文/羅洪松·東風(fēng)（武漢）實(shí)業(yè)有限公司

汽車(chē)通道類(lèi)產(chǎn)品成形技術(shù)研究

文/羅洪松·東風(fēng)（武漢）實(shí)業(yè)有限公司

在當(dāng)今汽車(chē)?yán)錄_壓件行業(yè)中，通道里板零件以型面復(fù)雜，模具設(shè)計(jì)及制造調(diào)試難度大而著名。為解決此問(wèn)題，本文以某新車(chē)型為例，詳細(xì)介紹通道里板零件由模具設(shè)計(jì)到投入工業(yè)化生產(chǎn)的過(guò)程。

在當(dāng)今汽車(chē)?yán)錄_壓行業(yè)中，通道里板零件以型面復(fù)雜，模具設(shè)計(jì)及制造調(diào)試難度大而著名。針對(duì)此問(wèn)題，本文以某新車(chē)型為例，詳細(xì)介紹通道里板零件從模具設(shè)計(jì)到投入工業(yè)化生產(chǎn)的過(guò)程。

本車(chē)型通道里板在模具設(shè)計(jì)過(guò)程中，為了實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)和降低成本的目的，前期應(yīng)用CAD/CAE、風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估、同步工程等手段，先解決模具在設(shè)計(jì)中存在的各個(gè)缺陷。本車(chē)型通道里板在生產(chǎn)設(shè)備選型上，采用G3類(lèi)自動(dòng)化生產(chǎn)線（600t雙動(dòng)/400t/300t/300t），因此，在模具大小和沖壓方向等方面沒(méi)有可選擇性。為解決此問(wèn)題，本車(chē)型通道里板在模具設(shè)計(jì)中通過(guò)合理布局，簡(jiǎn)化模具結(jié)構(gòu)等方案實(shí)現(xiàn)模具與設(shè)備的匹配。

設(shè)備的選型及對(duì)模具的要求

為實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)后的利益最大化，本車(chē)型通道里板在生產(chǎn)設(shè)備選型上，采用生產(chǎn)效率高、生產(chǎn)成本低且生產(chǎn)質(zhì)量穩(wěn)定的G3類(lèi)自動(dòng)化生產(chǎn)線，見(jiàn)圖1。

設(shè)備特點(diǎn)

G3類(lèi)自動(dòng)化生產(chǎn)線由8臺(tái)機(jī)器人和5臺(tái)沖壓機(jī)床組成。其中一臺(tái)沖壓機(jī)床的噸位為600t，其余均為300t；其生產(chǎn)頻次最大為15件/min，正常生產(chǎn)速度10～12件/min，生產(chǎn)操作人數(shù)僅需6人。

圖1 G3類(lèi)自動(dòng)化生產(chǎn)線

由于生產(chǎn)速率高，所需人力少，且所有壓力機(jī)均采用能耗低的機(jī)械壓力機(jī)，所以，本生產(chǎn)線生產(chǎn)零件所需成本較低，對(duì)產(chǎn)品的成本控制有很大意義。零件工序間通過(guò)機(jī)器人轉(zhuǎn)運(yùn)，在減少人工成本的同時(shí)，減少了人對(duì)產(chǎn)品品質(zhì)的負(fù)面影響；而在沖壓過(guò)程中，采用全封閉式?jīng)_壓，使外界對(duì)沖壓件的質(zhì)量影響降到最低。因此，采用G3類(lèi)設(shè)備生產(chǎn)此零件，大大提高了此零件的品質(zhì)，提升了企業(yè)的形象和產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)力。

零件與設(shè)備的匹配問(wèn)題

為了使通道里板零件匹配G3類(lèi)自動(dòng)化生產(chǎn)線，零件的模具設(shè)計(jì)必須滿(mǎn)足該生產(chǎn)線的要求。其具體要求如下：

⑴模具大小要滿(mǎn)足沖壓機(jī)工作臺(tái)面大小的尺寸要求。模具大小必須與工作臺(tái)尺寸相吻合，因?yàn)榇嗽O(shè)備夾緊器為氣動(dòng)升降式夾緊器，夾緊器布置于設(shè)備滑塊最外側(cè)。因此，模具寬度尺寸必須與工作臺(tái)寬度完全相同，以便夾緊器下行時(shí)卡進(jìn)模具壓板槽。

