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      車門內(nèi)板沖壓工藝設(shè)計(jì)與成形分析

      2018-11-01 11:28:30安徽江淮汽車股份有限公司楊誼麗
      關(guān)鍵詞:包邊壓料內(nèi)板

      安徽江淮汽車股份有限公司 楊誼麗

      車門內(nèi)板是重要的車身覆蓋件,車門內(nèi)板與加強(qiáng)板及窗框焊接后形成車門內(nèi)板總成,再與車門外板包邊形成車門包邊總成。車門內(nèi)板法蘭面精度對(duì)包邊總成的精度起到至關(guān)重要的作用,因此直接影響車門包邊總成與翼子板及側(cè)圍相匹配的間隙、面差質(zhì)量。車門內(nèi)板上安裝有內(nèi)飾板、密封膠條、門鎖、玻璃升降器等,孔位多達(dá)七十余個(gè),焊接面及安裝面較多,因此車門內(nèi)板的孔位、型面精度對(duì)整個(gè) 車門的功能性影響重大。車門內(nèi)板拉深深度深,且多為激光拼焊板,成型條件極為嚴(yán)苛,模具調(diào)試周期較長(zhǎng)。左、右車門內(nèi)板三維數(shù)模圖如圖1所示。

      圖1 車門內(nèi)板

      一、工藝設(shè)計(jì)

      工藝設(shè)計(jì)主要對(duì)產(chǎn)品件進(jìn)行初步的工序排布和結(jié)構(gòu)布局,核算坯料尺寸、模具尺寸和機(jī)床噸位,并體現(xiàn)在工藝規(guī)劃書中。

      1.沖壓方向

      在進(jìn)行工藝設(shè)計(jì)時(shí)首先要確定沖壓方向,拉延模沖壓方向的確定尤為重要,因?yàn)槠潢P(guān)系到拉延模面的補(bǔ)充和零件的面品質(zhì)量。車門內(nèi)板零件形狀規(guī)則,各處拉延深度基本一致,因此其沖壓方向?yàn)檐嚿碜鴺?biāo)系的Y向。

      2.工序排布

      該車門為分體式車門,可以采用左右合模拉延,既能提高材料利用率還能提高生產(chǎn)效率。因車門拉深深度較深,側(cè)壁及凸模圓角極易產(chǎn)生開(kāi)裂、暗傷,同時(shí)為了便于法蘭面精度調(diào)試的方便性,在拉延和修邊工序后安排對(duì)全周法蘭面的整形,整形量10mm。該車門內(nèi)板的工序排布內(nèi)容為:OP10拉延——OP20切邊/沖孔——OP30整形——OP40沖孔/側(cè)沖孔/分切。圖2為整形量示意圖,圖3為整形區(qū)域示意圖。

      圖2 整形量示意圖

      圖3 整形區(qū)域示意圖

      3. 坯料尺寸

      在零件的長(zhǎng)度和寬度方向上分別選取線長(zhǎng)最長(zhǎng)的截面,如圖4所示,測(cè)量A、B、C值,并按照如下公式計(jì)算坯料的長(zhǎng)度和寬度:

      L(W)=A+B+C+E+D+20其中E=5mm~7mm,D=20mm~30mm;

      圖4

      測(cè)量零件的長(zhǎng)、寬、高尺寸后預(yù)估坯料尺寸,長(zhǎng)度1020mm,寬度770mm,高度90mm。

      坯料長(zhǎng)度L=2×零件寬度+2×零件高度+分切距離+工藝補(bǔ)充長(zhǎng)度=2×770+2×90+40+120=1880mm,坯料寬度W=零件長(zhǎng)度+2×零件高度+工藝補(bǔ)充長(zhǎng)度=1080+2×90+160=1420mm。最終得到車門內(nèi)板坯料尺寸為1880mm×1420mm。

