楊玉貴，胡德智，劉彪杰

汽車(chē)覆蓋件拉延模排氣截面積研究

楊玉貴1，胡德智1，劉彪杰2

（1.四川成飛集成科技股份有限公司，四川 成都 610091；2.成都師范學(xué)院，四川 成都 610091）

針對(duì)拉延模排氣能力不佳、研配著色不好、通氣孔更改次數(shù)過(guò)多的問(wèn)題進(jìn)行研究，重點(diǎn)對(duì)以往大量拉延模通氣孔的數(shù)量進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析。根據(jù)理論計(jì)算與實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的結(jié)合，從排氣截面積與排氣體積兩方面著手改進(jìn)依靠經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)通氣孔的方法，提出了一種拉延模通氣孔設(shè)計(jì)的理論公式，改善了傳統(tǒng)的通氣孔設(shè)計(jì)方法造成模具反復(fù)加工、制造成本高以及生產(chǎn)周期長(zhǎng)的缺陷，為今后其他模具通氣孔的設(shè)計(jì)提供了技術(shù)參考。

排氣能力；通氣孔；截面積；理論公式

引言

在模具調(diào)試過(guò)程中，經(jīng)常反映研配著色不好、成型到底壓力大、零件被吸附而帶起[1]等問(wèn)題，通常的處理辦法是反復(fù)增加通氣孔數(shù)量以提高通氣能力，當(dāng)通氣孔數(shù)量無(wú)法增加時(shí)，則通過(guò)擴(kuò)大通氣孔的直徑來(lái)改善通氣能力。模具排氣能力不佳問(wèn)題長(zhǎng)期困擾著模具設(shè)計(jì)員，在多次增加通氣孔數(shù)量的情況下，可能也無(wú)法滿(mǎn)足調(diào)試要求的通氣效果。并且，在現(xiàn)行的模具設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)中，沒(méi)有詳細(xì)的通氣孔設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)來(lái)指導(dǎo)設(shè)計(jì)通氣孔的數(shù)量，在一定程度上會(huì)直接導(dǎo)致設(shè)計(jì)人員的反復(fù)修改，調(diào)試人員的反復(fù)加工等情況發(fā)生，造成了模具制造成本的上升以及生產(chǎn)周期的延長(zhǎng)[2]。因此，探究一種新的公式來(lái)指導(dǎo)模具通氣孔的設(shè)計(jì)具有重要的意義。

1 模具通氣孔現(xiàn)狀分析

通過(guò)對(duì)以往項(xiàng)目模具的通氣孔數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，得到了相應(yīng)的凸凹模更改套數(shù)的百分比如圖1所示。

由圖1可以看出，研究的模具中通氣孔都有過(guò)更改，更改套數(shù)比例最少的模具為門(mén)內(nèi)板，占總模具數(shù)量的四分之一；更改套數(shù)比例最多的為翼子板，更改率為百分之百。門(mén)外板、側(cè)圍、發(fā)蓋、頂蓋等零件更改通氣孔的模具套數(shù)總量相對(duì)較多，更改數(shù)量的增加，將使后期補(bǔ)加工成本、運(yùn)輸成本、工時(shí)成本等大幅上升。

圖1 通氣孔更改套數(shù)及凸凹模更改套數(shù)百分比

鑒于篇幅有限，每套模具的通氣孔數(shù)量與直徑為6 mm及直徑為4 mm的通氣孔數(shù)量此處不再列出，對(duì)凹模的通氣孔數(shù)量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，整理得到分布圖如圖2所示。

圖2 凹模通氣孔數(shù)量

對(duì)不同項(xiàng)目的凹模通氣孔截面積進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，整理得到分布圖如表1和圖3所示。

表1 凹模通氣孔截面積

項(xiàng)目S1/mm2S2/mm2S3/mm2S4/mm2 側(cè)圍2 5122 813.443 353.522 700.4 頂蓋2 990.673 562.044 637.784 282.96 門(mén)內(nèi)板4 465.085 636.33 384.145 934.6 發(fā)蓋1 709.991 155.521 178.451 683.04 門(mén)外板2 116.363 390.262 910.782 819.72 翼子板3 108.011 318.81 356.481 406.72

