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        縱梁前端加強(qiáng)板成形仿真及缺陷處理

        2022-08-29 08:25:58飛,張曄,王
        模具制造 2022年7期
        關(guān)鍵詞:設(shè)置工藝設(shè)計(jì)

        高 飛,張 曄,王 帆

        (陜西重型汽車有限公司,陜西西安 710200)

        1 引言

        隨著汽車工業(yè)的快速發(fā)展,汽車行業(yè)的競爭日益激烈,新車型的開發(fā)時(shí)間越來越短,同時(shí)對制件的質(zhì)量要求也是越來越高。汽車沖壓模成形工藝方案的選擇至關(guān)重要,不合理的成形工藝方案不僅會(huì)增加生產(chǎn)準(zhǔn)備成本,而且會(huì)影響到最終制件的成形質(zhì)量,因此,模具成形工藝方案的確定是模具設(shè)計(jì)制造的首要關(guān)注點(diǎn),它是一切后續(xù)工作開展的基礎(chǔ)。本文以某車型縱梁前端加強(qiáng)板為研究對象,排布工藝方案,基于Autoform 分析軟件,建立成形模型。對拉伸出現(xiàn)的開裂缺陷進(jìn)行重點(diǎn)分析,提出最佳解決方案。

        2 制件特點(diǎn)

        此制件為內(nèi)板件,外形如圖1 所示,材料為汽車覆蓋件常用材料B210P1,料厚為1.2mm,外形尺寸為455×355×40mm,該制件為左、右對稱件。制件一側(cè)有翻邊,考慮翻邊受力平衡,采用左、右對稱兩件連體成形,制件外形不規(guī)則,以拉伸為主要成形方式。

        圖1 制件圖

        3 制件成形工藝設(shè)計(jì)

        此制件為左、右對稱件,形狀較復(fù)雜且存在單側(cè)翻邊,經(jīng)過對制件進(jìn)行分析,依據(jù)制件形狀特點(diǎn)及成形精度要求,選擇平均法向?yàn)闆_壓方向,初步確定成形工藝方案為:第一工序拉伸,第二工序修邊沖孔,第三工序剖切沖孔,第四工序翻邊,共4工序完成沖壓成形。以小翻邊面展開為中間連接部分,翻邊展開料尺寸最小位置加10mm的修邊線余量。

        3.1 拉伸壓料面設(shè)計(jì)

        拉伸壓料面一般要設(shè)計(jì)為大致隨形,對材料進(jìn)行預(yù)成形,在Autoform 中壓料面的設(shè)計(jì)通常有4 種方法:①斷面線法,通常采用斷面線法能夠很好地實(shí)現(xiàn)隨形預(yù)成形;②蝴蝶面法,應(yīng)用在一些比較復(fù)雜的制件,根據(jù)成形要求在某個(gè)角部需要折一個(gè)異曲率的面;③壓料面法,運(yùn)用在一些制件法蘭面可以直接應(yīng)用,作為拉伸成形的壓料面使用;④修剪制件法,主要針對的是一些制件的高度較大,需將制件局部進(jìn)行修剪,降低成形高度。按照制件形狀特征,該制件適用斷面線法。

        在拉伸壓料面設(shè)計(jì)前,先要進(jìn)行制件外部光順填充,初始選擇自動(dòng)填補(bǔ),這種填充效果在后續(xù)成形過程中并不理想,需要做細(xì)化處理,選取線條的端點(diǎn)移動(dòng),線條的端點(diǎn)處實(shí)現(xiàn)與選取的邊界相切。刪除多余的點(diǎn),僅留一個(gè)點(diǎn)作直角拐點(diǎn)用,做成平直線,用于后續(xù)中間補(bǔ)充順暢。同理方法完成其余各處的外周補(bǔ)充,填充內(nèi)部空洞,兩件連體,完成中間補(bǔ)充,結(jié)果如圖2所示。

        圖2 拉伸壓料面設(shè)計(jì)效果圖

        3.2 工藝補(bǔ)充設(shè)計(jì)

        工藝補(bǔ)充設(shè)計(jì)參數(shù)分別為上凹模圓弧為R10mm,下入??趫A弧為R8mm,拔模角度為8°,如圖3 所示。凹陷區(qū)域盡量做高,局部內(nèi)凹坑包進(jìn)行優(yōu)化處理,設(shè)置成與高位一致平齊的形狀,有利于拉伸成形。在工藝補(bǔ)充面完成之后,進(jìn)行翻邊展開,顯示翻邊展開線的位置,便于在模擬仿真前對修邊余量的檢查,拉伸模型如圖4所示。

        圖3 工藝設(shè)計(jì)參數(shù)

        圖4 拉伸模型圖

        4 仿真模擬

        仿真模擬首先進(jìn)行生產(chǎn)線的設(shè)置,主要有工具體的基準(zhǔn)面、工序沖壓行程等,完成拉伸、修邊沖孔、剖切沖孔、翻邊各個(gè)工序的仿真工具體設(shè)置。

        4.1 拉伸工具體模型

        采用單動(dòng)拉伸成形,工具體特點(diǎn)是上滑塊帶動(dòng)上凹模,下工作臺(tái)設(shè)置有壓邊圈和下凸模。運(yùn)動(dòng)過程中下壓邊圈首先抬起一定距離,高于下凸模頂面10mm,保證與上凹模首先壓料,壓住料后一起下行,實(shí)現(xiàn)凸凹模逐步成形。壓邊圈是控制受力狀態(tài),行程設(shè)置為350mm,力設(shè)置為3MPa,采用自適應(yīng)力,如圖5所示。

