彭金，劉文選，石光林

（廣西科技大學(xué) 機(jī)械與汽車工程學(xué)院，廣西 柳州 545616）

0 引言

汽車覆蓋件與一般沖壓件相比，具有材料薄、形狀復(fù)雜、自由曲面多以及表面質(zhì)量要求高等特點(diǎn)[1]。汽車覆蓋件成型時(shí)，坯料各部分的形變狀態(tài)很復(fù)雜，各處的應(yīng)力不均勻。一個(gè)零件的成形往往需要拉深、修邊、沖孔、翻邊、整形等多道工序才能夠完成。這不僅對(duì)零件沖壓成型工藝過(guò)程有高要求，而且對(duì)模具的結(jié)構(gòu)增加了難度。采用板料成形軟件Dynaform對(duì)商用車司機(jī)座椅固定板拉深成形進(jìn)行模擬分析，得到合理拉延工藝參數(shù)，為實(shí)際成產(chǎn)提供理論依據(jù)，最終設(shè)計(jì)出整套拉延模具。

1 零件工藝方案分析

商用車司機(jī)座椅固定板零件，如圖1所示。其材料是DC04，極限減薄率為0.23，板厚1.5 mm。零件表面結(jié)構(gòu)復(fù)雜，空間曲面多，拉深深度差大，孔較多，側(cè)孔分布不均勻。

圖1 零件三維模型

零件為非對(duì)稱零件，單個(gè)成形，不僅浪費(fèi)材料，而且生產(chǎn)效率低。因此設(shè)計(jì)成對(duì)稱拉深，可以提高生產(chǎn)效率，節(jié)約成本。根據(jù)制件的最終形狀，可以初步確定商用車司機(jī)座椅固定板制件的成形所需工序有：拉深、修邊、沖孔、翻邊。針對(duì)零件結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，設(shè)計(jì)出零件的沖壓方案見(jiàn)表1。

表1 零件的沖壓方案

拉深制件模型，如圖2所示。

圖2 拉深制件模型

2 Dynaform仿真分析

通過(guò)利用板料成形軟件Dynaform對(duì)零件拉延成形過(guò)程進(jìn)行模擬，以便精準(zhǔn)判斷出零件在拉延過(guò)程中出現(xiàn)拉裂或者起皺的部位，及時(shí)調(diào)整模具結(jié)構(gòu)。

將模型以IGS格式導(dǎo)入軟件Dynaform中，通過(guò)軟件自帶的工具，設(shè)置生成拉延工序所需要的凸模、凹模、壓邊圈等成形工具。

經(jīng)過(guò)Dynaform軟件仿真，得到拉深成形的成形極限圖和厚度分布圖，分別如圖3和圖4所示。

由圖3可以看出，絕大多數(shù)區(qū)域是理想表面，中間少數(shù)表面成形不夠充分，周圍存在少數(shù)有起皺趨勢(shì)的區(qū)域，雖然有成形不充分和輕微起皺的區(qū)域，但是不屬于重要表面，后續(xù)修邊工序會(huì)切除，不影響零件表面質(zhì)量，同時(shí)也沒(méi)有出現(xiàn)拉裂的現(xiàn)象。但是由圖4可知，成形后的板料最小厚度出現(xiàn)在拉深深度最深的圓角處，最有可能拉裂的地方。在實(shí)際試模中需要注意拉深深度最深的圓角帶區(qū)域，避免拉裂，必要時(shí)增大凹模圓角半徑，降低進(jìn)料阻力，以免出現(xiàn)拉裂現(xiàn)象[5]。

圖3 成形極限圖

圖4 厚度分布圖

通過(guò)Dynaform仿真得到的成形結(jié)果，得到拉深成形所需要的拉延力以及壓邊力。如表2所示。

表2 部分成形參數(shù)

