫大智李麗坤
        時代汽車 2022年13期
        關(guān)鍵詞:雙動下模模壓

        羅相尉 孫大智 李麗坤

        上汽通用五菱汽車股份有限公司 廣西柳州市 545007

        隨著汽車的普及,消費(fèi)者不僅對汽車性能的要求提高,對汽車外觀造型風(fēng)格的要求也越來越多樣化。汽車尾門傳統(tǒng)分為三廂車的尾門和兩廂車的尾門。近年來出現(xiàn)了溜背門的設(shè)計。零件的高低起伏比傳統(tǒng)設(shè)計大,成形難度大。本文介紹了一種實現(xiàn)溜背尾門內(nèi)板的沖壓工藝及模具結(jié)構(gòu)設(shè)計。

        在早期,由于汽車覆蓋件鈑金形狀復(fù)雜,主機(jī)廠采用雙動壓力機(jī),雙動壓力機(jī)有內(nèi)外兩個滑塊,內(nèi)滑塊提供拉延成型力,外滑塊提供壓邊力。隨著國內(nèi)汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展,產(chǎn)品設(shè)計水平、沖壓工藝設(shè)計水平、壓力機(jī)性能得到提升,主機(jī)廠多采用單動多連桿配氣墊的壓力機(jī)結(jié)構(gòu),這種壓力機(jī)結(jié)構(gòu)相對簡單,同時還可以降低模具結(jié)構(gòu)設(shè)計的復(fù)雜性。

        汽車外覆蓋件鈑金的拉延方式主要有兩種:單動拉延和雙動拉延,當(dāng)前通常采用單動拉延成形。

        單動拉延的模具結(jié)構(gòu),模具分為下模,壓邊圈以及上模三部分。下模固定在壓力機(jī)的下工作臺上;壓邊圈位于下工作臺上;上模固定在壓力機(jī)的上工作臺上。這種模具結(jié)構(gòu)簡單,模具成本低。單動拉延的優(yōu)點有:模具結(jié)構(gòu)簡單,成本低。缺點有:拉延深度有限。

        傳統(tǒng)的雙動拉延的模具應(yīng)用在雙動壓力機(jī)上,其中上模安裝在上工作臺的內(nèi)滑塊上,壓邊圈安裝在上工作臺的外滑塊上,下模固定在下工作臺上。壓力機(jī)運(yùn)動時,外滑塊帶動壓邊圈首先下壓,然后內(nèi)滑塊帶動上模下壓,直至拉延到底。雙動拉延的優(yōu)點有:可以實現(xiàn)大的拉延深度。缺點有:模具結(jié)構(gòu)復(fù)雜,成本高。

        某車型尾門內(nèi)板在汽車坐標(biāo)系的整體狀態(tài)如圖1,零件整體傾斜大,呈弧形。按照傳統(tǒng)的單動拉延的沖壓工藝,零件在沖壓坐標(biāo)系的狀態(tài)如圖2,零件的沖壓工藝存在以下難點。

        圖1 零件在汽車坐標(biāo)系的狀態(tài)

        圖2 傳統(tǒng)拉延工藝零件的狀態(tài)

        問題1:在零件窗框左右側(cè),有沖孔,沖孔廢料滑落困難;

        問題2:在零件窗框下部,有一處突兀的特征,拉延成形困難;

        問題3:在零件與尾燈匹配處,有一處突兀的特征,拉延成形困難;

        問題4:零件最高點與最低點落差達(dá)250mm 左右,拉延成形困難。

        沖壓工藝采用反拉延的方式,如圖3,即沖壓方向與傳統(tǒng)沖壓工藝相比旋轉(zhuǎn)180 度。

        圖3 反拉延工藝零件的狀態(tài)

        采用此工藝,對于難點問題1,沖孔采用側(cè)沖孔,沖孔廢料滑落沒有問題。

        同時做了以下的工藝調(diào)整,使得問題2、問題3 以及問題4 得以解決:

        對于難點問題2,在窗框下部增加整形,解決拉延成形困難的問題,如圖4。雖然整形量多達(dá)55mm,但是采用切邊后整形的方式,CAE 分析開裂風(fēng)險控制在安全范圍內(nèi),如圖5。

