后端橫梁外板沖壓工藝的提升

周 林，韋樂俠，馬思源，甘 柳

（柳州五菱汽車工業(yè)有限公司，廣西 柳州545007）

1 零件和類似零件的沖壓工藝簡介

1.1 零件簡介

圖1中的零件名為后端橫梁外板，在我公司新承接客戶的2018年度車型零部件開發(fā)項(xiàng)目中，隸屬于白車身中的后部下車體總成，該零件預(yù)計(jì)年需求量在20萬件以上。零件材質(zhì)為B170P1，料厚1.0 mm，每臺車使用1件。因該零件造型與上一年度車型同一位置的零件相比較發(fā)生較大改變，為滿足零件沖壓生產(chǎn)要求，需進(jìn)行全新的沖壓工藝和模具開發(fā)。在上一個(gè)年度車型中，后端橫梁內(nèi)板的材料利用率已經(jīng)被提升至極限，本次后端橫梁外板的沖壓工藝和模具開發(fā)工作，重點(diǎn)放在如何提升生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本。

圖1 零件簡圖

1.2 類似零件的沖壓工藝簡介

上一年度車型的后端橫梁外板工藝如圖2所示，采用旋轉(zhuǎn)對稱放置雙件沖壓生產(chǎn)，沖壓工藝為4套模具，5個(gè)工位，因第四套模具有兩道工序，生產(chǎn)節(jié)拍與前三序模具生產(chǎn)節(jié)拍不一致，且無法使用機(jī)械手在模具內(nèi)部傳送零件，該零件只能以手動沖壓地方式生產(chǎn)。但此零件的沖壓工藝布局比較好，有效地避免了零件內(nèi)部出現(xiàn)陡壁，保證了零件在拉延時(shí)不出現(xiàn)開裂。

圖2 上一年度車型后端橫梁外板的沖壓工藝

2 提高生產(chǎn)效率的方案

上一年度車型的后端橫梁外板已經(jīng)將手動生產(chǎn)的效率提升至極致，約每分鐘4件，要想提高本年度車型的后端橫梁外板生產(chǎn)效率，減少操作員工數(shù)量，降低生產(chǎn)成本，最好的辦法是實(shí)現(xiàn)零件自動化生產(chǎn)。

2.1 技術(shù)難點(diǎn)

我公司的自動沖壓線只有4臺機(jī)床，意味著零件必須在4道沖壓工序內(nèi)完成生產(chǎn)（比上一年度車型的后端橫梁外板減少一個(gè)沖壓工位）。

為了實(shí)現(xiàn)4道工序能完成零件生產(chǎn)，最簡單的辦法是將上一年度車型的后端橫梁外板沖壓工藝中的OP40和OP50合為一序，但這樣做就會造成圖1中的4個(gè)側(cè)沖小孔（孔位置見圖1中4個(gè)加粗白圈）無法沖出。只有把小孔從工序件（合件）的內(nèi)部轉(zhuǎn)移到外邊緣，才能布置斜楔進(jìn)行沖孔，才能保證工藝內(nèi)容的完整性。將小孔從工序件的內(nèi)部轉(zhuǎn)移到外部，需要將兩個(gè)零件的拼接方向在上一年度車型的后端橫梁外板沖壓工藝的基礎(chǔ)上旋轉(zhuǎn)180°，如圖3所示。這樣拼接的結(jié)果是工序件內(nèi)部出現(xiàn)陡峭側(cè)壁，不利于零件拉延成形，零件在沖壓生產(chǎn)時(shí)，A區(qū)域型面很難從外部得到材料補(bǔ)充，在圖3黑色加粗矩形框內(nèi)，容易造成零件開裂。

圖3 后端橫梁外板拼接方式變更后帶來的風(fēng)險(xiǎn)

2.2 技術(shù)方案的制定

我司內(nèi)部經(jīng)過多次方案分析討論后認(rèn)為，只有使用圖3的方案，才能在實(shí)施自動化生產(chǎn)的同時(shí)，保證零件的質(zhì)量和材料利用率。在實(shí)際生產(chǎn)情況既定的情況下，工藝方案的制定沒有太多的選擇余地，只能選取對企業(yè)、對生產(chǎn)最有利的方案，然后想辦法解決該方案中的不足。新制定的后端橫梁外板沖壓工藝如圖4所示。

圖4 本年度車型的后端橫梁外板的沖壓工藝

2.3 技術(shù)難點(diǎn)的解決

（1）模具的設(shè)計(jì)和制造直接關(guān)系到?jīng)_壓件的質(zhì)量、沖壓件的生產(chǎn)效率還有沖壓件的生產(chǎn)成本[1]。在向客戶提交零件設(shè)計(jì)變更申請（后來獲得通過）改變危險(xiǎn)區(qū)域的圓角大小的同時(shí)，還調(diào)整了零件的拼接角度，在不改變零件形面的情況下增大拔模角α（見圖5），降低零件的開裂幾率。

