背門內板淺成型工藝開發與模具設計

劉磊

柳州福臻車體實業有限公司 廣西柳州市 545006

背門內板是汽車覆蓋件中關鍵零件之一，有成型難度高，材料利用率低等問題，如何提高背門內板的零件質量，以及通過提高材料利用率降低制造成本，這是汽車設計開發和模具開發者面臨的一大問題。本文主要介紹淺拉延在背門內板零件上的應用，利用CAE分析軟件，確保零件成品質量的前提下提高背門內板材料利用率，降低生產制造成本。

1 零件成型工藝分析

下圖所示為汽車背門內板的零件數模，材質為CA-DC05-FD-Q/JDJ-GY66-2015，料厚0.7mm，零件外形尺寸為：1390mm x 1220mm x 320mm，主機廠對材料利用率要求為56%，鑒于之前對背門內板的統計分析來看，材料利用率基本在50%左右，距離客戶的要求56%還差的比較遠，如果用傳統的拉延方式，必然達不成客戶的要求，在此基礎上考慮采用淺拉延提高材料利用。

1.1 前期的零件數模分析評估

①根據經驗分析，此零件風險點最大的位置在窗框位置的膠條密封面上，此處零件形狀呈V型，工藝性差，容易產生起皺問題，密封面質量要求高，因在此位置的數模必須細化，在保證零件各方面要求的前期下，經過CAE軟件模擬分析，對零件的形狀、尺寸、精度要求等提出合理化建議，CAE分析的結果如下圖：

②根據CAE分析結果，圖示出在密封面局部R處造型急劇，加大起皺風險，提出工程變更申請書（ECR，engineering change report）進行設變，更改零件造型，消除尖角平順處理型面，通過過程查看發現，此兩處起皺在成型過程已經出現，另外針對數模的一些不合理的地方提出的ECR，做出設變數模，做CAE分析驗證，確保有效改善。ECR是前期數模溝通的重要手段，用來消除數模開發的一些工藝不合理問題，為后期模具開發制造提供保障。詳見下圖：

1.2 零件工藝補充與CAE模擬分析

①要達成57%的材料利用率，此零件的拉延補充部分要盡量少，因此選用了淺成型拉

延，壓料面高過零件最低點，盡量抬高壓料面，上模增加外壓邊圈，在凹模接觸料前開始壓料，確保拉延穩定性，具體工藝補充面如下圖所示：

②CAE分析設置如下，比普通的拉延相比，上模增加了周圈壓料，上壓料板Pad壓力設為定值20T，內壓邊圈壓力40T，外壓邊圈壓力100T，摩擦系數0.17；

③經過多次計算驗證，最終得到了一個最優化的結果，并在最優化結果的基礎上進行極限CAE分析，使得零件的CAE分析狀態在規定的一個區間內保持穩定，利于后期現場調試經過優化后的CAE，窗框起皺風險部分在成型過程中的起皺現象消除，處于一個可控的范圍。

2 拉延模具結構

根據CAE分析結果和工藝排布，整體布置結構見如下圖所示：

模具外形尺寸：2560mm x 2120mm x 1100mm。

模具材料：內壓邊圈、凸模、外壓邊圈、壓料板、凹模采用TGC600材質，局部表面淬火，熱處理硬度50HRC以上，下模座采用HT300鑄鐵材質。

力源與行程：上模壓料板Pad采用氮氣彈簧作為力源，壓料力大小為20T，行程為100mm，下模內與外壓邊圈采用機床的頂桿作為力源，壓邊力大小為140T，行程為120mm。

限位方式：上壓料板采用側銷作為工作和安全限位，下壓邊圈采用等高套筒加螺桿作為安全限位，上模壓力源采用的氮氣彈簧串聯，方便后期制作對壓料力的控制，以及生產過程中監控壓料力，見上右圖所示。

3 實際零件狀態

現場實際制作出來的零件經過調試，零件面品沒有問題，密封面無起皺現象，零件合格率95.5%按時交付客戶，到達客戶處生產狀態穩定。零件材料利用率達到57.8%，超額達成既定目標。

4 結語

通過對汽車背門內板的數模分析設變、CAE工藝分析，通過三動淺成型拉延的方式，在保證板件品質的基礎上提供了材料利用率，這種方式為其他車型的背門內板、轎車的尾箱內板以及其他覆蓋件的拉延提供了新的思路參考。