薄板超深拉伸模設(shè)計(jì)

呂 強(qiáng)，陳偉平，高彥榮，王 斌，張玲玲，李陽(yáng)平

（陜西黃河工模具有限公司，陜西西安 710043）

1 引言

進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái)，隨著生產(chǎn)力水平的提高，各種新技術(shù)新工具的發(fā)展和應(yīng)用越來(lái)越廣泛。重型汽車作為重要的交通運(yùn)輸工具在我國(guó)的基礎(chǔ)建設(shè)中應(yīng)用十分普遍。各種新技術(shù)的發(fā)展促使汽車制造行業(yè)中出現(xiàn)了許多新材料、新工藝、新技術(shù)以及汽車輕量化等要求。地板通道內(nèi)罩作為重型汽車駕駛室的一部分，尺寸大小、造型形狀、材料應(yīng)用等也在不斷發(fā)展。人們對(duì)重型汽車的運(yùn)輸能力、舒適度、外觀造型等要求越來(lái)越高，駕駛室的造型和尺寸相比以前也美觀、高端大氣了不少。與之匹配的零部件也變得更大、更高、更薄，而且材料性能也需要發(fā)揮得更加充分。因此，對(duì)于板料薄、外形大、高度高類的制件進(jìn)行批量制造時(shí)，生產(chǎn)工藝的設(shè)計(jì)和模具的開(kāi)發(fā)制造就具有十分重要的意義。

2 制件介紹及工藝開(kāi)發(fā)流程

圖1所示為某重型汽車駕駛室上的制件——地板通道內(nèi)罩，材料為DC06，厚度為0.9mm。制件尺寸為：1,216.2×496.2×455.5mm。經(jīng)過(guò)多次經(jīng)驗(yàn)分析，此制件成形難度大，該制件外形大、拉伸深度深，超過(guò)450mm，拉伸難度較大，拉伸過(guò)程容易開(kāi)裂、起皺。長(zhǎng)寬比2.45，高寬比1:1。初步分析，成形需要2 次或3次拉伸。

圖1 地板通道內(nèi)罩?jǐn)?shù)模

通過(guò)制件分析可知，前方的空缺是一個(gè)可以利用的好情況，完全可以改變材料流向以及局部流速，由此，提出了大膽的建議，利用前方空缺的特點(diǎn)，可使其一次成形。使用CAE軟件Autoform R7的功能做出一次拉伸成形的工藝流程。

經(jīng)過(guò)反復(fù)討論和論證，將地板通道內(nèi)罩開(kāi)發(fā)的沖壓工藝流程內(nèi)容確定為：下料→拉伸→一次修邊→二次修邊+側(cè)修邊→翻邊整形，如圖2所示。

在整個(gè)沖壓生產(chǎn)工藝流程中決定制件質(zhì)量的關(guān)鍵因素為拉伸模型面的工藝造型和模具的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)。拉伸工藝造型的優(yōu)劣直接影響著制件質(zhì)量的好壞和性能的發(fā)揮，現(xiàn)代技術(shù)手段常采用CAE分析來(lái)模擬、檢查、評(píng)估制件工藝造型的合理性和成形模具型面的優(yōu)劣性以及用來(lái)縮短模具開(kāi)發(fā)周期和預(yù)估生產(chǎn)風(fēng)險(xiǎn)、降低生產(chǎn)制造成本。

該制件DL分析中的特點(diǎn)主要在以下幾點(diǎn)：

（1）此件的長(zhǎng)1,216.2mm，寬496.2mm，長(zhǎng)寬比1216.2/496.2=2.45，按經(jīng)驗(yàn)來(lái)說(shuō)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于1.3，但是根據(jù)制件的外形的特點(diǎn)分析制件，制件在前方是完全開(kāi)放的，因此可以在成形中使用整形特點(diǎn)造型可以一次拉伸成功，否則最少需要3副分段拉伸模，將使模具數(shù)量增大。

（2）按制件DL造型時(shí)，由于制件拉伸過(guò)深在造型中前方?jīng)]有采用拉伸筋，而是使用拉伸梗的形式，有利于制件成形。

（3）初步造型后，運(yùn)用CAE軟件Autoform R7在前方局部存在拉裂隱患，根據(jù)改變前方制件開(kāi)口出的R造型，改善拉伸。

（4）雖然前面分析制件可以一次拉伸成形，但是需要進(jìn)行拉伸造型和拉伸筋的有效分布，拉伸筋位置經(jīng)過(guò)多次調(diào)整，并使用CAE軟件Autoform R7分析，最終得到滿意的結(jié)果。

DL結(jié)果經(jīng)過(guò)分析如下：

該制件在結(jié)合制件數(shù)模補(bǔ)充工藝造型后，運(yùn)用CAE 軟件Autoform R7 進(jìn)行模擬拉伸及后序修邊、翻整過(guò)程，模擬結(jié)果如圖3所示。

