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      轎車前縱梁模具技術分析

      2018-05-23 08:59:43楊威高志純一汽大眾汽車有限公司
      鍛造與沖壓 2018年10期
      關鍵詞:修邊壓料拉延

      文/楊威,高志純·一汽-大眾汽車有限公司

      左/右前縱梁沖壓件是轎車車身中重要的保安件,在整車安全性和結構尺寸匹配準確性上起著至關重要的作用。在全自動化沖壓生產(chǎn)線上,我們首次采用了左/右前縱梁一模雙件(Tandem)的生產(chǎn)方式進行全自動化批量生產(chǎn),徹底克服了因制件重量大、尺寸狹長、結構形狀復雜而不適用全自動化生產(chǎn)的難題,達到了整線連續(xù)生產(chǎn)運行節(jié)拍7.5次/分鐘的國際水平。

      技術難點

      左/右前縱梁沖壓件產(chǎn)品特性要求高,實現(xiàn)困難

      RPS基準孔和基準面是沖壓件和總成焊接的尺寸測量、定位、找正、對中基準,兩個RPS基準孔的形狀、尺寸公差為+0.2mm,位置公差為±0.2mm;兩個RPS基準面的Z向位置公差為0mm。

      由于左/右前縱梁法蘭面和翼面分別與縱梁蓋板、前/后支撐塊輔助支架、前地板梁、前地板等零件都有匹配和焊接要求,且該沖壓件的強度很高,決定著焊接總成和白車身結構尺寸是否合格與穩(wěn)定,故其翼面的形狀公差為+0.7mm。

      高強度激光拼焊鋼板不利于制件成形

      高強度激光拼焊鋼板,抗拉強度達到430MPa,屈服強度達到330MPa,斷裂延伸率是26%,制件拉延深度大、成形和整形困難,需要的成形力很大。

      前縱梁為帶法蘭邊、兩端開口的U形制件,其兩翼面最窄截面間距分別為19.5mm(左件)、6mm(右件),制件長度為1739mm,在截面上腹面與法蘭面之間的高度為85mm,制件整體高度為731mm,三段激光拼焊鋼板存在厚度差異(分別為2mm、2.85mm、1.35mm),對成形穩(wěn)定性的影響較大,對制件的回彈、扭曲變形、縮頸、裂紋、波浪皺褶的控制難度大。

      一模雙件模具的排布困難

      由于受壓力機工作臺送料方向尺寸(4500mm×2400mm)的限制,給一模雙件模具的結構設計帶來很大困難。又由于拉延工序需要工藝補充,并且左、右件是分成兩片的高強度板料,如何克服因模具布置空間不足而產(chǎn)生模具結構安全性的問題,顯得格外重要。

      考慮到未來生產(chǎn)廠產(chǎn)能不足時便于模具外委,特別是在小工作臺面的壓力機上使用,需要將一模雙件的模具,物流設計成可拆卸的兩套獨立模具,并將兩套模具共同安裝在一個聯(lián)合安裝墊板上使用,更加劇了模具布置的困難程度。

      工藝與模具結構分析

      生產(chǎn)方式

      為了提高產(chǎn)能,左/右前縱梁采用一模雙件的沖壓生產(chǎn)方式。即在每道工序的模具中,左/右制件的板料或工序件是分成兩件,左/右制件模具是兩套相對獨立的模具。

      采取以送料方向的垂直方向為縱梁長度的布置方向,左/右制件在送料方向上做錯開布置,這樣可以適應全自動化生產(chǎn)線的要求,并解決了生產(chǎn)技術難點,如圖1所示。

      圖1 左/右前縱梁采用一模雙件的布置方式

      采用該布置方式的優(yōu)勢是:左/右件模具在與物流方向相垂直的方向上(壓力機工作臺長度方向)可以做部分交錯,緩解了一模雙件模具布置空間不足的問題;在物流方向上(壓力機工作臺寬度方向),左/右件模具分布在生產(chǎn)線機械化主杠的兩側,解決了制件各工序間沖壓方向變化大、制件端頭過高、與機械化主杠干涉的問題;緩解了設備下氣墊受力不均衡的問題,并通過平衡托桿來平衡下氣墊的受力狀態(tài);左/右件板料在堆垛、拆垛、識別、傳輸、定位等環(huán)節(jié)都能包含在自動化生產(chǎn)線上料單元的控制范圍內,可以滿足模具及自動化的精度要求,如圖2所示。

