基于AutoForm的前橫梁地板沖壓工藝設(shè)計(jì)優(yōu)化

郝軍偉，秦 輝，王南艷，李玉華，包安華，劉芳亮

東風(fēng)汽車股份有限公司輕型商用車分公司（湖北襄陽(yáng) 441004）

1 引言

汽車覆蓋件主要是指構(gòu)成駕駛室和車身的表面零件，分為外覆蓋件和內(nèi)覆蓋件。內(nèi)覆蓋件是車身內(nèi)部的覆蓋件，它們被覆蓋上內(nèi)飾件或被車身的其它零件所擋住而不能被直接看到。內(nèi)覆蓋件板料厚、外形多樣、沖壓工藝復(fù)雜。東風(fēng)汽車股份有限公司新一代輕卡所用的前橫梁地板，其特點(diǎn)是板料厚、拉伸深、工序多、產(chǎn)量大，計(jì)劃年產(chǎn)量約10萬(wàn)件。為了降低模具制造及生產(chǎn)成本、提高模具的壽命，需對(duì)該制件的沖壓工藝進(jìn)行設(shè)計(jì)并優(yōu)化。

2 制件特征

制件名稱：前橫梁地板，制件所用材質(zhì)：熱軋板SPHE，料厚2.3mm；外形尺寸：長(zhǎng)寬高1,790×178×116mm。該制件為長(zhǎng)條梁類件，拉伸深度達(dá)到117mm，生產(chǎn)難度大。制件形狀及裝車位置如圖1 所示，該制件位于地板總成前端，前端與前圍總成搭接，兩端與左右側(cè)圍總成搭接，2-φ20mm 孔為車身地板的主定位孔，該制件還具有一定的承重作用。

新舊制件對(duì)比如表1所示。

圖1 前橫梁地板形狀及裝車位置

表1 新舊制件特征對(duì)比

新舊制件外形尺寸，各處特征基本一致，沖壓工藝類似，新制件為適應(yīng)新車型重新設(shè)計(jì)，法蘭面由波浪式改為臺(tái)階式，壓料面接近為平面，成形性更好。

3 沖壓工藝設(shè)計(jì)優(yōu)化

3.1 沖壓工藝設(shè)計(jì)

汽車覆蓋件沖壓工藝設(shè)計(jì)的內(nèi)容主要包括:審查制件結(jié)構(gòu)的工藝性；確定最合理的工藝方案、工序數(shù)和順序；確定毛坯的形狀和外形尺寸，制定材料消耗定額；選定模具結(jié)構(gòu)形式，選定毛坯和制件的送、下料方法和方向；壓力機(jī)的型號(hào)、數(shù)量和生產(chǎn)流程。

AutoForm軟件具有強(qiáng)大功能，可用于金屬板材成形工藝和制件的數(shù)字化規(guī)劃和驗(yàn)證，能夠快速創(chuàng)建和評(píng)估工藝方案。由于軟件可自動(dòng)檢測(cè)輸入的CAD 零件數(shù)據(jù)的幾何特征（例如翻邊、孔、邊界），因此可以非常快速地創(chuàng)建備選工藝方案，生產(chǎn)出滿足制造規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)的高質(zhì)量、低成本制件。該軟件可提高工藝規(guī)劃的可靠性以滿足質(zhì)量和成本目標(biāo)，并可將工藝方案直接轉(zhuǎn)化進(jìn)行工藝設(shè)計(jì)和工藝驗(yàn)證實(shí)施。

在AutoForm 軟件里，建立一個(gè)新文件，導(dǎo)入前橫梁地板制件數(shù)模*.igs，選擇板料厚度和材料牌號(hào)。開(kāi)始進(jìn)行工藝設(shè)計(jì)，確定沖壓方向從拉伸工序開(kāi)始，然后制定以后各工序的沖壓方向。

（1）拉伸工序的設(shè)置：①拉伸方向不但決定了能否拉伸出滿意的覆蓋件，而且影響到工藝補(bǔ)充部分的多少，以及后續(xù)工序的方案。拉伸方向應(yīng)盡量使拉伸深度差最小，保證材料流動(dòng)和變形分布均勻。由于前橫梁地板制件形狀上有對(duì)稱側(cè)壁及法蘭要求，決定了拉伸方向不能改變，將制件法蘭面旋轉(zhuǎn)至水平作為壓料面，這樣在制件進(jìn)行拉伸成形過(guò)程中，拉伸穩(wěn)定性好，如圖2所示；②拉伸壓料面、工藝補(bǔ)充的確定：壓料面有兩種：一種是壓料面就是覆蓋件本身的一部分；另一種是由工藝補(bǔ)充部分補(bǔ)充而成。壓料面就是覆蓋件本身的一部分時(shí)，由于形狀是既定的，如圖3a 所示，制件兩端頭法蘭面作為拉伸工藝補(bǔ)充臺(tái)階面，但CAE分析結(jié)果該處出現(xiàn)側(cè)壁開(kāi)裂現(xiàn)象，如圖3b所示，為了便于拉伸，將該處側(cè)壁形狀做局部修改，降低制件兩端頭側(cè)壁拉伸深度，如圖3c 所示，在后工序中進(jìn)行整形以達(dá)到覆蓋件凸緣面的要求如圖3d所示。