圖5 提升零件的拉延工藝性

（2）車身覆蓋件是汽車車身的主要零件，其不僅尺寸較大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、形狀不規(guī)則，而且在成形中非常容易出現(xiàn)拉裂、起皺等現(xiàn)象[2]。應(yīng)用沖壓成形CAE技術(shù)，可以模擬成形過程中材料的流動，預(yù)測破裂、起皺、回彈等缺陷，有效縮短模具開發(fā)周期、降低成本、增加設(shè)計(jì)的可靠度性。在設(shè)計(jì)拉延模面工程時(shí)使用AUTOFORM軟件進(jìn)行仿真成型分析，經(jīng)過多次設(shè)計(jì)方案更改，精細(xì)的調(diào)整成型壓力、氣墊壓力，拉延筋的形狀、長度、位置和阻力因子等各項(xiàng)參數(shù)，并將刺破刀設(shè)計(jì)放入拉延CAE模擬后，得到的分析結(jié)果見圖6，工序件除了局部拉延不足外所有形面成型充分，且沒有開裂、起皺。在拉延模結(jié)構(gòu)圖設(shè)計(jì)時(shí)，增設(shè)的刺破刀并沒有按照CAE分析時(shí)的刺破長度直接設(shè)計(jì)，而是加長設(shè)計(jì)，在模具調(diào)試階段根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整刺破刀的長度、位置、刺破時(shí)機(jī)（見圖7），保證零件的生產(chǎn)穩(wěn)定性。

圖6 拉延模面工程設(shè)計(jì)方案的CAE分析結(jié)果

圖7 刺破刀的設(shè)計(jì)和后期模具制造時(shí)的實(shí)際調(diào)整結(jié)果

（3）實(shí)際調(diào)試模具時(shí)，在保證零件合格率達(dá)標(biāo)且生產(chǎn)穩(wěn)定的前提下，精確的調(diào)整料邊（讓板料邊緣流入拉延筋的最大量達(dá)到拉延筋寬度的三分之一，見圖8），使材料利用率提升至與上一年度車型的后端橫梁外板一致。

圖8 調(diào)整材料流入量提升材料利用率

3 兩個(gè)后端橫梁內(nèi)板沖壓工藝經(jīng)濟(jì)效益對比

經(jīng)濟(jì)效益對比如下表1所示。

表1 兩種后端橫梁內(nèi)板沖壓工藝的經(jīng)濟(jì)效益對比

按第一年生產(chǎn)20萬件零件計(jì)算，一模兩件沖壓只需要生產(chǎn)線輸出10萬沖次，可節(jié)約人力成本12萬元；減少模具投入約20萬元，第一年生產(chǎn)的直接經(jīng)濟(jì)效益約為32萬元。

本次后端橫梁內(nèi)板沖壓工藝提升的重點(diǎn)是提升生產(chǎn)效率，降低零件的生產(chǎn)成本。生產(chǎn)效率提升后，機(jī)床使用時(shí)間降低了56%，生產(chǎn)線產(chǎn)能得到釋放使公司能夠承接更多的產(chǎn)品，為公司創(chuàng)造新的贏利點(diǎn)。

4 結(jié)束語

通過新方案實(shí)施，提高了零件的生產(chǎn)效率，降低了生產(chǎn)人工成本，減少了模具開發(fā)費(fèi)用，為公司提高了經(jīng)濟(jì)效益。2018年2月完成了模具的預(yù)驗(yàn)收和100臺套焊車樣件的交付，經(jīng)實(shí)際焊車驗(yàn)證和總成件合格率檢查，樣件質(zhì)量滿足焊接使用要求。采用一模兩件工藝會顯著提高生產(chǎn)效率，但一次沖壓生產(chǎn)出兩件相同的產(chǎn)品，會受到實(shí)際模具和機(jī)床精度等因素的影響，兩件產(chǎn)品的尺寸質(zhì)量會存在少量差異，后期會對零件質(zhì)量做整體提升，保證最低合格率超過90%.

參考文獻(xiàn)：

[1]向 偉，李 波.沖壓模具設(shè)計(jì)[J].科技傳播，2011（11）：120-121.

[2]梁 富，魏德強(qiáng)，陳虎城.基于AutoForm的汽車左車門內(nèi)板成形仿真與分析[J].現(xiàn)代制造技術(shù)與裝備，2014（6）：14-15，22.