組合式壓料側(cè)整形模具設(shè)計

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1 引言

伴隨汽車制造技術(shù)水平的提升,對沖壓零件外觀提出了苛刻要求,避免出現(xiàn)翹邊、塌角,圓角不順,面凹陷或凸起等缺陷,成為沖壓工藝和模具結(jié)構(gòu)重點解決的問題之一。

汽車造型追求極致美觀,設(shè)計上的一些特殊造型對沖壓工藝提出了新的挑戰(zhàn)。某外板產(chǎn)品翻邊整形壓料直線寬度僅有5mm,遠(yuǎn)低于標(biāo)準(zhǔn)要求,容易發(fā)生壓不住料的情況,出現(xiàn)外觀面品缺陷,嚴(yán)重情況出現(xiàn)零件扭曲回彈,嚴(yán)重時出現(xiàn)尺寸超差,零件狀態(tài)不穩(wěn)定等一系列問題,需要設(shè)計一種可靠模具結(jié)構(gòu)解決以上問題。

2 零件缺陷分析

本外板翻邊整形區(qū)域較大,需要提供較大壓料力,同時翻整壓料直線寬度僅5mm左右,首段壓料寬度嚴(yán)重不足,根據(jù)經(jīng)驗整形工序該產(chǎn)品外觀缺陷主要有圓角不順、翹邊及面凹缺陷三種。

圖1 產(chǎn)品局部剖面圖

通過減少翻邊間隙,減少壓料芯與翻邊刀塊間隙可以有效解決圓角不順及翹邊缺陷。面凹缺陷產(chǎn)生原因是壓料不足,零件在下模上產(chǎn)生滑移,零件內(nèi)部產(chǎn)生拉應(yīng)力,脫模后在拉應(yīng)力作用下,零件收縮,面產(chǎn)生凹陷?？梢酝ㄟ^采用增加壓料寬度及增大壓料力及基準(zhǔn)補償?shù)确椒ń鉀Q。

在產(chǎn)品造型已經(jīng)確定的情況下,壓料寬度不能增加?；鶞?zhǔn)補償本身就具有很大的不確定性,難度高,只適合較小區(qū)域進行,考慮該翻邊區(qū)域較長,不采用該方法。綜合考慮采用加大壓料力方案。

為確?，F(xiàn)有的主壓料區(qū)域不損失,拉延模調(diào)試時棱線圓角及翻邊模圓角不允許放大。拉延產(chǎn)生的面品缺陷在此不展開討論,本文僅對翻邊整形產(chǎn)生的缺陷進行研究。

外板零件多個工序都可能產(chǎn)生缺陷,尤其拉延和翻邊整形工序缺陷尤為嚴(yán)重,面品質(zhì)量目標(biāo)AUDIT評審缺陷等級控制在C10以下。C10定義:輕微缺陷,無明顯手感,但通過油石打磨后能體現(xiàn)的缺陷,零件不返工也不會導(dǎo)致用戶抱怨的缺陷。簡單講就是專業(yè)人員使用專業(yè)工具能發(fā)現(xiàn)的缺陷,普通客戶無法感知的缺陷,所以此處面品缺陷C10以下是可以接受的。零件扭曲回彈,生產(chǎn)不穩(wěn)定是不可接受的。

3 側(cè)翻模具結(jié)構(gòu)選擇

側(cè)整型模具結(jié)構(gòu)可選擇旋轉(zhuǎn)斜楔、往復(fù)式推拉斜楔以及填充式復(fù)動斜楔。旋轉(zhuǎn)斜楔加工精度高、調(diào)整困難,不符合穩(wěn)定易于調(diào)整的特殊要求,往復(fù)式推拉斜楔,強度一般,不適合做復(fù)雜整形工況,這兩種斜楔排除。選擇使用填充式復(fù)動斜楔,從模具強度和工作穩(wěn)定上都可以滿足要求。

圖2 填充式復(fù)動斜器

4 壓料方案選擇

壓料方案分為正壓料方案、正壓料側(cè)加壓方案、側(cè)壓料及正側(cè)組合壓料4個方案。

首先根據(jù)零件特點需要大壓料力,零件主壓料區(qū)域與沖壓方向夾角較小,首先正壓料方案不符合設(shè)計要求,其次正壓料側(cè)加壓屬于正壓料的改進形式,改善的壓料效果有限,也不滿足要求。

