轎車整體式后地板沖壓工藝分析

文/徐長敏·北京汽車股份有限公司生技中心

轎車整體式后地板沖壓工藝分析

文/徐長敏·北京汽車股份有限公司生技中心

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小，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）進行生產(chǎn)。為了提高生產(chǎn)效率，把此種后地板拉延工藝進行優(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)計決定其工序的成敗和產(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，保證凸模能進入凹模；⑵凸模開始拉延時與板料的接觸面積要盡可能大；⑶壓料面應(yīng)保證板料能平放或過渡平穩(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蟆９に囇a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。

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)濟要求、可操作性等。

圖1 整體式后地板

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)的，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。基于以往后地板二次拉延工藝經(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。基于以上分析，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行成形，產(chǎn)品的其余部位作為壓料面進行成形。

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。

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。

圖2 整體式后地板三動拉延沖壓工藝圖

表1 后地板拉延工藝模擬參數(shù)的設(shè)置

按照以上參數(shù)進行分析，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。

圖3 模具打開狀態(tài)下的成形狀態(tài)

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)過程如圖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。

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軟件進行模擬拉延動態(tài)運動過程，以及依靠經(jīng)驗進行判定，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。

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，下一步就要進行模具設(shè)計，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、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5 第二次拉延成形動態(tài)過程

圖6 后地板到底后拉延制件狀態(tài)

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作用。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到4.7t；行程達到10mm時，其壓力可以達到5.0t；行程達到150mm時，此氮氣彈簧可以達到的壓力約為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)論

⑴就整體式后地板的三動拉延工藝進行分析，采用UG軟件進行建模，通過Auto Form4.4軟件進行模擬，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。