座椅板成形工藝分析及模具質(zhì)量改進(jìn)

高飛，王莎，王旭，劉樂

（陜西重型汽車有限公司，陜西西安 710200）

1 引言

近年來隨著國內(nèi)汽車產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，不斷有新勢(shì)力涌入汽車行業(yè)，日益激烈的競(jìng)爭(zhēng)環(huán)境促使新車型開發(fā)周期越來越短，同時(shí)對(duì)乘車舒適性的要求也是越來越高。駕駛室地板結(jié)構(gòu)直接影響到乘車體驗(yàn)感，座椅板是駕駛室地板的重要組成部分。本文以某車型座椅板為研究對(duì)象，設(shè)計(jì)工藝方案，進(jìn)行全工序CAE分析，模面補(bǔ)償、不等間隙設(shè)計(jì)，進(jìn)行動(dòng)態(tài)干涉、廢料滑出模擬。建立符合實(shí)際生產(chǎn)條件的模型，準(zhǔn)確把控實(shí)際生產(chǎn)中出現(xiàn)的質(zhì)量缺陷，減少試錯(cuò)成本，縮短模具開發(fā)周期，提升產(chǎn)品質(zhì)量。

2 制件特點(diǎn)

此制件為重卡駕駛室地板件，三維數(shù)據(jù)模型如圖1所示，材料為DC04，料厚為1.5mm，外形尺寸為424×417×231mm，模具開發(fā)周期3個(gè)月，周期較短。

圖1 制件圖

3 制件成形工藝設(shè)計(jì)

此制件整體呈L型，形狀復(fù)雜，存在雙向多角度翻邊，經(jīng)過對(duì)制件進(jìn)行分析，初步確定成形工藝方案：第一工序拉伸，第二工序修邊沖孔，第三工序翻邊，第四工序折彎，共4序完成沖壓成形。

3.1 拉伸工藝設(shè)計(jì)

拉伸工藝設(shè)計(jì)重點(diǎn)在沖壓方向的選擇、工藝補(bǔ)充及拉伸筋的設(shè)計(jì)。沖壓方向不僅影響到工藝補(bǔ)充面的分布及后工序的成形方案，甚至?xí)绊懙绞欠衲軌虺尚纬龊细竦墓ば蚣?。按照此制件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，降低拉伸深度，使壓料面受力均勻，以大孔法向?yàn)闆_壓方向。工藝補(bǔ)充是拉伸工序不可缺少的部分，造型需平緩，方便材料流動(dòng)，且有利于后續(xù)成形修邊。

拉伸成形過程中主要的質(zhì)量問題是起皺和開裂，設(shè)置拉伸筋調(diào)節(jié)材料流動(dòng)速度，提升成形質(zhì)量。將工藝補(bǔ)充模型導(dǎo)入Autoform進(jìn)行成形工藝分析，方包凸臺(tái)側(cè)壁出現(xiàn)撕裂拉脫現(xiàn)象，結(jié)果如圖2所示，通過增大圓角無法解決。

圖2 成形撕裂

基于制件結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，凸臺(tái)部位存在方孔，有刺破刀安裝空間，擬采用刺破方案，模擬工具體模型、刺破高度，在距離到底位置20mm開始刺破，最終成形分析結(jié)果如圖3所示，從結(jié)果可以看出，側(cè)壁減薄最大18%，滿足制件技術(shù)要求。

圖3 成形分析結(jié)果

3.2 修邊沖孔工藝設(shè)計(jì)

修邊沖孔將廢料及所有孔全部沖裁到位，該工序修邊線較為復(fù)雜，工藝設(shè)計(jì)重點(diǎn)是考慮廢料滑落，如圖4所示。

圖4 修邊沖孔工序

3.3 翻邊工藝設(shè)計(jì)

翻邊工序是將周圈及圓孔成形，其中翻邊是沿著工序件外形邊緣將工序件翻成斜角短邊，呈分段多角度；翻孔是沿著孔邊緣翻成直角短邊。該工序存在雙向翻邊，工藝設(shè)計(jì)為上翻邊與下翻邊復(fù)合成形，如圖5所示。

圖5 翻邊工序

3.4 折彎工藝設(shè)計(jì)

該工序折彎呈90°角，設(shè)計(jì)重點(diǎn)是考慮成形回彈，回彈是因?yàn)閺椥曰謴?fù)，制件的外層因?yàn)閺椥曰謴?fù)而縮短，內(nèi)層因?yàn)閺椥曰謴?fù)而伸長，直接表現(xiàn)就是回彈以后的制件與模具相關(guān)尺寸不一致。工藝設(shè)計(jì)沖壓方向擺放采用5°仰角設(shè)計(jì)，給予角度回彈補(bǔ)償預(yù)空間。經(jīng)過反復(fù)模擬分析，回彈角度補(bǔ)償2°，如圖6所示。

圖6 折彎工序

通過工藝設(shè)計(jì)及仿真模擬，最終確定工藝成形方案：第一工序拉伸，第二工序修邊沖孔，第三工序翻邊，第四工序折彎，如圖7所示。

圖7 成形工藝

4 模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

在模擬成形工藝合理的情況下，開始模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，沖壓模具的結(jié)構(gòu)直接影響到?jīng)_壓件質(zhì)量、生產(chǎn)效率及生產(chǎn)成本。

4.1 拉伸模結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

拉伸模如圖8所示，主要由凸模、壓邊圈、凹模組成。凸模由下模座、凸模固定座、凸模鑲塊及其它輔助零部件組成。壓邊圈由壓邊圈底座、壓邊圈鑲塊及其它輔助零部件組成。凹模由上模座、凹模鑲塊、刺破刀及其它輔助零部件組成。

