基于CAE技術(shù)的汽車座椅配件沖壓分析與設(shè)計優(yōu)化*

諸進(jìn)才，胡艷娥，李兆飛

（廣州鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)械與電子學(xué)院，廣東廣州 510430）

0 引言

圖1 所示為日產(chǎn)某系列小轎車座椅配件的產(chǎn)品圖，材料為BLD，料厚1.5 mm，生產(chǎn)批量為10萬次。沖壓工藝包括沖孔和成型等工序，成形后需要保證斜面上兩孔的位置精度。產(chǎn)品料厚較大，往內(nèi)壓延成型可能造成的回彈、拉裂等成形缺陷是本模具設(shè)計面臨的關(guān)鍵技術(shù)問題，所以要求合理設(shè)計加工工序以保證各面的位置精度。

過去類似產(chǎn)品用幾套單沖模單工序沖制而成，但在生產(chǎn)過程中，零件需多次定位，產(chǎn)品尺寸不穩(wěn)定，沖壓操作也不方便，生產(chǎn)效率極低[1]。為了解決這些問題，根據(jù)產(chǎn)品的特點(diǎn)及生產(chǎn)綱領(lǐng)，設(shè)計由一副級進(jìn)模完成所有沖壓工序。經(jīng)計算[2]，制件的最小切邊長度及最小凸包半徑均滿足成形要求，材料在垂直于纖維方向和平行于纖維方向最小彎曲半徑也均滿足要求。

圖1 座椅固定配件零件圖

1 工藝計算及設(shè)計

進(jìn)行排料及材料利用率的計算，選擇合理的進(jìn)料方式，定制出搭邊值，并確定出條料的寬度，并力求取得最佳的材料利用率[3]。在沖壓件的成本中，材料費(fèi)所占比例在60%以上[4]，因此，合理排樣對提高材料利用率、降低產(chǎn)品成本有著重要意義。基于FormingSuite軟件對鈑金件進(jìn)行自動的展開計算，材料利用率為65%，展開效果如圖2所示。

圖2 應(yīng)用FormingSuite軟件對鈑金件自動展開計算

2 零件工藝和排樣設(shè)計

條料排樣圖的設(shè)計是多工位級進(jìn)模設(shè)計的重要依據(jù)，是決定級進(jìn)模優(yōu)劣的主要因素之一。條料排樣設(shè)計的好壞，直接影響模具設(shè)計的質(zhì)量，最終將影響沖壓件的質(zhì)量。當(dāng)條料排樣圖確定了，則零件的沖制順序、模具的工位數(shù)及各工位內(nèi)容、材料的利用率、模具步距的基本尺寸、定距方式、條料載體形式、條料寬度、模具結(jié)構(gòu)、導(dǎo)料方式等都得到了確定。排樣圖設(shè)計錯誤，會導(dǎo)致制造出來的模具無法沖壓零件。因此，在設(shè)計條料排樣圖時，必須認(rèn)真分析，綜合考慮，進(jìn)行合理組合和排序。

在排樣設(shè)計時適當(dāng)設(shè)置空位工位，以保證模具具有足夠的強(qiáng)度，避免凸模安裝時相互干涉，同時也便于試模調(diào)整工序時利用。由于該客戶生產(chǎn)能力較生產(chǎn)批量低，排樣設(shè)計采用一模兩件（雙排），使之在模具上提高效率。用自動送料機(jī)構(gòu)送料時，用導(dǎo)正銷精確定距。為保證條料送進(jìn)的步距精度，第一工位安排沖導(dǎo)正孔，第二工位設(shè)置導(dǎo)正銷。

根據(jù)對產(chǎn)品的分析，初步擬定采用9 道工序，依次為：沖孔—沖孔—沖孔—空步—成形—空步—打平—沖孔—切斷。排樣的搭邊值為6 mm，送料的實(shí)際步距為120 mm。為保證產(chǎn)品的順產(chǎn)和連料的強(qiáng)度擬定原材料的寬度為248 mm，模具長度為1 118 mm。初步擬定的排樣圖如圖3所示。

圖3 初步排樣方案

3 成形工序的可行性分析

級進(jìn)模的設(shè)計需要保證材料消耗少、工序數(shù)目少、模具壽命長、產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定和操作安全方便等技術(shù)要求。由于排樣中有壓延成形工序，成形過程較復(fù)雜，為保證能夠?qū)崿F(xiàn)最終產(chǎn)品要求，本文基于CAE 技術(shù)，應(yīng)用FormingSuite 軟件將成形工序單獨(dú)進(jìn)行成形模擬分析，通過反復(fù)論證發(fā)現(xiàn)鈑金件在壓延成形的工藝過程其兩個尖角部分容易出現(xiàn)拉裂而造成模具失敗，如圖4 圈出部位所示。

為防止鈑金在拉延成形工序出現(xiàn)制件拉裂而破壞，在成形和打平工序之間插入了整形工序，即將成形凸模的凸緣部分磨平緩，使得材料在拉延成形過程中不至于突然變化過大而出現(xiàn)拉裂破壞，然后通過整形工序完成鈑金件的精確成形，從而保證級進(jìn)模的成形過程穩(wěn)定。最終確定的排樣方案如圖5所示。

4 模具結(jié)構(gòu)

圖6所示為模具結(jié)構(gòu)。

該模具的設(shè)計中，有幾個關(guān)鍵的部位需要特別注意：

（1）該級進(jìn)模具共有12 個工位，步距為120 mm，模具尺寸較大，故應(yīng)采用典型的組合子模結(jié)構(gòu)，以便于模具的加工制造、裝配和調(diào)試，同時也解決了熱處理變形對模具制造精度帶來的影響；

（2）為了便于模具的加工、更換和維修，部分零部件采用可卸式結(jié)構(gòu)，凹模板采用獨(dú)立鑲件結(jié)構(gòu)。

圖4 基于FormingSuite軟件的成形仿真報告

圖5 最終確定的排樣方案

圖6 模具結(jié)構(gòu)圖

此外，該模具具有誤送檢測裝置、防廢料上浮的二度保護(hù)裝置，可以很好地避免砸模，保證模具不受損傷，提高模具壽命。圖7所示為模具成品及條料成品實(shí)物圖。

圖7 模具成品實(shí)物圖

5 結(jié)論

本文嘗試基于CAE 技術(shù)在模具設(shè)計階段對級進(jìn)沖壓工藝過程進(jìn)行模擬仿真，提前預(yù)知產(chǎn)品可能出現(xiàn)的缺陷并提出相應(yīng)的解決方法，相比傳統(tǒng)的模具制造過程節(jié)省了大量的修模時間，縮短了交貨期。模具一次試模成功，已投入生產(chǎn)使用。自動送料，定位、導(dǎo)向準(zhǔn)確。沖孔、成形、整形動作靈活可靠，生產(chǎn)的汽車座椅固定架鈑金件質(zhì)量符合設(shè)計要求，生產(chǎn)率高，為企業(yè)帶來了良好的經(jīng)濟(jì)效益。

［1］鄒棟林.多工位精密復(fù)雜接插件級進(jìn)模設(shè)計研究［D］.蘭州：蘭州理工大學(xué)，2007.

［2］陳炎嗣.多工位級進(jìn)模設(shè)計手冊［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2011.

［3］劉占軍.級進(jìn)模沖件在排樣上排列與連接的關(guān)鍵技術(shù)研究［J］.機(jī)械設(shè)計與制造，2006（1）：174-175.

［4］洪慎章.多工位級進(jìn)模設(shè)計實(shí)用技術(shù)［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2010.