轎車整體式后地板沖壓工藝分析

2016-12-06  by:CAE仿真在線  來源:互聯(lián)網(wǎng)

目前,我國轎車后地板主要由三部分組成,為前后地板連接板、中地板和后地板。這樣,每個產(chǎn)品件制造難度相對較少,但材料利用率很低,同時沖壓成本成倍提高。為了解決上述問題,把前后地板連接板、中地板和后地板連接板合成一體,成為一個產(chǎn)品件,稱為整體式后地板(以下簡稱后地板)。在國外對于這樣的整體式后地板常采用雙動壓力機或采用二次拉延(拉延序采用兩個工序)進(jìn)行生產(chǎn)。為了提高生產(chǎn)效率,把此種后地板拉延工藝進(jìn)行優(yōu)化,模具設(shè)計結(jié)合氮氣彈簧提供上壓邊力,模具采用普通單動壓力機進(jìn)行生產(chǎn),從而提高生產(chǎn)效率,降低沖壓成本。

整體式后地板沖壓工藝分析

拉延工藝的設(shè)計決定拉延工藝的工序的成敗和產(chǎn)品件質(zhì)量,包括拉延方向、成形展開、拉延工藝的補充面、設(shè)計拉延面(壓料面)、分模線、拉延筋位置等。

拉延方向的確定應(yīng)遵循以下原則:⑴拔模角不能過小,保證凸模能進(jìn)入凹模;⑵凸模開始拉延時與板料的接觸面積盡可能要大;⑶壓料面應(yīng)保證板料能平放或過度平穩(wěn);⑷拉延深度應(yīng)均勻。

為了彌補制件在沖壓工藝上的缺陷,制件本身部分以外增加的必要材料稱為工藝補充面,工藝補充面應(yīng)考慮以下因素:⑴拉延時的進(jìn)料方向和速度;⑵壓料面的形狀和位置;⑶修邊工序?qū)に嚨囊?。工藝補充面和產(chǎn)品件合在一起構(gòu)成一個拉延工藝。

后地板產(chǎn)品結(jié)構(gòu)分析

由于整體式后地板形狀復(fù)雜,產(chǎn)品件高度較大,見圖1。

圖1 整體式后地板

產(chǎn)品件特征:后排座椅處深度為265mm;備胎處深度為155mm;而產(chǎn)品件其他面基本上為一個大平面,產(chǎn)品件空間尺寸為1635mm×1455mm×275mm。

后地板沖壓方向確定

沖壓加工時,產(chǎn)品件沖壓方向?qū)δ＞呓Y(jié)構(gòu)和產(chǎn)品質(zhì)量有著重要影響。確定沖壓方向時應(yīng)考慮工序內(nèi)容、產(chǎn)品件形狀以及產(chǎn)品件質(zhì)量要求、模具強度、經(jīng)濟(jì)要求、可操作性等。

對于后地板,結(jié)合沖壓加工信息,裝車狀態(tài)和拉延方向也是息息相關(guān),根據(jù)以上選擇,沖壓方向可以定為車身Z向(圖2b)。

后地板沖壓工藝分析

對于后地板拉延工藝而言,拉延深度非常大,首先要合理確認(rèn)分模線。按照后地板結(jié)構(gòu)特點和模擬分析,產(chǎn)品全部放在凸模上,將無法成形,且材料利用率較低?；谝酝蟮匕宥卫庸に嚱?jīng)驗,把此兩處特征形狀單獨成為一個凸模,這樣在成形過程中,兩個形狀分別拉延成形?；谝陨戏治?把此兩處形狀各成為一個凸模,后排座椅處形狀凸模固定,放在拉延模具下模上進(jìn)行成形;而備胎處形狀由于是凹形,把此形狀凸模放在上模進(jìn)行成形,產(chǎn)品的其余部位作為壓料面進(jìn)行成形。

按照以上分析及產(chǎn)品件壓料面補充,可以得到如圖2所示的拉延序沖壓工藝圖。

圖2 整體式后地板三動拉延沖壓工藝圖

經(jīng)過理論分析,把備胎和后座椅兩處形狀單獨分型,其余面作為壓料面,由此做出的壓料面型面緩和,易于板料流動。在成形過程中,備胎處形狀先成形,即第一次拉延成形,后排座椅處形狀再進(jìn)行成形,即第二次拉延成形。

后地板拉延工藝模擬

Auto Form軟件能直接由沖壓工程師在模具制造之前來完成模擬,其高質(zhì)量的分析結(jié)果,在縮短產(chǎn)品和模具的開發(fā)驗證時間、降低產(chǎn)品開發(fā)成本、提高產(chǎn)品質(zhì)量上效果顯著。經(jīng)過Auto Form軟件模擬分析,可以有效判斷沖壓工藝的可行性、產(chǎn)品件的成形性能、開裂位置、起皺位置和大小、回彈大小和方向等。整體式后地板采用Auto Form4.4軟件作為分析依據(jù),參數(shù)設(shè)置如表1所示。