      圖2 自動化生產(chǎn)線的上料單元

      工藝方案與模具結構分析

      左/右前縱梁成形模具為兩組6道工序的模具,所涉及的工序為:OP10板料開卷、剪切→OP20拉延成形→OP30/40修邊、沖孔→OP50翻邊整形→OP60整形→OP70修邊、沖孔、翻孔。

      ⑴OP10板料開卷、剪切工序。

      根據(jù)產(chǎn)品對激光拼焊板料的要求和拉延模擬的板料輪廓形狀,確定板料的激光焊縫位置和輪廓形狀,由鋼板廠家提供片料。片料規(guī)格為1845mm×455mm,分成尺寸為2.0mm×219mm×370mm、2.85mm×1007 mm×455mm、1.35mm×619mm×395mm三塊板料。板料輪廓形狀和大小應滿足拉延后的標準要求(板料輪廓不能全部流入拉延檻內等),滿足成形模具的要求;滿足安全要求(板料輪廓或廢料不能有過尖的形狀),滿足堆垛板料輪廓平齊以及至少有兩個方向的直邊要求。

      在沖壓自動化生產(chǎn)線的拆垛單元中,左/右件板料分裝在兩個板料托盤中。為了便于在沖壓生產(chǎn)中識別左/右件板料,將左/右件板料輪廓按對稱形狀制作。

      根據(jù)拉延模具沖壓方向、工藝補充部分形狀和壓料要求,板料在長度方向上以及在模具中呈傾斜的初始狀態(tài),為了保證板料在模具中的位置穩(wěn)定,在板料的中部兩側輪廓邊開出兩個缺口,作為板料在OP20拉延模具的主定位。

      ⑵OP20拉延成形工序。

      為了減小拉延成形件的回彈、扭曲變形,將產(chǎn)品開口端在拉延工序封閉,形成封閉的拉延形狀,如圖3所示。為了保證制件法蘭面形狀,將制件法蘭面沿周輪廓延長至大于修邊輪廓區(qū)域,形成工藝補充的型面,并以該型面輪廓做為拉延凸模輪廓,如圖4所示。

      圖3 產(chǎn)品開口端封閉

      圖4 拉延型面輪廓設計

      由于制件中部兩側翼面與法蘭面交匯處圓角過小,且法蘭面截面形狀變化大,在拉延時對該區(qū)域的法蘭型面和兩側翼面交匯處圓角做適于拉延成形的、接近產(chǎn)品的圓角和法蘭型面,再通過后續(xù)整形工序使該區(qū)域滿足產(chǎn)品要求,如圖5所示。

      圖5 拉延件形狀

      在壓料面平面寬度以外的20mm處設置拉延檻。在制件中部傾斜腹面接近薄料的彎折區(qū)域,由于制件在沖壓方向的拉延深度相對較深(法向的拉延深度相對均勻),為了使板料在成形時便于流動,板料輪廓在該區(qū)域做成凹入形狀,并在該區(qū)域做成無拉延檻的壓料面。

      由于制件一側翼面形狀凸凹變化大,在拉延成形時會給工藝補充區(qū)域帶來波浪缺陷,同時,在該區(qū)域翻直整形時,屬于缺少板料翻邊成形,為了在拉延工序預存多余板料,在翻直整形工序可以釋放出需要的板料,在該區(qū)域設置多個工藝凸包。

      為了便于目視檢查拉延成形的到底狀態(tài),在工藝補充中接近水平面、相距較遠且在修邊后至少可以保留大半個標記的位置上,設置兩個拉延到位標記,如圖6所示的藍色標記處。

      圖6 拉延成形到位標記(2個藍色標記處)

      為了保證制件腹面的表面平整度(主要是RPS面),將拉延模具凹模底部的腹面做成活芯,在成形初期就開始壓料,在成形的終止位置做鐓死處理,最大限度地保持制件腹面的表面平整。為了適應高強度鋼板成形性能和生產(chǎn)綱領的要求,制件壓料面和凹模由經(jīng)淬火處理(58~62HRC)的鍛造Cr12MoV鑲塊拼接構成。

      為了解決因模具錯開布置而導致壓力機下氣墊受力偏載的問題,在左/右件的模具上,靠近壓力機橫向中心線(與送料方向垂直)的無壓料力區(qū)域設置平衡托桿,來平衡下氣墊受力偏載。在制件成形時,為了避免板料激光焊縫對模具的過度磨損,在不影響制件成形及質量的情況下,在焊縫區(qū)域的模具凸凹模成形面、壓料面等處做空開處理。

