G95超長側圍沖壓模具開發

文/朱平，童錢虎，葉常林·神龍汽車有限公司技術中心

G95超長側圍沖壓模具開發

文/朱平，童錢虎，葉常林·神龍汽車有限公司技術中心

G95是東風乘用車自主品牌的高端車型，軸距較長，其中側圍零件的長度達到了3596mm。本文就對此側圍在沖壓工藝設計、模具結構設計及現場制造調試階段，所做的重要工藝技術方案進行描述，以供大家借鑒。

零件特性

G95側圍零件形狀如圖1所示，尺寸為3596mm×1248mm，所用材料為DX54D，料厚0.67mm。

圖1 G95側圍

G95側圍相對于其他項目，其長度是目前神龍公司最長的，大約比其他側圍長140mm左右。側圍是沖壓件中技術要求最高的，其難度表現在工藝設計難度高、模具結構復雜、制造調試技術要求高等方面。

重點工藝技術方案

開卷落料的可行性方案

經過初步工藝預估，板料的尺寸為3910mm×1550mm，開卷線的步距必須要達到3910mm，但神龍公司的一廠開卷線只能達到3810mm，因此無法在一廠實施開卷落料工序。經初步討論，需將開卷落料工序放到新工廠，但這個方案會增加生產運輸成本，并不是最優方案。

針對此問題，在工藝設計階段對工藝補充作了詳細的設計優化。優化手段為：⑴降低拉延深度；⑵局部優化拔模角度，修正后的工藝補充如圖2所示。通過這些修正，將板料的尺寸控制在3805mm，滿足了一廠的生產要求，減少了板料的運輸成本。同時由于板料長度的優化，材料利用率也比原先定的目標值提升了1%。

圖2 工藝補充結果

拉延成形可行性方案

側圍零件屬于深拉延零件，最大的拉延深度在350mm左右，存在開裂、起皺、凹陷、滑移等風險。側圍加長后，后三角窗部位將引起A面凹陷，后三角窗深度還會導致側壁開裂起皺風險加重，以及在尾燈處的沖擊線滑移到A面，其有限元分析結果如圖3所示。在成形過程中，必須針對這些現象對工藝和產品參數進行調整、修改，使產品達到設計需求和客戶需求的平衡點。

圖3 有限元分析結果

在圖3中的1處，三角窗處的深度達到20mm，在成形過程中產生了凹陷，這種變形類似于門把手附近的缺陷。有三種優化方案：(1)增加二級臺階，改變成形過程，如圖4所示；(2)使拉延模在此區域增加寬度100mm及深0.05mm的腔；(3)在凹陷處增加型面補償，此方法必須建立在準確的預測變形范圍和大小的基礎之上，但目前技術水平沒有能力達到這個要求。所以對于以上三種優化方案，我們綜合采用了前兩種方法，并在最終的模擬和調試中順利解決了此處的變形問題。

圖4 增加二級臺階

在圖3中的2處，三角窗的深度導致側壁開裂嚴重。在工藝設計階段，通過不斷地調整產品側壁的拔模角和圓角，使模擬的變薄率從32%優化到25%。為減少調試的難度，在此處板料上增加一個工藝孔，用于增加材料的流動性，通過工藝孔將材料變薄率控制在19%以內。現場調試時，取消此處的工藝孔后，零件側壁未有開裂現象，并在小批量生產中得到了驗證，最后消除了開裂風險。雖然調試結果未完全遵循工藝設計方案，但是此處風險的消除，離不開前期大量的產品優化和工藝優化。

圖3 中2處的角部同時存在著起皺問題，因為在成形初始過程中，板料由高低兩點形成一張面，在成形后此面無法被其他部分形狀吸收，所以在此類形狀的零件中，起皺是個普遍現象。解決此類問題的方法一般有兩種，一種是在高低點之間建立一個臺階面，使多余的料在成形過程中被吸收，從而解決起皺。另一種方法是在低點處增加一個凹坑，影響成形過程，并在最終的3～5mm時吸收多余的料。前后兩種方案的對比，第一種方案解決起皺明顯，但是對產品限制較大；第二種方案解決起皺不太明顯，但對產品限制較小。最后，為保證產品的功能要求，選擇第二種方案，結果在調試中仍有輕微的波紋，但是不影響產品的功能和外觀的要求。

在圖3中的3處，由于需要降低拉延深度和拔模角，用以提高材料利用率，導致局部尾燈處的沖擊線滑移到A面上。此時，通過對拉延深度的調整和局部工藝補充的優化，最后在滑移線控制和板料的長度之間找到了一個平衡點，既滿足開卷線設備的要求，又將滑移線控制在合理區域。

拉延模具結構可行性設計

由于側圍零件超長（3596mm），拉延凸模輪廓會超過3720mm，超過壓機氣墊頂桿布置范圍，因此模具結構設計需要考慮結構強度和壓力源的問題。經過梳理一共得到了四種方案：

⑴氮氣彈簧。內外壓邊圈全部用氮氣彈簧提供壓邊力，所有氮氣彈簧串聯。

⑵氮氣彈簧+氣墊頂桿。如圖5所示，在壓邊圈超出氣墊頂桿布置區域用氮氣彈簧提供壓邊力，并在壓邊圈局部區域布置氮氣彈簧（串聯），平衡壓邊圈受力狀態，其余部位使用氣墊頂桿。

圖5 氮氣彈簧和氣墊頂桿配合使用

⑶氣墊頂桿+特殊模具結構。如圖6所示，壓邊圈超出氣墊頂桿布置區域向下插入凸模，用壓邊圈保證強度，通過模具結構傳遞壓料力。

圖6 氣墊頂桿與模具配合

⑷純氣墊頂桿。壓邊圈超出氣墊頂桿布置區域空開，不施加輔助壓力源（超出氣墊頂桿區域懸空）。

設計階段經過多輪的分析論證，在神龍公司現有的壓機條件下，決定側圍拉延模的結構采用方案二：氮氣彈簧和氣墊頂桿混用，氮氣彈簧起局部補充壓料力和平衡壓邊圈作用，同時在壓邊圈四周均勻布置氮氣彈簧（8個串聯安裝），以保持壓邊圈的平衡。采用此方案的模具成本較低，模具強度相對好保證，但調試時間長，需定期維護。方案三的結構，屬于比較創新的結構，也能解決壓力平衡問題，但是其結構存在拆裝缺陷。

調試初始階段，按設計方案進行調試，壓料板在成形過程中比較平穩，未有不正常現象。但因取料時壓料板在氮氣彈簧的作用下上升，使零件取料空間受限。現場調試時嘗試取消氮氣彈簧，以驗證無氮氣缸的可行性，經過多輪調試驗證，在無氮氣缸的情況下，需要降低無壓力源上方的壓料面研合等級，以減小此處的壓邊圈成形受力。

結束語

在解決G95側圍沖壓工藝開發過程中的各種問題時，我們不僅可以借鑒原本的技術方案，更可以提煉出在面對工藝問題時須遵循的四點原則：

⑴設計階段應該重視對仿真模擬結果的分析，通過優化工藝方案和改變產品形狀，來保證產品的工藝可行性。

⑵工藝同步工程的主要目的是，在保證產品功能的前提下，提高產品的工藝可行性。

⑶設計階段制定工藝方案時，需要全方面考慮，從質量、周期、成本等各方面分析每個方案的優劣性，為最后制定決策提供有力參考。

⑷調試階段是工藝方案的重要驗證環節，不能一味追求同設計一致，可根據實際調試情況，對工藝方案作更優改進。