3 拉延模具主要結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

3.1 壓邊圈結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

本套拉延模具為倒裝模具，其導(dǎo)向結(jié)構(gòu)采用導(dǎo)板導(dǎo)向，導(dǎo)向間隙值為。其中，凸模與壓邊圈采用內(nèi)導(dǎo)向，凹模與壓邊圈采用外導(dǎo)向，各布置8對(duì)導(dǎo)向板。為了平衡壓邊圈的壓邊力以及模具的使用壽命，在壓邊圈上均勻布置有8個(gè)平衡塊和在下模座的上面安裝對(duì)應(yīng)的調(diào)壓墊塊。同時(shí)，為了防止拉深成形時(shí)，坯料跑料，在壓料面四個(gè)角邊長(zhǎng)的1/6處上安裝定位具。壓邊圈的結(jié)構(gòu)，如圖5所示。

圖5 壓邊圈

3.2 凸模結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

拉延凸模的輪廓，取拉延件側(cè)壁與壓面料的交線，在拉延件側(cè)壁為垂直面時(shí)，為防止輪廓加工傷及側(cè)壁，輪廓向外（或向內(nèi)）移2 mm[2]。凸模結(jié)構(gòu)如圖6所示。凸模的工作部分厚度為50 mm，支承壁厚度為40 mm。在凸模上沿壓料面有一段50 mm的直壁必須加工，同時(shí)在直壁加工面與非加工面有一段15 mm的距離。

圖6 凸模

對(duì)凸模內(nèi)部進(jìn)行陶沙處理，并且內(nèi)部設(shè)計(jì)加強(qiáng)筋。因?yàn)橥鼓Ｅc下模座分開(kāi)，所以在凸模上設(shè)計(jì)鎖模腳，用來(lái)安裝、固定。同時(shí)需要在凸模的凹處設(shè)計(jì)排氣孔，有利于模具合模成形時(shí)，氣體排出。

3.3 凹模結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

商用汽車司機(jī)座椅固定板拉延模具凹模結(jié)構(gòu)為整體式。壓邊圈與凹模導(dǎo)向不需要全程接觸在一起，所以耐磨板的長(zhǎng)度可以選用比壓邊圈和凸模導(dǎo)向的耐磨板尺寸小。在凹模上設(shè)計(jì)出定位具避讓孔、導(dǎo)向觀察孔以及排氣孔。凹模內(nèi)部進(jìn)行淘沙處理，并設(shè)計(jì)加強(qiáng)筋。同時(shí)為確認(rèn)拉延模具合模時(shí)是否到底，因在凹模上不影響零件質(zhì)量處布置到底標(biāo)記。凹模結(jié)構(gòu)如圖7所示。

圖7 凹模

4 試模

為驗(yàn)證所設(shè)計(jì)的拉延模具和Dynaform仿真數(shù)據(jù)能否用于實(shí)際生產(chǎn)中，對(duì)工藝參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，設(shè)置拉延力為5000 kN，壓邊為400 kN，對(duì)板料進(jìn)行試驗(yàn)。如圖8所示，為實(shí)際成產(chǎn)中得到的拉延制件。由圖8可以看出，所得制件表面質(zhì)量良好，沒(méi)有明顯的缺陷，滿足生產(chǎn)要求，也驗(yàn)證了所設(shè)計(jì)的拉延模具符合實(shí)際生產(chǎn)要求。

圖8 實(shí)際拉延制件

5 結(jié)論

綜上，得出以下結(jié)論：

（1）分析汽商用汽車司機(jī)座椅固定板零件的結(jié)構(gòu)工藝特點(diǎn)，設(shè)計(jì)合理的沖壓方案。并采用板料沖壓成形軟件Dynaform對(duì)零件拉延成形進(jìn)行模擬分析，得到合理的沖壓參數(shù)，拉延力4000 kN，壓邊力500 kN。

（2）利用UG作為計(jì)算機(jī)輔助工具設(shè)計(jì)出拉延模具的主要結(jié)構(gòu)零部件并進(jìn)行裝配。

（3）采用模擬分析得到的沖壓參數(shù)進(jìn)行試模，制件成形質(zhì)量良好，符合實(shí)際生產(chǎn)要求。