由圖3可知，發(fā)蓋、門(mén)外板以及翼子板的通氣孔數(shù)量整體上明顯少于側(cè)圍、頂蓋以及門(mén)內(nèi)板通氣孔數(shù)量，結(jié)合圖1與圖3可以看出，模具排氣截面積小，更改的套數(shù)比例相應(yīng)在增加，此處可以猜測(cè)造成通氣孔更次次數(shù)增加的原因是否是排氣截面積太小，影響通氣孔數(shù)量的因素是否與零件種類(lèi)有關(guān)。

圖3 凹模通氣孔截面積

對(duì)不同項(xiàng)目、不同零件的凹模通氣孔更改次數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，處理得到各個(gè)項(xiàng)目模具通氣孔更改的具體次數(shù)如圖4所示。

圖4 不同項(xiàng)目與不同零件凹模通氣孔更改頻次

由圖4可知，抽樣的項(xiàng)目中所有模具的通氣孔均有過(guò)至少一次更改，頂蓋最多出現(xiàn)過(guò)7次更改，更改6次、5次的模具也有，更改3次、4次的相對(duì)較多。同時(shí)，通過(guò)對(duì)比圖2與圖3可以看出，不管排氣截面積多或少，更改次數(shù)皆有多有少，不同零件種類(lèi)通氣孔更改次數(shù)也有多有少，即零件種類(lèi)和排氣截面積與更改次數(shù)無(wú)直接聯(lián)系。

2 排氣截面積公式推理

通氣孔經(jīng)歷多次的更改，主要原因在于沒(méi)有一套量化的計(jì)算公式來(lái)指導(dǎo)通氣孔設(shè)計(jì)，如果可以使通氣孔數(shù)量根據(jù)模具實(shí)際情況進(jìn)行參數(shù)化，相信將來(lái)更改的次數(shù)將會(huì)明顯減少，整套模具的開(kāi)發(fā)成本和周期也會(huì)隨之減少。本文針對(duì)通氣孔更改次數(shù)多的情況，探究了一種新的通氣孔設(shè)計(jì)方法，用參數(shù)化的公式來(lái)指導(dǎo)模具通氣孔的設(shè)計(jì)：通過(guò)求得型面排氣截面積與通氣孔面積1的比值來(lái)確定通氣孔數(shù)量。

其中：為排氣截面積，即型面內(nèi)所有通氣孔的截面積之和；1為通氣孔截面積；根據(jù)氣體流速＝/()，可以得出排氣截面積：

其中：為排氣總體積，即拉延時(shí)需要排出的氣體體積；為氣體排出所需的時(shí)間；氣體流速=as，氣體流速達(dá)到一定值會(huì)產(chǎn)生噪聲，可用流體流速的馬赫數(shù)a來(lái)判別產(chǎn)生噪聲的程度，當(dāng)a<0.33時(shí)，噪聲小，可以忽略。表示為：a＝/s，a是衡量空氣壓縮性的最重要的參數(shù)，定義為物體速度與音速的比值，即音速的倍數(shù)。此處馬赫數(shù)a=0.3、音速s≈340 m/s；設(shè)模具行程為，滑塊行程為，沖次為P次/min，則沖壓一次時(shí)間為60/P（秒），一次沖壓過(guò)程占一次總行程的百分比為×2/×2，沖壓一次的時(shí)間占總時(shí)間的一半，則=，整理得到排氣截面積公式：

由于通氣孔截面積1=0.25π2，整理得到通氣孔數(shù)量公式：

3 排氣截面積公式應(yīng)用研究

將推理的排氣截面積公式應(yīng)用于所給的上述模具中進(jìn)行分析，根據(jù)模具的排氣體積、壓機(jī)滑塊行程為、沖次以及工作行程，計(jì)算各零件的凹模排氣截面積。凹模排氣體積為凸模型面最高點(diǎn)到壓料面之間體積，側(cè)圍某項(xiàng)目的排氣體積示意圖如圖5所示。