⑵模具成形力要滿(mǎn)足沖壓機(jī)壓力的要求。模具要求的成形力必須小于沖壓機(jī)可以達(dá)到的壓力，且為安全起間，模具實(shí)際壓力必須小于設(shè)備額定壓力的80%。

⑶模具夾緊槽位置要與沖壓機(jī)液壓夾緊器要求一致，并保證公差。

⑷壓緊槽位置要與沖壓設(shè)備上壓板槽位置一致。因?yàn)閵A緊器在下行過(guò)程中，如遇到任何輕微阻力，夾緊器會(huì)立即停機(jī)報(bào)警，影響生產(chǎn)。且模具上壓板槽必須略大于夾緊器尺寸，保證公差要求。

⑸模具生產(chǎn)中產(chǎn)品的沖壓方向必須保證在機(jī)器人允許的最大范圍之內(nèi)。G3類(lèi)生產(chǎn)線為機(jī)器人自動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)零件，在抓取和放置過(guò)程中，機(jī)器人旋轉(zhuǎn)的角度范圍很小，因此，零件沖壓方向必須保持在允許角度之內(nèi)，否則，機(jī)器人將無(wú)法將零件平穩(wěn)地放到模具型腔內(nèi)。

⑹產(chǎn)品的型面必須為機(jī)器人端拾器吸盤(pán)預(yù)留足夠的平面。

⑺產(chǎn)品的拉延深度、模具的總高度、沖壓機(jī)的上限位高度等尺寸的設(shè)計(jì)應(yīng)方便機(jī)器人拾取零件。如產(chǎn)品拉延過(guò)深，且模具閉合高度較高，在沖壓過(guò)程中模具開(kāi)啟時(shí)上下模之間的空間較窄，端拾器抓取零件后必須抬高在模具型腔之上，從此空間拿出，因此產(chǎn)品型面高度加端拾器的厚度必須小于此空間高度，以便端拾器抓取零件后可以自由出入。

通道里板模具設(shè)計(jì)問(wèn)題

與設(shè)備的匹配問(wèn)題

為了模具能與G3類(lèi)自動(dòng)化生產(chǎn)線匹配，此通道里板采用規(guī)定尺寸設(shè)計(jì)模具，模具結(jié)構(gòu)相對(duì)緊湊，解決了模具與沖壓機(jī)工作臺(tái)面、液壓夾緊器及機(jī)器人的匹配問(wèn)題；通過(guò)模具的CAE分析（圖2），該模具成形力小于600t，于是滿(mǎn)足壓力要求；通道里板零件型面平整，滿(mǎn)足吸盤(pán)要求；且零件整個(gè)沖壓過(guò)程中采用斜楔，保障沖壓方向的一致性。

前期CAE同步工程及模具設(shè)計(jì)問(wèn)題

圖2 零件的CAE分析

在通道里板前期CAE同步工程階段，通過(guò)多次CAE分析，已經(jīng)判斷該零件的直立面存在嚴(yán)重的開(kāi)裂風(fēng)險(xiǎn)（圖3）；此區(qū)域拉延角度接近90°，且型面復(fù)雜，材料成形困難，直接成形風(fēng)險(xiǎn)較大；手剎支架過(guò)孔存在沖孔困難、排料困難，在拉延90°型面上，這兩個(gè)孔均為異形孔，在沖孔方向上零件型面有凸包與斜楔干涉，斜楔無(wú)法布置；兩邊法蘭面回彈較大，此車(chē)型通道里板零件法蘭面寬度較同類(lèi)車(chē)型寬，因此回彈也比較嚴(yán)重，風(fēng)險(xiǎn)較大。