沖壓內(nèi)板件CAE評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)和準(zhǔn)則：

（1）成形性檢查。

a.檢查到底前3mm的成形性，有無(wú)開(kāi)裂（紅色）和過(guò)分減薄區(qū)域（金黃色）。

b.檢查到底的成形性，有無(wú)開(kāi)裂（紅色）和過(guò)分減薄區(qū)域（金黃色）。

（2）起皺檢查。

圖2 沖壓生產(chǎn)工藝流程圖

圖3 工藝造型模面CAE分析結(jié)果

a.檢查到底前10mm是否有波浪出現(xiàn)。

b.檢查到底前3mm的成形性，在制件區(qū)域不可以有起皺（波紋/藍(lán)色/紫色）情況，外露區(qū)域不能有任何藍(lán)色與紫色。

c.增厚小于0.01mm。

d.起皺不大于0.1mm。

e.Pot wrinkle不大于0.03mm。

結(jié)合以上準(zhǔn)則可知，該模具工藝造型分析結(jié)果滿足開(kāi)模條件，可以用于模具加工。

3 模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

模具結(jié)構(gòu)如圖4 所示，在上模座1 的導(dǎo)向腿部位裝入導(dǎo)板9，將起吊棒3安裝固定于吊耳孔中，排氣管2 均勻分布于型面凹槽和容易聚氣吸料的部位，最后在型面裝入到底壓印標(biāo)記凸模用于檢查模具運(yùn)動(dòng)是否到位，檢查清理后完成上模組裝，如圖5所示。導(dǎo)板9 固定于壓邊圈8 左右導(dǎo)向位置安裝面上、平衡塊10均勻分布于壓料面周圍分成上下兩層，形成一個(gè)力量均勻分布的區(qū)域以便于材料流動(dòng)、材料定位板11分布于坯料四周用螺釘固定于壓邊圈8上，再將取料裝置彈頂銷13均勻裝入拉伸筋的凹槽中，翻邊后在頂桿位置裝入頂桿墊塊即可完成浮動(dòng)組件的裝配，如圖6所示。凸模12上裝好導(dǎo)板后用螺釘、銷釘固定于下模座6 上，裝入下墩死塊和起吊棒3 完成裝配，如圖7 所示。最后將組裝好的浮動(dòng)組件壓邊圈利用導(dǎo)向刃入凸模平放于下模上，將下位螺釘4從壓邊圈穿過(guò)固定于下模座上，完成整體下模組裝，如圖8所示。

圖4 超深拉伸模結(jié)構(gòu)圖

圖5 上模

圖6 壓邊圈組件

圖7 下模組件

圖8 下模

生產(chǎn)時(shí)，上模固定于沖壓壓機(jī)上隨機(jī)床滑塊上下運(yùn)動(dòng)，下模用壓板和機(jī)床臺(tái)面固定連接，壓邊圈在機(jī)床氣墊壓力頂桿的作用下上下運(yùn)動(dòng)，壓邊圈組件和凸模導(dǎo)向，上模組件和壓邊圈組件導(dǎo)向，將坯料放入壓邊圈在機(jī)床的帶動(dòng)下實(shí)現(xiàn)沖壓批量生產(chǎn)，如圖9所示。后續(xù)逐次經(jīng)過(guò)一次修邊、二次修邊+側(cè)修邊、翻邊整形工序完成整個(gè)沖壓生產(chǎn)過(guò)程，最終成品制件如圖10 所示。最后經(jīng)過(guò)檢驗(yàn)、焊接、涂裝、組裝等制造工序成為某重型汽車駕駛室車體上的一個(gè)部件進(jìn)行工作。

此制件的主要難度在于DL 分析，以及根據(jù)分析的結(jié)果進(jìn)行的數(shù)模造型，而事實(shí)也是如此，此制件經(jīng)過(guò)加工后，鉗工就未進(jìn)行任何更改，只是簡(jiǎn)單拋光，制件一次成功，合格率90%。

圖9 模具工作圖

圖10 沖壓成品制件

4 結(jié)束語(yǔ)

在地板通道內(nèi)罩的沖壓工藝設(shè)計(jì)和模具開(kāi)發(fā)中，通過(guò)對(duì)工藝補(bǔ)充造型的不斷改進(jìn)和完善，運(yùn)用CAE分析模擬方法快速、準(zhǔn)確地完成成形模具型面的構(gòu)建并精確預(yù)估風(fēng)險(xiǎn)，提供決策；解決了超深拉伸制件由于拉伸深度過(guò)深、材料流動(dòng)量過(guò)大而容易開(kāi)裂和起皺的難題。該模具的設(shè)計(jì)和制造保證了制件質(zhì)量要求，滿足了批量生產(chǎn)，為客戶提高了經(jīng)濟(jì)效益，也為沖壓生產(chǎn)中對(duì)于薄板料深拉伸、超深度一次拉伸成形的制件開(kāi)發(fā)制造和模具設(shè)計(jì)提供了參考，具有指導(dǎo)意義。