      4. 模具尺寸

      根據(jù)坯料尺寸和各工序內(nèi)容計(jì)算各工序模具尺寸,計(jì)算方法可參考表1。

      表1 模具尺寸計(jì)算

      二、工藝審查

      對(duì)車門內(nèi)板三維數(shù)模的沖壓工藝性進(jìn)行分析,對(duì)其成形性、生產(chǎn)性、經(jīng)濟(jì)性、品質(zhì)及模具的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度進(jìn)行分析確認(rèn),并針對(duì)發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題提交《工程變更申請(qǐng)單》(ECR)給產(chǎn)品設(shè)計(jì)人員。如圖5左圖所示揚(yáng)聲器安裝孔“a”距離拼焊縫距離太近,拉延后孔很可能落在拼焊縫上影響孔的安裝,因此孔“a”需要向遠(yuǎn)離拼焊縫的方向移動(dòng)5mm,使其距離拼焊縫的距離大于25mm。如圖5右圖所示凸模R角局部型面變化急劇,拉延易開(kāi)裂,需要將圓角過(guò)渡光順,避免局部凸點(diǎn)。

      圖5 ECR

      三、品質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)制定

      品質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)文件對(duì)零件的定位系統(tǒng)、測(cè)量方式、測(cè)量公差進(jìn)行定義,是指導(dǎo)模檢具設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)和測(cè)量文件編制的的基礎(chǔ)文件。

      如圖6為車門內(nèi)板定位系統(tǒng)示意圖,采用2個(gè)定位孔和四個(gè)定位面定位,主定位孔控制X向,次定位孔控制Z向,定位面A1-A4控制Y向。車門內(nèi)板單件定位系統(tǒng)與焊接總成及包邊總成定位系統(tǒng)一致,保證沖壓、焊接、包邊工序定位及檢測(cè)定位的一致性,避免累積誤差的產(chǎn)生。

      圖6 車門內(nèi)板定位系統(tǒng)

      如圖7所示,包邊面1、包邊面3包邊后分別與翼子板及后門配合,其面差精度直接影響外觀匹配質(zhì)量的好壞,因此除了控制面差為-0.5~+0.5mm,還需要控制每條包邊面的極差不超過(guò)0.5mm。包邊面3與側(cè)圍門檻配合,產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)通常車門下部和側(cè)圍門檻會(huì)存在段差,因此只需要控制包邊面3的面差為-0.5~+0.5mm,而不需要控制極差。該車門為分體式車門,門框通過(guò)點(diǎn)焊和弧焊與車門內(nèi)板總成連接,如圖所示的A、B區(qū)為弧焊區(qū),弧焊區(qū)為U形面,該區(qū)域與門框匹配精度要求較高,若U形面開(kāi)口較小則門框放不到位,影響門框面查;若U形面開(kāi)口較大則弧焊量大,弧焊變形嚴(yán)重,也會(huì)影響窗框面差,因此門框弧焊面面差設(shè)置為-0.3~+0.3mm。

      圖7 車門內(nèi)板關(guān)鍵面示意圖

      四、壓料面和工藝補(bǔ)充面設(shè)計(jì)

      合理的壓料面形狀可以確保拉延過(guò)程板料不開(kāi)裂、不起皺,壓料面是決定拉延質(zhì)量好壞的關(guān)鍵,壓料面形狀的確定應(yīng)遵循如下的原則:①壓料面盡量為平面,但有時(shí)為了降低拉延深度,壓料面通常會(huì)做成曲面,曲率應(yīng)盡量大,且盡量為單曲率曲面;②壓料面應(yīng)低于零件內(nèi)部的最低點(diǎn),否則壓料面閉合之前凹模會(huì)先接觸坯料導(dǎo)致定位不穩(wěn),壓料面起不到壓料作用;③壓料面形狀與凸模形狀盡量接近,且壓料面的展開(kāi)長(zhǎng)度要比凸模展開(kāi)長(zhǎng)度短,使坯料在拉延過(guò)程中始終處于拉伸狀態(tài),否則在壓料面閉合過(guò)程就會(huì)出現(xiàn)多料現(xiàn)象,產(chǎn)生無(wú)法根治的起皺問(wèn)題。