圖3 開(kāi)裂風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域

對(duì)于零件易開(kāi)裂區(qū)域的問(wèn)題，因?yàn)檠b車(chē)環(huán)境的原因，更改數(shù)據(jù)是不可行的?？赏ㄟ^(guò)多次分析，在模具設(shè)計(jì)過(guò)程中先將此處變形較大的區(qū)域聚料成形，保障零件拉延后此處有較充足的材料為后續(xù)整形準(zhǔn)備，然后采取局部整形的方式實(shí)現(xiàn)零件定義輪廓形狀（圖4）。通過(guò)這種兩次成形的方式，達(dá)到零件成形的目的，解決了零件型面成形風(fēng)險(xiǎn)。由于此處成形困難，調(diào)試難度大，如模具此處做整體設(shè)計(jì)，不方便模具調(diào)試，且如因調(diào)試過(guò)程造成報(bào)廢，則整個(gè)鑲塊都需重新制作，影響產(chǎn)品開(kāi)發(fā)周期，資金損失也大。為把此區(qū)域風(fēng)險(xiǎn)降到最低，要求模具設(shè)計(jì)人員將此處形狀較為復(fù)雜的型面在拉延模、修邊沖孔整形模具上做出分鑲塊處理，即凹模此處單獨(dú)分一塊鑲塊、凸模此處單獨(dú)分一塊鑲塊，見(jiàn)圖5、6。此種分鑲塊設(shè)計(jì)在模具制造調(diào)試過(guò)程中，可以實(shí)現(xiàn)隨時(shí)更改，即使鑲塊報(bào)廢也減少了模具調(diào)試制造成本，且保證了模具的整體質(zhì)量。

圖4 兩次成形截面

圖5 拉延工藝補(bǔ)充

圖6 修邊整形工藝補(bǔ)充

圖7 零件直立面最終整形效果

圖8 加筋區(qū)域及兩次成形區(qū)域平面圖

圖9 加筋方式及尺寸

圖10 最終制件

在模具實(shí)際調(diào)試制造過(guò)程中經(jīng)過(guò)兩輪整改，此產(chǎn)品此區(qū)域已經(jīng)完全滿(mǎn)足產(chǎn)品定義要求，并在首次零件送樣之前解決該零件此區(qū)域的開(kāi)裂問(wèn)題(圖7)。

側(cè)沖孔的問(wèn)題

關(guān)于側(cè)沖孔的問(wèn)題是從模具結(jié)構(gòu)方向進(jìn)行改善的，因?yàn)槿绻凑湛椎姆ㄏ驔_孔將導(dǎo)致沖孔凸模和吊楔本體與零件凸包干涉。所以只有在設(shè)計(jì)時(shí)將沖孔角度傾斜15°，并且將斜楔設(shè)計(jì)為直角轉(zhuǎn)臂式結(jié)構(gòu)才能實(shí)現(xiàn)沖孔。但是，此種設(shè)計(jì)因沖孔角度較大，孔毛刺問(wèn)題嚴(yán)重，后期生產(chǎn)過(guò)程中此異形孔相關(guān)的沖頭凹模等必須納入易損件控制，且需要在每次模具維護(hù)時(shí)進(jìn)行仔細(xì)維護(hù)，保障沖孔無(wú)毛刺、變形等缺陷。在模具實(shí)際調(diào)試制造過(guò)程中，我公司此產(chǎn)品兩個(gè)異形孔生產(chǎn)無(wú)干涉，且毛刺質(zhì)量保障在客戶(hù)要求范圍內(nèi)。

通道里板零件法蘭邊回彈問(wèn)題

關(guān)于通道里板零件法蘭邊回彈的問(wèn)題，我公司在前期CAE分析階段，已經(jīng)計(jì)算模擬零件回彈量，在模具制造編程數(shù)控加工中及時(shí)給予回彈補(bǔ)償，并在模具調(diào)試過(guò)程中注意零件研合率、定位及其主缸壓力等參數(shù)，希望以此抑制回彈。但是在模具實(shí)際調(diào)試過(guò)程中，經(jīng)過(guò)四輪調(diào)試零件法蘭邊還有10mm左右的回彈量。為了抑制回彈，減小對(duì)裝車(chē)造成的影響，經(jīng)過(guò)分析，可以先在拉延成形工序的零件法蘭邊上加凸筋（避開(kāi)焊點(diǎn)區(qū)域），再通過(guò)后序整形將法蘭邊上的凸筋整平（圖8、9），即通過(guò)零件法蘭邊材料產(chǎn)生的硬化來(lái)抑制法蘭邊回彈及型面起皺。通過(guò)此方法，零件回彈直接由10mm左右減小到2mm以下（圖10），減小了調(diào)試時(shí)間，提高了產(chǎn)品合格率。

結(jié)束語(yǔ)

利用成形工序聚料再通過(guò)后序整形工藝能夠保證零件成形貼合，最終在模具生產(chǎn)調(diào)試過(guò)程中大大減小調(diào)試時(shí)間，提高了產(chǎn)品合格率。

羅洪松，主任工程師，技術(shù)部主任。研究成果：M3M4項(xiàng)目多工位生產(chǎn)、T88半自動(dòng)生產(chǎn)。