圖5 凹模排氣體積示意圖

各零件的排氣體積、對(duì)應(yīng)壓機(jī)的滑塊行程、模具沖次以及拉延深度如表2、表3所示。

表2 凹模排氣體積V及滑塊行程H

項(xiàng)目V1/mm3H1/mmV2/mm3H2/mmV3/mm3H3/mmV4/mm3H4/mm 側(cè)圍3.292×1081 2003.566×1081 1001.988×1081 3501.940×1081 300 頂蓋1.390×1081 1001.681×1081 1001.827×1081 2501.699×1081 250 門(mén)內(nèi)板1.970×1081 1002.399×1081 1001.825×1081 1003.079×1081 100 發(fā)蓋8.849×1071 2006.748×1071 2006.686×1071 4001.044×1081 400 門(mén)外板1.168×1081 1001.029×1081 4009.797×1071 4009.094×1071 400 翼子板1.385×1081 3508.308×1071 1008.761×1071 2003.982×1071 100

表3 模具沖次P及工作行程h

項(xiàng)目P1h1/mmP2h2/mmP3h3/mmP4h4/mm 側(cè)圍9230122601215515220 頂蓋15130161301613016130 門(mén)內(nèi)板20210202151619016190 發(fā)蓋15105151051513515135 門(mén)外板20135168016801680 翼子板1215512165915020120

將推理的公式計(jì)算得出的各零件排氣截面積整理如表4所示。

表4 凹模排氣孔截面積S

項(xiàng)目S1/mm2S2/mm2S3/mm2S4/mm2 側(cè)圍5 152.116 034.836 925.025 732.95 頂蓋5 882.657 583.589 368.328 711.54 門(mén)內(nèi)板6 880.698 161.365 326.649 507.23 發(fā)蓋5 056.443 854.173 466.995 414.61 門(mén)外板6 346.89 607.999 142.758 504.28 翼子板4 823.632 215.582 102.542 433.63

將通過(guò)公式計(jì)算得出的排氣截面與模具實(shí)際的排氣截面積作比，得出的比值如表5所示。

表5 排氣截面積理論值與實(shí)際值比值

項(xiàng)目C1C2C3C4均值C 側(cè)圍2.0512.1452.0652.1232.096 頂蓋1.9672.1292.022.0342.04 門(mén)內(nèi)板1.5411.4481.5741.6021.56 發(fā)蓋2.9573.3352.9423.2173.11 門(mén)外板2.9992.8343.1413.0163 翼子板1.5521.681.551.731.628

由表5可以看出，通過(guò)公式計(jì)算得出的排氣截面積與模具實(shí)際的排氣截面積差別比較大，比值都在1.5倍以上，發(fā)蓋和門(mén)外板達(dá)到3倍。產(chǎn)生的原因是在上述公式中，板料拉延成型的準(zhǔn)確時(shí)間無(wú)法測(cè)量，是通過(guò)模具行程與滑塊行程的比值乘以單次沖壓過(guò)程的時(shí)間，這與實(shí)際的拉延時(shí)間存在差異。因此，對(duì)上述公式進(jìn)行優(yōu)化，求取一個(gè)修正系數(shù)，用于計(jì)算排氣截面積，考慮誤差修正后的公式為：

式中：

=1.5，當(dāng)零件為門(mén)內(nèi)板、翼子板；

=2，當(dāng)零件為側(cè)圍、頂蓋；

=3，當(dāng)零件為發(fā)蓋、門(mén)外板。

將修正后的公式應(yīng)用于所給模具，得出修正后的排氣截面積如表6所示。

表6 凹模通氣孔截面積S

項(xiàng)目S1/mm2S2/mm2S3/mm2S4/mm2 側(cè)圍2 576.063 017.423 462.512 866.47 頂蓋2 941.333 791.794 684.164 355.77 門(mén)內(nèi)板4 587.135 456.063 551.096 338.15 發(fā)蓋1 685.481 284.721 155.661 804.87 門(mén)外板2 115.63 202.673 047.582 834.76 翼子板3 215.751 477.051 401.691 622.42