圖2 前橫梁地板沖壓方向確定

圖3 前橫梁地板兩端頭法蘭面的確定

（2）修邊沖孔工序安排及修邊廢料的分塊：①修邊就是將拉伸件修邊線以外的部分切掉。修邊方向選擇首先要保證修邊質(zhì)量，修邊方向設(shè)計(jì)時(shí)力求與拉伸件型面垂直，該夾角的大小一般不應(yīng)小于75°，如果太小，材料不是被切斷而是被撕開(kāi)，嚴(yán)重的會(huì)影響修邊質(zhì)量；②由于覆蓋件在修邊模中的擺放位置只能是一個(gè)，如果采用修邊沖孔復(fù)合工序，沖壓方向在同一工序中可能有兩個(gè)或兩個(gè)以上。前橫梁地板制件孔數(shù)量多，腹面和翼面（法蘭面）及側(cè)壁均有分布，側(cè)壁上的孔安排在后工序斜楔沖孔，考慮到法蘭面上的孔距離修邊線過(guò)近，為保證修邊序模具修邊刃口的壁厚強(qiáng)度和耐疲勞強(qiáng)度，法蘭面的孔也安排至修邊序后的工序進(jìn)行垂直沖孔。腹面上的孔分類考慮，沖孔方向與修邊方向一致的孔，在修邊序進(jìn)行垂直沖孔，沖孔方向與修邊方向夾角大于15°以上的孔，安排至后序進(jìn)行斜楔沖孔；③修邊廢料的分塊：該制件在人工流水線上生產(chǎn)，人工排除廢料，修邊廢料在保證能落入設(shè)備廢料通道的前提下盡量減少數(shù)量。前橫梁地板制件廢料為前后各3塊，左右兩端頭各1塊。

（3）翻邊工序的安排：翻邊工序設(shè)置于修邊工序之后，主要是將制件邊緣朝特定方向豎起。按翻邊凹模的運(yùn)動(dòng)方向，翻邊形式可分為垂直翻邊、水平翻邊和傾斜翻邊三種。前橫梁地板制件左右兩側(cè)各有一處向上的翻邊和兩處向制件后側(cè)的翻邊，由于上翻邊和側(cè)翻邊同時(shí)進(jìn)行的話有干涉，上翻邊和側(cè)翻邊設(shè)置于不同的工序，側(cè)翻邊采用斜楔翻邊。修邊件在翻邊工序中的定位，一般用工序件的外形、側(cè)壁或制件本身的孔定位。

在充分考慮拉伸狀態(tài)和保證后序沖壓合理性的前提下，在Plan—Production 和Plan—Plan 中確定出前橫梁地板的拉伸工序和各工序的內(nèi)容，各沖壓方向及設(shè)計(jì)出工藝補(bǔ)充，如圖4所示。該制件的沖壓工藝為：op10拉伸→op20修邊沖孔→op30整形、翻邊→op40沖孔、翻邊，如圖5所示。

前橫梁地板CAE 分析結(jié)果顯示該制件能夠順利成形，無(wú)起皺和開(kāi)裂現(xiàn)象。

3.2 新舊工藝對(duì)比

新舊工藝對(duì)比如表2所示。

3.3 兩種沖壓工藝對(duì)比

（1）新舊工藝不同點(diǎn)。

圖4 前橫梁地板沖壓工藝內(nèi)容分布

圖5 前橫梁地板CAE分析結(jié)果

表2 新舊工藝對(duì)比

覆蓋件沖壓工藝的設(shè)計(jì)內(nèi)容已經(jīng)不再局限于簡(jiǎn)單的工藝排序及拉伸補(bǔ)充，而是深入到模具設(shè)計(jì)、模具制造、乃至模具及沖壓件檢查等各個(gè)方面。綜合考慮可以對(duì)原工藝進(jìn)行優(yōu)化。

原沖壓工藝在op20序工序內(nèi)容的考慮為：制件上平面凸臺(tái)上10-φ9mm，8-φ7mm 孔與沖壓方向有17.5°的夾角，需要斜楔沖孔，為了兼顧修邊，將該處修邊設(shè)置為斜楔修邊，如圖6所示。

圖6 前橫梁地板原工藝op20序模具沖孔與修邊布置

側(cè)修邊和側(cè)沖孔在模具上共用一個(gè)大吊楔，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，加工量大。

新沖壓工藝將op20 工序的側(cè)沖孔內(nèi)容調(diào)整到op40 工序，將op20 工序的兩段側(cè)修邊優(yōu)化為正修邊，如圖7、圖8 所示。新工藝為沿周正修邊，模具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，取消了大斜楔。

圖7 前橫梁地板新工藝op20序模具修邊布置

圖8 前橫梁地板新工藝op40序模具下模

新沖壓工藝將op20 工序的側(cè)沖孔內(nèi)容調(diào)整到op40 工序，模具增加了4 處小斜楔，op40 模具結(jié)構(gòu)變化不大。

（2）不同點(diǎn)帶來(lái)的效果。

工藝優(yōu)化后op20 序改為正修邊90°，完全消除了該處產(chǎn)生的制件銳邊及由于不正常的沖壓方向造成的毛刺現(xiàn)象。模具制造成本降低，制造周期縮短。新工藝op20 序模具減少一處1,200mm×75°的斜楔，在op40序增加了3處150mm×75°和一處80mm×75°的標(biāo)準(zhǔn)小斜楔。

4 總結(jié)

通過(guò)上述分析，地板前橫梁形狀結(jié)構(gòu)特殊，沖壓工藝復(fù)雜。通過(guò)本次優(yōu)化沖壓工藝，優(yōu)化了沖壓修邊角度和模具結(jié)構(gòu)，降低模具制造成本及周期，提高模具壽命，降低模具故障率，且提高了制件質(zhì)量。對(duì)類似結(jié)構(gòu)制件的模具設(shè)計(jì)具有一定的參考作用。