        圖5 拉伸工具體模型

        4.2 修邊沖孔工具體模型

        修邊沖孔序選擇投影方向,按照模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分塊原則,進(jìn)行分塊修邊、沖孔、剖切工藝設(shè)計(jì),該件修邊線較為復(fù)雜,工藝設(shè)計(jì)主要考慮廢料的取料方式,確定分兩工序完成修邊、沖孔、剖切,如圖6所示。

        圖6 修邊沖孔工具體模型

        4.3 翻邊工具體模型

        該工序?qū)⒅萍膫?cè)翻邊部分側(cè)翻到位,翻邊角度接近90°,工藝設(shè)計(jì)重點(diǎn)是翻邊鑲塊R角處的處理,以便消除R角處的壓痕。上模壓料芯先下行壓料,上翻邊鑲塊與下模鑲塊互相作用,實(shí)現(xiàn)翻邊成形。上模壓料芯為控制受力狀態(tài),先下行壓料,行程設(shè)置為300mm,坯料由翻邊下模型面定位,成形時(shí)翻邊上模與翻邊下模相互作用,左右件同時(shí)成形。翻邊結(jié)束后,頂料汽缸頂起制件,取出制件,翻邊工序結(jié)束,最終制件成形,如圖7所示。

        圖7 翻邊工具體模型

        5 運(yùn)算分析

        設(shè)置好相應(yīng)參數(shù),在運(yùn)算分析時(shí),開裂、起皺較為嚴(yán)重,數(shù)據(jù)結(jié)果顯示成形不充分。首先選擇加大坯料尺寸,重新模擬,成形結(jié)果改善不明顯。為進(jìn)一步提升成形質(zhì)量,選擇圓形拉伸筋并不斷完善,逐步設(shè)置變系數(shù)拉伸筋,如圖8所示。通過變筋模擬成形分析可以看出,該成形結(jié)果有較為明顯的改善,但局部依然存在開裂區(qū)域,需要分區(qū)域逐項(xiàng)解讀,如圖9所示。

        圖8 變筋拉伸筋

        圖9 變筋拉伸模擬結(jié)果

        5.1 開裂解決措施

        針對開裂問題,按照開裂的不同區(qū)域,可以采取3種解決方案:①根據(jù)制件存在兩個(gè)大的長圓孔的特點(diǎn),設(shè)置破料刀,給側(cè)壁處提供進(jìn)料,到底前15mm 開始刺破,如圖10所示,模擬結(jié)果顯示增加破料刀后,解決了局部區(qū)域開裂的問題;②在開裂部位設(shè)計(jì)儲(chǔ)料包,后序整形。對于成形開裂位于中間部位需增加儲(chǔ)料包,設(shè)置兩個(gè)儲(chǔ)料包后模擬開裂消除,如圖11所示;③對于開裂位置位于初始走料部位,且此區(qū)域位于制件外緣,后序整形工序材料變形不受限,采用加大R角、增大拔模角的方式消除開裂,如圖12所示。

        圖10 破料刀設(shè)置

        圖11 儲(chǔ)料包設(shè)置

        圖12 R角/拔模角設(shè)置

        5.2 回彈分析

        基于前面的工藝設(shè)計(jì)及仿真模擬,進(jìn)行翻邊整形工序后回彈分析,以導(dǎo)入的工具體為參考對象,回彈約束為自由回彈模式。數(shù)據(jù)分析顯示,回彈數(shù)值在-0.5~+0.5mm 范圍內(nèi),汽車沖壓件回彈結(jié)果控制在此范圍內(nèi),無需進(jìn)行回彈補(bǔ)償,如圖13所示。

        通過工藝設(shè)計(jì)及仿真模擬,最終確定工藝成形方案:第一工序拉伸,第二工序修邊沖孔,第三工序剖切沖孔,第四工序翻邊,如圖14所示。

        圖14 成形工藝

        6 模具及材料要求

        該制件共開發(fā)4副模具,分別為:拉伸模、修邊沖孔模、剖切沖孔模、翻邊模。模具材料均選用沖壓模具常用材料,拉伸模上模、下凸模、壓邊圈采用MoCr鑄造,表面淬火硬度48~52HRC;修邊沖孔模上模座、下模座、退料板采用HT300 鑄造,修邊上模、修邊下模、廢料刀采用火焰淬火鋼7CrSiMnMoV,淬火硬度58~62HRC;翻邊模上模座、下模座同樣采用HT300 鑄造,翻邊上模、翻邊下模、壓料芯采用Cr12MoV 鍛造,淬火硬度56~60HRC。模具制造過程無質(zhì)量異常,拉伸模驗(yàn)證調(diào)試成形順暢,修邊沖孔模出現(xiàn)廢料卡于廢料刀之間不易取出的現(xiàn)象,通過鉗工消除了卡廢料問題,最終沖壓件質(zhì)量穩(wěn)定,可滿足批量沖壓生產(chǎn)。

        7 結(jié)束語

        本文基于Autoform 的分析方法,對制件全工序成形過程分析提供可靠的預(yù)模擬方案。實(shí)踐證明,該制件沖壓工藝方案確實(shí)可靠,能夠滿足制件的生產(chǎn)需要,降低了模具開發(fā)的風(fēng)險(xiǎn)及制造成本,縮短了模具的開發(fā)周期。同時(shí)通過分析總結(jié)出了開裂的3種解決方案,分別為設(shè)置破料刀、儲(chǔ)料包、加大R 角增大拔模角,為以后此類制件的模具開發(fā)積累了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。

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