將修正后的排氣截面積按照模具實(shí)際直徑為6 mm和直徑為4 mm的通氣孔數(shù)量占比進(jìn)行分配，得出模具通氣孔數(shù)量的理論計(jì)算值如表7所示。

表7 凹模通氣孔數(shù)量

項(xiàng)目N1N2N3N4 側(cè)圍206217274210 頂蓋242133278251 門(mén)內(nèi)板155210268213 發(fā)蓋1019692124 門(mén)外板103113106118 翼子板161109112115

將公式計(jì)算得出的通氣孔數(shù)量與模具實(shí)際的通氣孔數(shù)量作比，得到的曲線(xiàn)通過(guò)傅里葉函數(shù)進(jìn)行三次擬合[3]，得到的曲線(xiàn)如圖6。

圖6 各零件通氣孔數(shù)量理論值與真實(shí)值比值

由表1、表5和圖6可以看出，通過(guò)修正后的公式計(jì)算得出的排氣截面積與模具真實(shí)的排氣截面積比較接近，因此，將來(lái)可用所推理的公式大致計(jì)算模具所需的排氣截面積。并且，各零件更改多次后最終的通氣孔數(shù)量與理論公式計(jì)算得出的通氣孔數(shù)量在數(shù)值上相當(dāng)接近，除了發(fā)蓋和門(mén)內(nèi)板有個(gè)別項(xiàng)目差別在10%以?xún)?nèi)，其余各項(xiàng)目數(shù)量差別均在5%以?xún)?nèi)，誤差在5%以?xún)?nèi)的比例在91%以上。由于排氣截面積與通氣孔本身數(shù)量基數(shù)較大，因此，依據(jù)此公式計(jì)算出的通氣孔數(shù)量比較可靠。

4 結(jié)論

通過(guò)對(duì)以往大量模具通氣孔數(shù)量與排氣截面積進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析，結(jié)合模具排氣體積、沖壓速度以及排氣截面積，提出了一種通氣孔排氣截面積理論計(jì)算公式。通過(guò)試驗(yàn)研究計(jì)算出的通氣孔數(shù)量理論數(shù)值與排氣能力滿(mǎn)足要求的模具的真實(shí)數(shù)值比較接近，浮動(dòng)范圍在5%以?xún)?nèi)的模具套數(shù)占比在91%以上，浮動(dòng)在10%以?xún)?nèi)的占比為100%，改善了傳統(tǒng)依靠經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)的通氣孔數(shù)量不足而反復(fù)修改加工模具的問(wèn)題，為今后通氣孔的設(shè)計(jì)起到一定的指導(dǎo)作用。

[1] 王新華.汽車(chē)沖壓工藝[M].北京:北京理工大學(xué)出版社,1999.

[2] 宋擁政.農(nóng)業(yè)機(jī)械工程機(jī)械沖壓件制造技術(shù)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2014.

[3] 陳杰平,陳無(wú)畏,祝輝,等.基于Matlab/Simulink的隨機(jī)路面建模與不平度仿真[J].農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào),2010,41(03):11-15.

Optimized Design of Drawing Mould Ventilators of Automobile Panels

YANG Yugui1, HU Dezhi1, LIU Biaojie2

( 1.Sichuan Chengfei Integrated Technology Co., Ltd., Sichuan Chengdu 610091;2.Chengdu Normal University, Sichuan Chengdu 610091 )

Poor exhausted and coloring capability, frequent changes of ventilators are discussed in this paper. Focus on formerly drawing mould, abundant ventilators’ number is analyzed. A theoretical formula about the design of ventilators is presented based on both theoretical simulation and practical experience instead of only experience. Section area and exhaust volume are both considered in this formula to improve repeated processing, high cost and long production cycle of mould, providing technical reference for future research of other mould ventilators.

Exhausted capability; Ventilators; Section area; Theoretical formula

U466

A

1671-7988(2021)20-166-04

U466

A

1671-7988(2021)20-166-04

10.16638/j.cnki.1671-7988.2021.020.042

楊玉貴（1991—），四川成都人，碩士研究生，四川成飛集成科技股份有限公司工程師，主要研究方向?yàn)槠?chē)外覆蓋件冷沖壓模具精度尺寸整改工作。