壓邊圈與下模之間設(shè)有安全保護(hù)板，護(hù)板高度保證壓邊圈在上死點(diǎn)時(shí)有30mm的遮蓋高度。上、下模采用導(dǎo)板導(dǎo)向。上模座、下模座、凸模固定座、壓邊圈底座采用HT300鑄造，凸模鑲塊、壓邊圈鑲塊、凹模鑲塊、刺破刀采用Cr12MoV鍛造，淬火硬度56～60HRC。

成形之初，坯料由8個(gè)定位支架定位，成形時(shí)上模與下模接觸，在壓料力作用下，拉伸筋首先參與成形，隨著滑塊下行，板料在拉伸筋及壓料面作用下開始成形，最終成形充分。拉伸成形結(jié)束后，上模上行，頂桿頂起壓邊圈，取出制件，拉伸工序結(jié)束。

4.2 修邊沖孔模結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

修邊沖孔模結(jié)構(gòu)如圖9所示，上模由上模座、壓料芯、上模鑲塊及其它輔助零部件組成。下模由下模座、修邊下模、廢料刀、頂料汽缸及其它輔助零部件組成。上、下模采用導(dǎo)柱導(dǎo)向，壓料芯采用導(dǎo)板導(dǎo)向。上模座、下模座、壓料芯采用HT300鑄造，修邊上模、修邊下模、廢料刀采用Cr12MoV鍛造，淬火硬度56～60HRC。

制件材料為DC04，厚度為1.5mm，沖裁力的計(jì)算：

式中L——剪切總長度

S——制件厚度

σb——制件抗拉強(qiáng)度

圖8 拉伸模結(jié)構(gòu)

修邊沖孔模的重點(diǎn)是沖裁間隙的控制。沖刺間隙大，斷面表現(xiàn)為塌角和斷裂帶軟毛刺，沖裁間隙小，斷面表現(xiàn)為光亮帶和硬毛刺。針對(duì)間隙大，通常需要重新補(bǔ)焊研修刃口，間隙小時(shí)，重新研配間隙即可。該制件以上模為基準(zhǔn)，下模配間隙，單邊0.08～0.11mm。

坯料由修邊下模型面定位，成形時(shí)修邊上模與修邊下模相互作用，制件上所有孔及周邊廢料同時(shí)切除。修邊沖孔結(jié)束后，頂料汽缸頂起制件，取出制件，修邊沖孔工序結(jié)束。

4.3 翻邊模結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

翻邊模結(jié)構(gòu)如圖10所示，下模由下模座、下壓料芯、翻邊下模及其它輔助零部件組成。上模由上模座、上壓料芯、翻邊上模及其它輔助零部件組成。上、下模采用導(dǎo)板導(dǎo)向。上模座、下模座、壓料芯采用HT300鑄造，翻邊上模、翻邊下模采用Cr12MoV鍛造，淬火硬度56～60HRC。坯料由下壓料芯型面定位，成形時(shí)翻邊上模與翻邊下模相互作用，上、下翻邊同時(shí)成形。翻邊結(jié)束后，翻邊舉升器頂起制件，取出制件，翻邊工序結(jié)束。

4.4 折彎模結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

折彎模結(jié)構(gòu)如圖11所示，下模由下模座、下模鑲塊及其它輔助零部件組成。上模由上模座、壓料芯、上模鑲塊及其它輔助零部件組成。上、下模采用導(dǎo)板導(dǎo)向。上模座、下模座、壓料芯采用HT300鑄造，上模鑲塊、下模鑲塊采用Cr12MoV鍛造，淬火硬度56～60HRC。坯料由下模型面定位，成形時(shí)上模鑲塊與下模鑲塊相互作用，兩條邊同時(shí)成形。折彎結(jié)束后，頂料汽缸頂起制件，取出制件，折彎工序結(jié)束，最終制件成形。

圖9 修邊沖孔模結(jié)構(gòu)

圖10 翻邊模結(jié)構(gòu)

圖11 折彎模結(jié)構(gòu)

5 質(zhì)量改進(jìn)

折彎模驗(yàn)證V形缺口外凸面產(chǎn)生波浪變形，變形角度相差3°左右，經(jīng)分析產(chǎn)生此面不平的原因?yàn)樵摬课幌掳寄铱眨蹚澾吀叨容^短，經(jīng)過堆焊加工，將V形外凸面補(bǔ)齊，如圖12所示，確保在制件折彎過程中此面能夠抵抗變形，最終獲得比較平整的制件。折彎出現(xiàn)較為嚴(yán)重的拉痕，如圖13所示，通過鉗工修配折彎間隙，消除了拉痕問題，最終全序模具驗(yàn)證調(diào)試合格，如圖14所示，滿足批量生產(chǎn)條件，沖壓件質(zhì)量穩(wěn)定。

圖12 補(bǔ)齊外凸面

圖13 折彎拉痕

圖14 成形制件

6 結(jié)束語

運(yùn)用Autoform仿真模擬全工序成形，工藝及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理，全序模在較短的時(shí)間內(nèi)完成調(diào)試交付，縮短了模具開發(fā)的周期和降低了模具的生產(chǎn)成本，沖壓質(zhì)量穩(wěn)定，能夠滿足此制件的生產(chǎn)需要。設(shè)置刺破大，折彎仰角設(shè)計(jì)，為類似制件的模具開發(fā)積累了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。