        圖4 窗框下部整形

        圖5 窗框下部整形后CAE分析結(jié)果

        對于難點問題3,在零件與尾燈匹配處增加整形,解決拉延成型困難的問題,見圖6。CAE 分析開裂風(fēng)險控制在安全范圍內(nèi),見圖7。

        圖6 窗框下部整形

        圖7 窗框下部整形后CAE分析結(jié)果

        對于難點問題4,零件壓料面盡量隨形,并且將壓料面抬高,使得壓邊面高于零件在沖壓方向下的最低點。從而最大程度地降低了零件的拉延深度和壓邊圈行程。采用這種方式,壓邊圈行程降低到了105mm。

        但是由于壓料面高于零件最低點,導(dǎo)致出現(xiàn)在上模與壓邊圈閉合前,上模先觸料的問題,從而導(dǎo)致板料竄動、變形、起皺的問題,見圖8。為了解決這個問題,需要在上模最低點與板料接觸前,將板料周圈拉緊,避免上模最低點自由觸料。

        圖8 單動拉延上模先觸料導(dǎo)致板料流動不受控

        模具調(diào)試和生產(chǎn)的壓力機(jī)是單動壓力機(jī),通常沖壓拉延模具分為三個部分:上模、下模以及壓邊圈,壓邊圈在下模,上滑塊沒有壓料力的壓力源,上模沒有壓料機(jī)構(gòu)。為了解決這些問題,通過雙動模具結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)雙動壓力機(jī)的效果。模具結(jié)構(gòu)分為下模、下壓邊圈、上模以及上壓邊圈四部分。由于壓力機(jī)是單動壓力機(jī),所以雙動拉延模具的上壓邊圈的動力源不是壓力機(jī),而是需要模具內(nèi)部氮?dú)鈴椈蓙硖峁?。具體結(jié)構(gòu)為:下模固定在壓力機(jī)的下工作臺;下壓邊圈位于下工作臺,壓力源為壓力機(jī)氣墊壓力;上模固定在壓力機(jī)的上工作臺;上壓邊圈安裝在上模上,壓力源為氮?dú)鈴椈伞?/p>

        如圖9,采用雙動拉延,即在上模增加一個上模壓邊圈。從而實現(xiàn)在上模與下模壓邊圈閉合前,上模壓邊圈與下模壓邊圈閉合,拉緊板料,然后上模繼續(xù)下壓,直至拉延到底。CAE 分析顯示上模壓邊圈與下模壓邊圈閉合時,板料狀態(tài)良好,如圖10。上模繼續(xù)下壓,拉延開始時,板料狀態(tài)良好,如圖11。CAE分析拉延到底,零件的成形狀態(tài)良好,如圖12。CAE 分析全工序分析零件狀態(tài)良好,如圖13。實際拉延零件狀態(tài)良好,如圖14。

        圖9 CAE分析中雙動拉延工具體

        圖10 CAE分析上模壓邊圈與下模壓邊圈閉合時板料狀態(tài)

        圖11 CAE分析拉延開始時板料狀態(tài)

        圖12 CAE分析拉延到底時零件成形狀態(tài)

        圖13 CAE分析全工序零件成形狀態(tài)

        圖14 實際拉延零件成形狀態(tài)

        采用雙動拉延的模具結(jié)構(gòu),下模與下模壓邊圈如圖15,上模和上模壓邊圈如圖16。與傳統(tǒng)拉延模具相比,增加了上模壓邊圈。由于采用的壓力機(jī)不是雙動壓力機(jī),無法提供上模壓邊圈的動力源,所以上模壓邊圈的動力源采用氮?dú)飧祝鐖D17。通過行程設(shè)計,實現(xiàn)上模壓邊圈與下模壓邊圈先閉合,壓緊板料,然后上模型面部分再接觸板料。

        圖15 下模與下模壓邊圈模具結(jié)構(gòu)圖

        圖16 上模與上模壓邊圈模具結(jié)構(gòu)圖

        圖17 上模壓邊圈的氮?dú)飧讋恿υ?/p>

        綜合采用以上工藝和模具結(jié)構(gòu)設(shè)計,實現(xiàn)了此溜背汽車尾門內(nèi)板的制造。目前車型已經(jīng)量產(chǎn),滿足質(zhì)量要求。這種工藝雖然模具結(jié)構(gòu)復(fù)雜,但是對于深拉延零件的成形,以及內(nèi)部特征比周圈特征深的零件成形有利,可以在單動壓力機(jī)上,實現(xiàn)上模型面部分接觸板料前將板料周圈壓緊,從而解決板料竄動以及起皺的問題,對實現(xiàn)復(fù)雜造型有推廣意義。

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