其余兩種方案側(cè)壓料及正側(cè)組合壓料理論上是能夠提供充足的壓料力。當(dāng)壓料寬度足夠時,選擇側(cè)壓料方案,本案例屬于壓料寬度嚴(yán)重不足情況,正側(cè)組合壓料方案是最優(yōu)選擇,此次選用該方案。

圖3 正側(cè)一體組合壓料芯

5 翻邊整形壓料力計算

該外板零件材料為H180BD_ZF烘烤硬化鋼,料厚0.65mm,屈服強度184MPa,抗拉強度332 MPa。autoform分析翻邊整形力為:28噸,理論需要壓料力按照30%計算,約為8.4噸;考慮該零件造型特點,需要加大設(shè)計壓料力。

主壓料力為側(cè)壓料,實際設(shè)計側(cè)壓料為6個2.4噸氮氣彈簧,初始提供了14.4噸壓料力,側(cè)壓力是標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計的1.7倍。

輔助壓料為正壓料,實際設(shè)計了7個2.4噸氮氣彈簧,提供了16.8噸初始正壓料力;其余工作部分由其它氮氣彈簧提供壓力,在此不做計算。

正、側(cè)初始壓料力合計是31.2噸,是標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計壓料力的3.7倍。已經(jīng)大于最大理論整形力。壓料力設(shè)計上已經(jīng)達(dá)到非常高的標(biāo)準(zhǔn)。

6 三級壓料方案設(shè)計

常規(guī)正側(cè)壓料順序為,首先正壓料板壓在下模上,將零件符型到下模,然后側(cè)壓料開始工作,為典型的二級順序壓料。

本零件側(cè)翻邊正側(cè)組合壓料需要布置各類滑板,安全裝置,側(cè)面還有整形刀塊,造成正壓料此處強度不足,如采用二級壓料,壓料階段將由正壓料芯承擔(dān)正壓力,由于正壓料芯強度較差,完全承擔(dān)此處壓料力,帶來壓料板變形風(fēng)險,側(cè)壓料效果大幅度下降,研合困難,著色率難以保證,零件穩(wěn)定性無法保證。

為了規(guī)避模具正壓料芯單獨承受較大壓力問題,設(shè)計一種三級壓料方案,將翻邊處壓料氮氣彈簧行程分成兩類,翻邊處正壓料一級壓料僅布置一個氮氣彈簧,非翻邊整形處按照常規(guī)布置,負(fù)責(zé)將零件符型,翻邊處其余氮氣彈簧行程縮短,暫不參與壓料。

一級正壓料工作后,二級側(cè)壓料開始壓料,側(cè)壓料通過滑板與正壓料板結(jié)合,與下模通過零件結(jié)合,這樣側(cè)壓料板、正壓料板及下模合為一個整體;

二級側(cè)壓料芯靜止后,正壓料的短行程氮氣彈簧開始第三級壓料,此時較大的壓料力作用到系統(tǒng)里,因為主體的三個部件已經(jīng)結(jié)合為一體,整體強度大幅度提升,這樣即提供了強大的壓料力,又避免了模具部件變形的風(fēng)險,確保零件質(zhì)量穩(wěn)定。

圖4 正壓料芯二級壓料設(shè)計

7 零件缺陷評審

生產(chǎn)出來零件經(jīng)AUDIT評審,缺陷等級評定為C10,扣10分,達(dá)到了預(yù)期的表面質(zhì)量目標(biāo),同時沒有發(fā)生壓不住料扭曲變形現(xiàn)象。

圖5 零件AUDIT評分

8 結(jié)論

該組合式壓料側(cè)翻結(jié)構(gòu)避免了零件變形扭曲,外觀質(zhì)量基本滿足要求,達(dá)到了設(shè)計質(zhì)量目標(biāo)。從模具強度、使用壽命,可維護性及穩(wěn)定性等方面滿足生產(chǎn)需求,對類似零件的解決方案具有參考意義。

為了滿足面品質(zhì)量要求,增大了壓料力,模具結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜,標(biāo)準(zhǔn)件及模具制造成本都有一定增加。特殊的零件造型,拉延工序和整形工序都容易產(chǎn)生面品缺陷,零件無缺陷是很難實現(xiàn)的,最佳方案將缺陷控制在可接受范圍,達(dá)到零件無需返修不增加生產(chǎn)成本的目標(biāo)。