實例:超長側圍衝壓模具開發經驗

零件特性

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

實例:超長側圍衝壓模具開發經驗


此側圍相對於其他車型,其長度比其他一般側圍長很多。側圍是衝壓件中技術要求最高的,其難度表現在工藝設計難度高,模具結構複雜,製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,但此公司的開卷線只能達到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,並不是最優方案。

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。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。同時由於板料長度的優化,材料利用率也比原先定的目標值提升了1%。

拉延成形可行性方案


側圍零件屬於深拉延零件,最大的拉延深度在350mm左右,存在開裂、起皺、凹陷、滑移等風險。側圍加長後,後三角窗部位將引起A面凹陷,後三角窗深度還會引起側壁開裂起皺風險加重,以及在尾燈處的衝擊線滑移到A面。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。


在三角窗處的深度達到20mm,在成形過程中產生了凹陷,這種變形類似於門把手附近的缺陷。有三種優化方案:1)增加二級臺階,改變成形過程;2)使拉延模在此區域增加100mm寬度及0.05mm深的腔;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範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。所以對於以上三種優化方案,我們綜合採用了前兩種方法,並在最終的模擬和調試中順利解決了此處的變形問題。

實例:超長側圍衝壓模具開發經驗


三角窗的深度導致側壁開裂,在角部還伴隨有起皺風險,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,用於增加材料的流動性,通過工藝孔將材料變薄率控制在19%以內。現場調試時,取消此處的工藝孔後,零件側壁未有開裂現象,並在小批量生產中得到了驗證,最後消除了開裂風險。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。

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,在成形後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,使多餘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包,影響成形過程,並在最終的3~5mm時吸收多餘的料。前後兩種方案的對比,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。最後,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。

由於需要降低拉延深度和拔模角,用以提高材料利用率,導致局部尾燈處的衝擊線滑移到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,最後在滑移線控制和板料的長度之間找到了一個平衡點,即滿足開卷線設備的要求下,達到滑移線控制在合理區域。

拉延模具結構可行性設計

由於側圍零件超長(3596mm),拉延凸模輪廓會超過3720mm,超過壓機氣墊頂杆佈置範圍,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+氣墊頂杆。在壓邊圈超出託杆佈置區域用氮氣彈簧提供壓邊力,並在壓邊圈局部區域佈置氮氣彈簧(串聯),平衡壓邊圈受力狀態,其餘部位使用託杆。

⑶氣墊頂杆。壓邊圈超出託杆佈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。

⑷純氣墊頂杆。壓邊圈超出託杆佈置區域空開,不施加輔助壓力源(超出託杆區域懸空)。

實例:超長側圍衝壓模具開發經驗

設計階段經過多輪的分析論證,在現有的壓機條件下,決定側圍拉延模的結構採用方案二:氮氣彈簧和氣墊頂杆混用,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佈置氮氣彈簧(8個串聯安裝),以保持壓邊圈的平衡。採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,屬於比較創新的結構,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。


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