鋁制發(fā)罩內(nèi)板模具開發(fā)全流程分析

文／胡勇，陳文峰，劉新洋，宋鐵明，叢立國·一汽模具制造有限公司

當(dāng)前，整車開發(fā)對周期、質(zhì)量、成本要求越來越嚴(yán)苛，經(jīng)過設(shè)計階段的精算和回彈補(bǔ)償后，關(guān)鍵尺寸理論合格率普遍能夠達(dá)到90%以上的情況，但受各種實際因素的影響，制件的首件合格率難以達(dá)到預(yù)期目標(biāo)，與理論存在一定差異；提升制件的首件合格率，保證尺寸精度，減少尺寸整改，提升產(chǎn)品質(zhì)量，是所有模具人一致追尋的目標(biāo)。

針對理論與實際不符的問題，運用技術(shù)歸零方法，進(jìn)行問題再現(xiàn)分析及復(fù)盤工作，在促進(jìn)現(xiàn)場問題速解的同時，優(yōu)化技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)避同類問題再發(fā)。

鋁板材料特性

隨著汽車工業(yè)的進(jìn)步，鋁合金代替鋼板件作為汽車沖壓件已經(jīng)被許多著名的汽車制造商所采用，并應(yīng)用于高級轎車的車身生產(chǎn)中。用于汽車車身的鋁板材料主要使用非熱處理型鋁-鎂合金(5000 系)和熱處理型鋁-鎂硅合金(6000 系)，其5000 系和6000系合金的特性比較見表1。5000 系列合金的強(qiáng)度和耐腐蝕性最佳，主要使用在底盤及車身零件(內(nèi)板)，6000 系列合金的包邊性及表面品質(zhì)最佳，并且時效硬化后零件強(qiáng)度加強(qiáng)，故使用在車身外覆蓋件上，如圖1 所示。

圖1 5000 系和6000 系強(qiáng)度和成形性關(guān)系

表1 5000 系和6000 系合金的特性對比

鋁板的延伸率比鋼板小，故變形量比鋼板小，拉延性不好，如圖2 所示。容易產(chǎn)生裂紋，特別是形狀比較復(fù)雜的零件；因此鋁合金拉延模具凹模圓角比鋼板拉延模具圓角要大得很多，否則容易出現(xiàn)縮頸和拉裂。

圖2 鋁板與鋼板的拉伸性能對比

鋁板CAE 模擬分析評判標(biāo)準(zhǔn)即問題點高于FLD曲線即為破裂(圖3)，為了安全起見，一般留有20%的裕度(鋁板FLC 曲線下移0.08)，即綠色區(qū)域為合格區(qū)，黃色為破裂風(fēng)險區(qū)域，橙色為過度變薄接近破裂區(qū)域。

圖3 鋁板CAE 模擬分析評判標(biāo)準(zhǔn)

由于鋁板的彈性模量僅為鋼板的1/3，理論上鋁板件的回彈是鋼件的3 倍，因此，鋁板件的尺寸精度控制難度更大。回彈多發(fā)生在圓角的形狀過渡區(qū) 、截面形狀越復(fù)雜，回彈發(fā)生情況也越復(fù)雜；不同彎曲半徑下鋁合金回彈角較軟鋼大 2 ～3 倍。

鋁制發(fā)罩內(nèi)板開發(fā)制造

沖壓工藝設(shè)計及全工序模擬分析

⑴設(shè)計合理的沖壓工藝方案。沖壓工藝一般包括四個工序分別為OP10 拉延工序、OP20 修邊工序、OP3 修邊工序和OP40 整形工序。

⑵成形性全工序模擬分析，主要的分析內(nèi)容為成形極限圖、減薄率、失效性和收料狀態(tài)。

回彈模擬分析及補(bǔ)償驗證

⑴回彈模擬分析，主要包含分析結(jié)果檢查(Locating)、分析結(jié)果檢查(Closing)、各工序自由回彈結(jié)果檢查和最終制件全支撐回彈，其中最終制件全支撐回彈如圖4 所示。

圖4 最終制件全支撐回彈

⑵回彈補(bǔ)償方案及補(bǔ)償策略包括以下5 個方面。

1)通過以上回彈模擬分析結(jié)果確定以最終制件自由回彈狀態(tài)作為補(bǔ)償基準(zhǔn)，如圖5 所示。

圖5 最終制件自由回彈狀態(tài)

2)回彈補(bǔ)償策略為OP10 整體補(bǔ)償、OP20 符型、OP30 原產(chǎn)品、OP40 原產(chǎn)品。

3)回彈補(bǔ)償量值如圖6 所示。

圖6 回彈補(bǔ)償量值

4)檢具全支撐回彈補(bǔ)償驗證結(jié)果如圖7 所示，關(guān)鍵匹配面理論合格率100%。如圖8 所示。

圖7 檢具全支撐回彈補(bǔ)償驗證結(jié)果

圖8 關(guān)鍵匹配面理論合格率

⑶調(diào)試整改工作優(yōu)化制件尺寸。

1)成形性問題及解決方案。通過優(yōu)化模具表面粗糙度、拉延筋進(jìn)料圓角切點及調(diào)整平衡塊虛著色狀態(tài)，消除開裂及縮頸問題(圖9)。

圖9 開裂和縮頸問題

2)首件ATOS 掃描回彈結(jié)果與理論差異較大，如圖10 所示。

圖10 首件ATOS 掃描回彈結(jié)果與理論差異較大

3)通過理論模擬驗證現(xiàn)場制件實際狀態(tài)及現(xiàn)場調(diào)試調(diào)整優(yōu)化提升制件尺寸，如圖11 所示。

圖11 首件ATOS 和優(yōu)化后ATOS 對比

⑷制定整改方案及理論整改有效性模擬驗證如圖12 所示。

圖12 整改方案及理論整改有效性模擬

⑸尺寸整改后制件ATOS 及三坐標(biāo)測量結(jié)果，如圖13 所示。

圖13 尺寸整改后制件ATOS 及三坐標(biāo)測量結(jié)果

結(jié)論

通過對鋁制發(fā)罩內(nèi)板模具開發(fā)全流程分析研究，為減小理論與實際差異需要從以下三個方面開展研究工作：

首先，排查、分析現(xiàn)場疑難制件數(shù)據(jù)信息，包括流入量，網(wǎng)格應(yīng)變、尺寸掃描件等必要數(shù)據(jù)，進(jìn)行問題分析，對于明確的問題，快速制定解決方案。

其次，從材料模型、參數(shù)設(shè)置、評價準(zhǔn)則、面品缺陷定量檢測等多個維度考慮，分析影響因素，現(xiàn)場進(jìn)行必要的驗證實驗，多技術(shù)手段并行，開展理論與實際差異性分析，不斷完善開發(fā)流程與技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。

最后，針對鋁板材料性能開展核心技術(shù)研究，調(diào)試板料全面啟動板料化驗工作，基于經(jīng)驗值及材料研究成果優(yōu)化材料卡片并作為核心技術(shù)指導(dǎo)生產(chǎn)。