      受壓力機工作臺面尺寸的限制,下模壓料板的安裝板兩端壁厚最大相差60mm,為了防止因安裝板兩端因壁厚不足導致模具損壞的問題,在下模結構中預留了安裝加固壓料板的安裝板螺桿夾緊裝置設計。

      ⑶OP30/40修邊、沖孔工序。

      根據(jù)制件修邊位置和角度,采用垂直修邊的方式。制件修邊采用型面形狀定位,定位穩(wěn)定。修邊壓料采用垂直壓料的方式,區(qū)域為修邊沿周的20mm型面。根據(jù)修邊廢料的滑落、地溝廢料口的大小、凹模修邊鑲塊的制造工藝性及重量、修邊模具結構和強度的合理性等因素,確定采用二次完成沿周修邊的工藝方法。由于在制件中部區(qū)域需要做兩次整形處理,這些區(qū)域的修邊輪廓應由試驗決定。

      考慮到主RPS孔的孔位和翻邊高度,采用在本工序的沖壓方向上沖制主RPS孔的底孔;考慮到腹面兩個主KTK孔沖制的工藝性,采用在本工序的沖壓方向上沖制兩個KTL孔。

      ⑷OP50翻邊整形工序。

      制件用型面和兩個孔定位(非RPS孔),定位穩(wěn)定合理。在對兩側翼面和法蘭面交匯處圓角整形時,為了保證整形效果并防止整形對制件結構尺寸引起的扭曲變形,將上模的腹面壓料設計成彈性壓料芯,并設置了兩處翼面壓料。法蘭型面的翻邊整形除采用圓角整形的措施外,應將上模法蘭面整形側的整形塊設計成帶有腹面和翼面的彈性壓料。在本工序的沖壓方向上,壓制生產(chǎn)廠標記、產(chǎn)品標記、周標記。

      ⑸OP60整形工序。

      本工序定位同OP50工序,并采用垂直腹面壓料的方式,斜楔對兩側翼面同時整形,設置預回彈角度為3°。

      ⑹OP70修邊、沖孔、翻孔工序。

      本工序定位及壓料方式同OP60工序,并對制件一側端頭做終修邊??紤]到RPS孔的孔位精度要求,在沖壓方向上做主RPS孔翻孔和輔助RPS孔(長圓孔)沖孔,并沖制完成其他全部孔??紤]兩側翼面孔的孔位精度要求,采用吊楔沖制完成全部孔。沖孔壓料用套在沖頭上的橡膠實現(xiàn)。

      工藝模型檢查分析

      按標準制作拉延工藝模型和各工序標識,組織相關人員,根據(jù)各工序方法圖檢查項目,在模型上,直觀地檢查整體工藝方案的合理性并給出優(yōu)化措施,做方法圖的會簽,如圖7所示。

      圖7 拉延工藝模型

      實際生產(chǎn)和質量狀態(tài)與匹配效果

      在尺寸狀態(tài)和匹配效果方面,制件經(jīng)過尺寸優(yōu)化和匹配試裝,完全可以滿足實際生產(chǎn)的質量要求。RPS點尺寸狀態(tài)如圖8所示,翼面和腹面尺寸狀態(tài)如圖9所示,法蘭面尺寸狀態(tài)如圖10所示。

      在表面質量方面,沖壓單件AUDIT評價等級為1.2,缺陷點數(shù)為70點,其中C1類波浪缺陷3個,C類毛刺缺陷1個。優(yōu)于康采恩沖壓單件AUDIT評價等級1.5的質量狀態(tài)。

      圖8 RPS點尺寸狀態(tài)

      圖9 翼面和腹面尺寸狀態(tài)

      圖10 法蘭面尺寸狀態(tài)

      在9100t全自動化SPEEDBAR生產(chǎn)線上,采用1∶1.38節(jié)拍運行方式,單機的運行節(jié)拍為11次/分鐘,整線連續(xù)生產(chǎn)運行節(jié)拍為7.5次/分鐘。在大眾康采恩范圍內,開創(chuàng)了2/2.85/1.35mm料厚、1765mm長度、12.42kg單件重量、一模雙件、整線連續(xù)生產(chǎn)運行節(jié)拍7.5次/分鐘的先河,得到了大眾康采恩批量生產(chǎn)啟動檢查團的一致認可。

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