前大梁A沖壓工藝改進

韋樂俠，周　林

（柳州五菱汽車工業有限公司，廣西 柳州545007）

0　前言

進入21世紀以來，我國的汽車行業得到飛速發展，新的車型不斷出現，市場競爭日益加劇。主機廠為了提升自己的競爭力和生存能力，對零部件的外觀和尺寸質量的要求不斷提升，同時，也在不斷降低零件的采購成本。材料成本占零件生產費用的60%~70%，如何在保證零件外觀、尺寸質量的前提下，盡可能的提高材料利用率便成為了零部件生產企業的重中之重。

1　零件及其現有沖壓工藝簡介

1.1　零件簡介

前大梁A是我公司承接的某車型汽車內板件零件，在一輛車中分別有左、右兩件，零件外形輪廓呈鏡像對稱。左/右前大梁A分別隸屬于左/右前縱梁總成。零件材質為高屈服強度板料B280VK，料厚1.4 mm，零件簡圖如圖1所示。

圖1　前大梁A零件示意圖

1.2　零件現有沖壓工藝簡介

前大梁A的模具是客戶開發，我司租借使用.該零件現有的沖壓工藝有4道工序（見圖2），使用等腰梯形料沖壓生產，采用手動線生產零件，需要10名工人，工藝排布很合理，能有效地保證零件質量。

圖2　前大梁A的沖壓工藝

1.3　模具生產使用的相關信息介紹

自前大梁A量產以來，總產量已經達到65萬件，已經超過模具的設計壽命60萬件，但其所屬車型的銷量依然堅挺，從顧客銷售部門了解到的未來兩年該車型預計還會有30萬輛車的銷量，即預示模具還需要生產零件約30萬件。經我司沖壓ME查驗模具，現有模具已經比較殘破，雖然還能暫時滿足生產，但模具多處已經出現嚴重磨損（見圖3），有造成的零件質量下降或模具突然損壞等可能引起停線的風險。為了滿足客戶的需求，需要立即開發備用模具。

圖3　現有前大梁A模具已經出現破損

2　新開發的備用模具需要考慮的一些工藝問題

如上文所述，現有前大梁A的沖壓工藝做的很合理，已經穩定生產合格零件數十萬件，本次開發備用模，不打算對沖壓工藝內容進行更改。但我司在生產過程中發現，該零件的廢料比較多，而且采用的是等腰梯形板料，在采購板料時，異形板料的價格比矩形板料要貴10%.公司需要發展，需要利潤，新開發的模具要考慮工藝優化，降低生產成本。

2.1　材料利用率低的原因分析

現有模具的沖壓工藝設計的非常好，但模面工程設計不合理，如圖4所示，區域A廢料太多，而且直接影響到了板料的寬度；區域B廢料太多，直接影響了板料的長度；區域C可做進一步優化，可以減少板料長度、寬度。新開發的模具必須優化模面工程，提升材料利用率。

圖4　現有模具的拉延模面工程設計不合理

2.2　影響板料采購成本的工藝設想

如2.1中所述，圖4中的區域A、C都會影響到板料的寬度，那是不是將區域A、C優化后能使梯形料變成矩形料？或者至少變成直角梯形料呢？這樣就可以降低板料的采購成本了。

將圖4中的區域A、C邊緣以圓滑曲線（圖5中黑色長曲線）連接后發現，再用曲線D與現有的凸模分模線附件圓角連接，圖4中等腰梯形板料上方的斜邊大致可以降低到圖5的雙點劃線位置，該點劃線與等腰梯形的兩條直邊已經近似成90°角了。如果該方案可行，我司可采用簡單落料模，以無廢料落料的方式將一塊矩形料落成兩塊等腰梯形料（見圖6），這樣也可以降低材料采購的成本。

圖5　改變板料形狀的工藝設想

圖6　直角梯形板料的無廢料落料

3　新開發的備用模具的拉延模面工程設計

要獲得一個良好的覆蓋件，關鍵在于選擇合理的沖壓方向，增加必要的工藝補充，調節變形阻力，構成一個包容有效的拉延形體，使被拉延材料盡可能地經受充分而均勻的塑性變形，達到最少的材料消耗[1]。根據對現有模具的沖壓工藝和模面工程的優劣分析，重新設計拉延模面工程并放置直角梯形板料如圖7所示，工藝數模的大端頭做了整體的圓弧處理，為了最大可能的提升材料利用率小端頭采用開放式拉延，以便在CAE模擬分析時和后期模具調試時精確的縮短等腰梯形板料的直角邊尺寸。

圖7　新開發的備用模具的拉延模面工程設計

4　新模面工程設計的CAE模擬分析結果

本文選用的CAE軟件是DYNAFOEM，因為DYNAFOEM可模擬預壓邊、拉延、翻邊、彎曲、多工步成形等過程，能預測板料起皺、拉裂、回彈、壓痕、料厚變化、拉延筋布置及壓力機噸位等工藝參數[2]，并且，該軟件是我公司購買的正版軟件。分析結果如圖8和圖9所示，在拉延件的零件區域并未出現開裂風險，補充面區域出現的開裂風險可以在實際模具調試時通過放大模具圓角、拉延筋形狀來消除；零件到底前3 mm并未出現不可接受的起皺，總體來說平整度較好。

（續下圖）

（接上圖）

圖8　新開發的備用模具的拉延CAE分析成型極限圖

圖9　新開發的備用模具的拉延CAE分析到底前3 mm拉延件表面起皺情況

5　采用新的模面工程開發模具后能產生的價值

比對現有模具，采用新的模面工程開發模具后能產生的價值如表1所示。

表1　現有及采用新模面工程開發模具價值對比

B280VK的卷料價格約為8 000元/t，前大梁A在一輛汽車中分別有左右兩件，30萬臺車需要生產前大梁A共60萬件。采用新的模面工程設計拉延模后，經計算，每生產一件前大梁A約能節省材料費用約6元，能節省板料采購費用約0.5元，生產60萬件零件，能為公司節省約390萬元。

6　結束語

零件生產成本中，材料成本約占60%~70%，如何在零件的沖壓工藝開發時，在保證零件外觀、尺寸、強度的前提下，盡可能的提高材料利用率、降低生產成本，是工藝人員必須考慮的問題。同時，汽車零部件沖壓的技術和CAE分析軟件發展至今已經非常成熟，有效地利用身邊的成熟資源，在繼承、學習前人知識的基礎上進行改進，乃至創新，這是年輕技術員快速成長的捷徑之一。