      以工藝規(guī)劃所確定的沖壓方向?yàn)榛A(chǔ)進(jìn)行車門內(nèi)板壓料面設(shè)計(jì),車門內(nèi)板屬于典型的帶法蘭盒形件,各處拉延深度基本一致,因此壓料面也近似于平面,為了盡量降低拉延深度,壓料面到零件法蘭面的深度要小于25mm。

      在設(shè)計(jì)工藝補(bǔ)充面前需要將件上的孔進(jìn)行填充,把翻邊和負(fù)角區(qū)展開(kāi)以滿足修邊條件,然后便可添加工藝延伸面。工藝延伸面位于凸模輪廓線以內(nèi),延伸面的側(cè)壁要有一定的拔模角,且過(guò)渡光順,工藝延伸面與壓料面一起統(tǒng)稱為工藝補(bǔ)充面。工藝補(bǔ)充面在拉延后要被切掉,為了提高材料利用率工藝補(bǔ)充面的面積應(yīng)盡量小。

      設(shè)計(jì)車門內(nèi)板工藝補(bǔ)充面時(shí)左右件合拼部位最小間距取20mm,門檻部位修邊余量按照滿足修邊刀強(qiáng)度盡量取最小值5mm,車門前側(cè)及后側(cè)因合拼部位為了防止拉延起皺,余肉做的較寬,為了保證凸模輪廓線平順,因此車門前側(cè)及后側(cè)修邊余量取30mm。如圖8所示為用UG6.0建立的車門內(nèi)板模面圖。

      圖8 車門內(nèi)板模面

      五、CAE模擬分析

      在拉延模面設(shè)計(jì)完成后需進(jìn)行CAE的模擬分析,通過(guò)分析結(jié)果判斷零件的成形性及模面設(shè)計(jì)的合理性。將用UG6.0建立的尾門外板幾何模型以IGS的格式導(dǎo)出,然后將其導(dǎo)入到Autoform軟件中生成凸模、凹模和壓邊圈工具體。壓邊力由經(jīng)驗(yàn)公式F=LK計(jì)算,式中L-凸模輪廓線長(zhǎng)度,K—系數(shù),為經(jīng)驗(yàn)值,取K=200kN,經(jīng)計(jì)算得到壓邊力大小為1216kN。將前面計(jì)算的坯料尺寸作為初始坯料尺寸,設(shè)置材質(zhì)為DC56D ZF 45/45。該車門內(nèi)板為激光拼焊板,薄厚板料速度不一致,薄料區(qū)更易起皺,因此在厚料區(qū)設(shè)置單拉延筋,薄料區(qū)設(shè)置雙拉延筋,如圖9所示。車門內(nèi)板拉延深度較深,門檻后側(cè)凸模圓角(圖9中A、B處)距離分模線較遠(yuǎn),拉延過(guò)程易在凸模圓角及側(cè)壁處形成開(kāi)裂現(xiàn)象,因此在拉延過(guò)程設(shè)置刺破刀,于到底前10mm開(kāi)始刺破。

      車門內(nèi)板CAE分析結(jié)果如圖9所示,從分析結(jié)果來(lái)看成形狀態(tài)良好,產(chǎn)品無(wú)明顯起皺趨勢(shì),僅在薄厚料交界處的薄料區(qū)側(cè)壁存在過(guò)度減薄,減薄率最大33%,可以在調(diào)試過(guò)程中通過(guò)調(diào)整拉延筋阻力及提升模具光潔度加以改善。

      圖9 CAE分析結(jié)果

      六、 結(jié)束語(yǔ)

      車門內(nèi)板作為難度系數(shù)較高的車身覆蓋件之一,其面品質(zhì)量和精度對(duì)整車的質(zhì)量具有重大影響,通過(guò)前期合理的工藝規(guī)劃、充分的工藝審查、反復(fù)的模擬分析與模面優(yōu)化能夠有效縮短調(diào)試周期、降低調(diào)試難度。在實(shí)際調(diào)試過(guò)程中,各工序品質(zhì)良好,沖壓件精度檢測(cè)達(dá)標(biāo),滿足包邊及整車匹配要求,目前該車門內(nèi)板已進(jìn)入批量生產(chǎn)階段。 □

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