組合式壓料側整形模具設計

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1 引言

伴隨汽車制造技術水平的提升,對沖壓零件外觀提出了苛刻要求,避免出現翹邊、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構重點解決的問題之一。

汽車造型追求極致美觀,設計上的一些特殊造型對沖壓工藝提出了新的挑戰。某外板產品翻邊整形壓料直線寬度僅有5mm,遠低于標準要求,容易發生壓不住料的情況,出現外觀面品缺陷,嚴重情況出現零件扭曲回彈,嚴重時出現尺寸超差,零件狀態不穩定等一系列問題,需要設計一種可靠模具結構解決以上問題。

2 零件缺陷分析

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

圖1 產品局部剖面圖

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。面凹缺陷產生原因是壓料不足,零件在下模上產生滑移,零件內部產生拉應力,脫模后在拉應力作用下,零件收縮,面產生凹陷?？梢酝ㄟ^采用增加壓料寬度及增大壓料力及基準補償等方法解決。

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

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

外板零件多個工序都可能產生缺陷,尤其拉延和翻邊整形工序缺陷尤為嚴重,面品質量目標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的缺陷,零件不返工也不會導致用戶抱怨的缺陷。簡單講就是專業人員使用專業工具能發現的缺陷,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,生產不穩定是不可接受的。

3 側翻模具結構選擇

側整型模具結構可選擇旋轉斜楔、往復式推拉斜楔以及填充式復動斜楔。旋轉斜楔加工精度高、調整困難,不符合穩定易于調整的特殊要求,往復式推拉斜楔,強度一般,不適合做復雜整形工況,這兩種斜楔排除。選擇使用填充式復動斜楔,從模具強度和工作穩定上都可以滿足要求。

圖2 填充式復動斜器

4 壓料方案選擇

壓料方案分為正壓料方案、正壓料側加壓方案、側壓料及正側組合壓料4個方案。

首先根據零件特點需要大壓料力,零件主壓料區域與沖壓方向夾角較小,首先正壓料方案不符合設計要求,其次正壓料側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。

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

圖3 正側一體組合壓料芯

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,需要加大設計壓料力。

主壓料力為側壓料,實際設計側壓料為6個2.4噸氮氣彈簧,初始提供了14.4噸壓料力,側壓力是標準設計的1.7倍。

輔助壓料為正壓料,實際設計了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、側初始壓料力合計是31.2噸,是標準設計壓料力的3.7倍。已經大于最大理論整形力。壓料力設計上已經達到非常高的標準。

6 三級壓料方案設計

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

本零件側翻邊正側組合壓料需要布置各類滑板,安全裝置,側面還有整形刀塊,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正壓力,由于正壓料芯強度較差,完全承擔此處壓料力,帶來壓料板變形風險,側壓料效果大幅度下降,研合困難,著色率難以保證,零件穩定性無法保證。

為了規避模具正壓料芯單獨承受較大壓力問題,設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布置,負責將零件符型,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,二級側壓料開始壓料,側壓料通過滑板與正壓料板結合,與下模通過零件結合,這樣側壓料板、正壓料板及下模合為一個整體;

二級側壓料芯靜止后,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里,因為主體的三個部件已經結合為一體,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險,確保零件質量穩定。

圖4 正壓料芯二級壓料設計

7 零件缺陷評審

生產出來零件經AUDIT評審,缺陷等級評定為C10,扣10分,達到了預期的表面質量目標,同時沒有發生壓不住料扭曲變形現象。

圖5 零件AUDIT評分

8 結論

該組合式壓料側翻結構避免了零件變形扭曲,外觀質量基本滿足要求,達到了設計質量目標。從模具強度、使用壽命,可維護性及穩定性等方面滿足生產需求,對類似零件的解決方案具有參考意義。

為了滿足面品質量要求,增大了壓料力,模具結構更加復雜,標準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生面品缺陷,零件無缺陷是很難實現的,最佳方案將缺陷控制在可接受范圍,達到零件無需返修不增加生產成本的目標。