实例:超长侧围冲压模具开发经验

零件特性

此侧围零件形状如图所示,尺寸为3596mm×1248mm,所用材料为DX54D,料厚0.67mm。

实例:超长侧围冲压模具开发经验


此侧围相对于其他车型,其长度比其他一般侧围长很多。侧围是冲压件中技术要求最高的,其难度表现在工艺设计难度高,模具结构复杂,制造调试技术要求高等方面。

重点工艺技术方案

开卷落料的可行性方案

经过初步工艺预估,板料的尺寸为3910mm×1550mm,开卷线的步距必须要达到3910mm,但此公司的开卷线只能达到3810mm,因此无法在一厂实施开卷落料工序。经初步讨论,需将开卷落料工序放到新工厂,但这个方案会增加生产运输成本,并不是最优方案。

针对此问题,在工艺设计阶段对工艺补充作了详细的设计优化。优化手段为:⑴降低拉延深度;⑵局部优化拔模角度。通过这些修正,将板料的尺寸控制在3805mm,满足了一厂的生产要求,减少了板料的运输成本。同时由于板料长度的优化,材料利用率也比原先定的目标值提升了1%。

拉延成形可行性方案


侧围零件属于深拉延零件,最大的拉延深度在350mm左右,存在开裂、起皱、凹陷、滑移等风险。侧围加长后,后三角窗部位将引起A面凹陷,后三角窗深度还会引起侧壁开裂起皱风险加重,以及在尾灯处的冲击线滑移到A面。在成形过程中,必须针对这些现象对工艺和产品参数进行调整、修改,使产品达到设计需求和客户需求的平衡点。


在三角窗处的深度达到20mm,在成形过程中产生了凹陷,这种变形类似于门把手附近的缺陷。有三种优化方案:1)增加二级台阶,改变成形过程;2)使拉延模在此区域增加100mm宽度及0.05mm深的腔;3)在凹陷处增加型面补偿,此方法必须建立在准确的预测变形范围和大小的基础之上,但目前技术水平没有能力达到这个要求。所以对于以上三种优化方案,我们综合采用了前两种方法,并在最终的模拟和调试中顺利解决了此处的变形问题。

实例:超长侧围冲压模具开发经验


三角窗的深度导致侧壁开裂,在角部还伴随有起皱风险,侧壁开裂严重。在工艺设计阶段,通过不断地调整产品侧壁的拔模角和圆角,使模拟的变薄率从32%优化到25%。为减少调试的难度,在此处板料上增加一个工艺孔,用于增加材料的流动性,通过工艺孔将材料变薄率控制在19%以内。现场调试时,取消此处的工艺孔后,零件侧壁未有开裂现象,并在小批量生产中得到了验证,最后消除了开裂风险。虽然调试结果未完全遵循工艺设计方案,但是此处风险的消除,离不开前期大量的产品优化和工艺优化。

角部同时存在着起皱问题,因为在成形初始过程中,板料由高低两点形成一张面,在成形后此面无法被其他部分形状吸收,所以在此类形状的零件中,起皱是个普遍现象。解决此类问题的方法一般有两种,一种是在高低点之间建立一个台阶面,使多余的料在成形过程中被吸收,从而解决起皱。另一种方法,是在低点处增加一个凹包,影响成形过程,并在最终的3~5mm时吸收多余的料。前后两种方案的对比,第一种方案解决起皱明显,但是对产品限制较大;第二种方案解决起皱不太明显,但对产品限制较小。最后,为保证产品的功能要求,选择第二种方案,结果在调试中仍有轻微的波纹,但是不影响产品的功能和外观的要求。

由于需要降低拉延深度和拔模角,用以提高材料利用率,导致局部尾灯处的冲击线滑移到A面上。此时,通过对拉延深度的调整和局部工艺补充的优化,最后在滑移线控制和板料的长度之间找到了一个平衡点,即满足开卷线设备的要求下,达到滑移线控制在合理区域。

拉延模具结构可行性设计

由于侧围零件超长(3596mm),拉延凸模轮廓会超过3720mm,超过压机气垫顶杆布置范围,因此模具结构设计需要考虑结构强度和压力源的问题。经过梳理一共得到了四种方案:

⑴氮气弹簧。内外压边圈全部用氮气弹簧提供压边力,所有氮气弹簧串联。

⑵氮气弹簧+气垫顶杆。在压边圈超出托杆布置区域用氮气弹簧提供压边力,并在压边圈局部区域布置氮气弹簧(串联),平衡压边圈受力状态,其余部位使用托杆。

⑶气垫顶杆。压边圈超出托杆布置区域向下插入凸模,用压边圈保证强度,通过模具结构传递压料力。

⑷纯气垫顶杆。压边圈超出托杆布置区域空开,不施加辅助压力源(超出托杆区域悬空)。

实例:超长侧围冲压模具开发经验

设计阶段经过多轮的分析论证,在现有的压机条件下,决定侧围拉延模的结构采用方案二:氮气弹簧和气垫顶杆混用,氮气弹簧起局部补充压料力和平衡压边圈作用,同时在压边圈四周均匀布置氮气弹簧(8个串联安装),以保持压边圈的平衡。采用此方案的模具成本较低,模具强度相对好保证,但调试时间长,需定期维护。方案三的结构,属于比较创新的结构,也能解决压力平衡问题,但是其结构存在拆装缺陷。

调试初始阶段,按设计方案进行调试,压料板在成形过程中比较平稳,未有不正常现象。但因取料时压料板在氮气弹簧的作用下上升,使零件取料空间受限。现场调试时尝试取消氮气弹簧,以验证无氮气缸的可行性,经过多轮调试验证,在无氮气缸的情况下,需要降低无压力源上方的压料面研合等级,以减小此处的压边圈成形受力。


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