表1后地板拉延工藝模擬參數(shù)的設(shè)置

圖3 模具打開狀態(tài)下的成形狀態(tài)

按照以上參數(shù)進(jìn)行分析,建立數(shù)學(xué)模型,模具打開狀態(tài)下成形狀態(tài)如圖3所示。根據(jù)上圖可一目了然看到產(chǎn)品件拉延成形運動方向,按照模擬運動過程,可分為兩個拉延階段。

⑴第一階段(第一次拉延成形)。后地板下模本體固定在單動帶下氣頂缸的壓力機下臺面上,上模本體固定在壓力機的上滑塊臺面上。上下模分別處于打開狀態(tài),通過壓力機的下氣缸把下壓邊圈頂起一個行程(此件的下壓邊圈行程為245mm),通過機械手把板料放在下壓邊圈上(件號4),板料定位由壓邊圈自帶感應(yīng)定位系統(tǒng)。在第一次拉延完成階段,下壓邊圈處于頂起狀態(tài),由下壓邊圈的氣頂壓力提供備胎處的成形力,首先拉延完成備胎處形狀,板件沖壓成形動態(tài)成形過程圖4所示。

圖4 第一次拉延成形動態(tài)過程

⑵第二階段。在成形過程中,由安裝在上壓邊圈的氮氣彈簧提供提供上壓料力,把圖2中的下壓邊圈分模線以內(nèi)的后座椅形狀成形,隨著上壓邊圈和下壓邊圈同步向下進(jìn)行,直至后排座椅處形狀成形完畢,壓邊圈上小形狀繼續(xù)成形到底,整個拉延過程完成,其運動過程如圖5所示。

圖5 第二次拉延成形動態(tài)過程

由圖5拉延工藝模擬狀態(tài)可以得出結(jié)論,按照此拉延工藝方案,產(chǎn)品件成形充分,在壓邊圈上的產(chǎn)品也無明顯疊料現(xiàn)象,產(chǎn)品件成形狀態(tài)良好。

后地板拉延制件狀態(tài)

通過Auto Form4.4軟件進(jìn)行模擬拉延動態(tài)運動過程,以及依靠經(jīng)驗進(jìn)行判定,模擬狀態(tài)滿足工藝要求,再通過后期的模具鉗工調(diào)試,拉延制件滿足拉延工序件質(zhì)量要求,拉延工序件如圖6所示。

圖6 后地板到底后拉延制件狀態(tài)

整體式后地板拉延模具

拉延件沖壓工藝及分析得到充分驗證并且可行之后,下一步就要進(jìn)行模具設(shè)計,模具需要滿足模具在壓機上的安裝要求、模具的生產(chǎn)匹配要求、模具要滿足沖壓工藝、模具的強度要求、模具鑄造性能、模具加工要求等幾個要素。

后地板拉延模具結(jié)構(gòu)圖

拉延模具一般包括凸模、凹模、壓邊圈。而三動拉延模具則把壓邊圈分為上壓邊圈和下壓邊圈。圖7所示為后地板三動拉延模具凸模部分、壓邊圈部分、凹模部分裝配圖。

圖7 整體式后地板三動拉延模具結(jié)構(gòu)剖面圖

由于大壓力氮氣彈簧的發(fā)展和在汽車模具工業(yè)的普及,需要提供90~120t的壓邊力,且壓縮深度達(dá)到150mm以上,普通矩形彈簧已無可能,而氮氣彈簧的發(fā)展彌補了這一空缺,為使用彈簧提供壓邊力起到了不可或缺的左右。圖7中的氮氣彈簧(件號6)選用標(biāo)準(zhǔn)型號為:TU5000-200,行程初始可提供壓力達(dá)到4.7t;行程達(dá)到10mm時,其壓力可以達(dá)到5.0t;行程達(dá)到150mm時,此氮氣彈簧可以達(dá)到的壓力約為7.5t。拉延模具共選擇18個氮氣彈簧作為壓邊圈的壓力源,初期提供壓料力共計約為90t,為后地板的壓邊力提供了有力保障。

結(jié)語

⑴就整體式后地板的三動拉延工藝進(jìn)行分析,采用UG軟件進(jìn)行建模,通過Auto Form4.4軟件進(jìn)行模擬,結(jié)合實際生產(chǎn)過程,此拉延工藝方案可以滿足生產(chǎn)要求,此種工藝已經(jīng)得到生產(chǎn)驗證;

⑵采用UG軟件作為模具圖紙設(shè)計,通過對模具裝配圖的實例分析,為整體式后地板在轎車的推廣提供了理論依據(jù),為以后的整體式后地板的拉延工藝的設(shè)計和模具結(jié)構(gòu)設(shè)計提供了依據(jù);

⑶為以后具有大型凸凹結(jié)構(gòu)的產(chǎn)品件實現(xiàn)高質(zhì)量的沖壓工藝提供了依據(jù),提升了白車身開發(fā)性能。

——節(jié)選自《鍛造與沖壓》2016年第22期

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