保證翼子板燈角處棱線精度方案的研究

翟海峰

（精誠工科汽車系統(tǒng)有限公司，河北 保定 071000）

0 引 言

汽車翼子板是大型車身外覆蓋件，在整車Audit評價(jià)中屬于A面區(qū)域，是消費(fèi)者易觀察且重點(diǎn)關(guān)注的部位。棱線特征的流暢性和表面的光順性，直接影響消費(fèi)者對整車的外觀感受及滿意度評價(jià)。

翼子板為空間自由曲面，其燈角處涉及圓角固化、棱線成形、回彈控制等方面因素的影響。燈角處棱線需要從3個(gè)方向翻邊，在翻邊過渡區(qū)域易產(chǎn)生面品問題。燈角棱線處翻邊面存在雙向弧度，成形過程涉及3個(gè)方向、3次沖壓，造成回彈彈性模量疊加，翻邊過程復(fù)雜，回彈不易控制?，F(xiàn)從制件造型改善與模具開發(fā)過程中的工序排布、翻邊順序、翻邊間隙控制等主要影響因素進(jìn)行研究，同時(shí)采用AutoForm軟件進(jìn)行回彈預(yù)防。

1 現(xiàn)狀描述

1.1 制件問題

翼子板模具前期調(diào)試階段，成形制件燈角處易發(fā)生棱線不順的面品問題，如圖1所示。

圖1 制件問題部位

1.2 燈角處成形

翼子板燈角通過拉深預(yù)成形，修邊后再經(jīng)過第3工序正翻邊、側(cè)翻邊及第4工序正翻邊、側(cè)翻邊完成棱線翻邊。燈角處需要從A、B、C三個(gè)方向完成翻邊，如圖2所示，其中A、B向?yàn)閭?cè)翻邊，C向?yàn)檎?，會造成成形制件回彈彈性模量疊加和不同沖壓方向搭接處的棱線不順問題。

圖2 翻邊方向

1.3 成形特性

塑性變形指材料在外力作用下發(fā)生永久變形，但不破壞其完整性，塑性不僅與材料性質(zhì)有關(guān)，而且與變形條件有關(guān)。對于確定的應(yīng)力狀態(tài)，只能有一組主應(yīng)力（x、y、z方向），在這組主應(yīng)力作用的平面上通常將主應(yīng)力表示為σ1、σ2、σ3。塑性變形中引入等效應(yīng)力，在理想剛塑性材料中等于常數(shù)σS。

依據(jù)米塞斯屈服準(zhǔn)則（彈性變形能不變），當(dāng)應(yīng)力狀態(tài)的等效應(yīng)力達(dá)到某一定值時(shí)，開始進(jìn)入塑性狀態(tài)，即：

利用單向拉伸屈服時(shí)的應(yīng)力狀態(tài)（σs、0、0）可以求得常數(shù)C=σS。因此有效控制變形條件在適當(dāng)時(shí)機(jī)完成棱線邊界的圓角固化，有助于提高成形制件整個(gè)棱線的光順性。

2 制件造型分析

2.1 燈角處弧度造型對成形性的影響

燈角部位同時(shí)存在伸長翻邊、收縮翻邊，C向到B向逐漸由伸長翻邊過渡到收縮翻邊。當(dāng)燈角處長度方向弧度較小時(shí)，正翻邊與側(cè)翻邊交刀基本處于一條直線，即棱線主要為一個(gè)方向的弧度變化，制件的成形狀態(tài)較好，如表1中項(xiàng)目Ⅰ。

表1 燈角造型影響

2.2 燈角處β角的影響

燈角處β值越大，相對應(yīng)正翻邊與側(cè)翻邊之間的過渡區(qū)域L處型面變化越劇烈，翻邊面變形量越大，產(chǎn)生問題風(fēng)險(xiǎn)越高，如圖3所示。工藝設(shè)計(jì)時(shí)為保證正翻邊與側(cè)翻邊平穩(wěn)過渡，翻邊角度β與過渡區(qū)域L之比應(yīng)小于2。

圖3 燈角處β角

3 模具設(shè)計(jì)

板材具有加工硬化的特性，隨著變形程度的增加，金屬材料強(qiáng)度和硬度都有所提高。合理利用塑性變形，可以固化棱線圓角特征，后工序翻邊優(yōu)化翻邊交刀位置和翻邊時(shí)序，減少分次翻邊后加工硬化對成形制件棱線光順性的影響。

3.1 不同車型拉深圓角硬化

不同車型拉深造型如表2所示。

表2 拉深造型數(shù)據(jù)

3.2 燈角處翻邊過程

3.2.1 燈角處取放件要求

因燈角兩處側(cè)翻邊位置在沖壓方向上存在負(fù)角，模具需設(shè)置滑塊結(jié)構(gòu)，如圖4所示。生產(chǎn)時(shí)，通過滑塊運(yùn)動，進(jìn)行取件讓位，實(shí)現(xiàn)順利取放成形制件。

工作過程：凸模鑲件A為固定部件，位置不動，鑲件B沿F4方向往返運(yùn)動。生產(chǎn)時(shí)首先鑲件B運(yùn)動到位置4，放置前工序件，側(cè)翻邊鑲件C沿F2向移動，待成形制件成形到本工序完成狀態(tài)；鑲件B退回位置5，本工序件3沿F3方向取出，一次沖壓完成。

3.2.2 工藝方案改進(jìn)

翼子板燈角處側(cè)翻邊造型成形工序一般為拉深、修邊、翻邊及側(cè)翻邊。原工藝方案為工序1過拉深（起圓角硬化作用）、工序3正翻邊側(cè)翻邊以及工序4正翻邊側(cè)翻邊（見表3）。

表3 原工藝方案

改進(jìn)后的工藝方案：過拉深、分段正翻邊側(cè)翻邊、正翻邊側(cè)翻邊，正翻邊側(cè)翻邊的交刀順序分為2種，如表4所示，采用先側(cè)翻邊后正翻邊的順序制件成形質(zhì)量好，生產(chǎn)狀態(tài)穩(wěn)定。

表4 改進(jìn)后的工藝方案

4 加工數(shù)據(jù)

翼子板燈角處翻邊分3道工序完成，因材質(zhì)特性，成形后會產(chǎn)生回彈，不同翻邊位置回彈量相差大時(shí)，成形制件會產(chǎn)生高點(diǎn)問題，回彈問題主要通過優(yōu)化加工數(shù)據(jù)進(jìn)行控制。

4.1 回彈特性

板料成形后角度為θ，因卸載后回彈導(dǎo)致成形角度減小了Δθ，這是彎曲變形過程中不可避免的，一般通過回彈補(bǔ)償或增加校正彎曲壓力減小回彈的影響。校正彎曲時(shí)，由于板料受凸模和凹模的壓縮作用，減小了變形區(qū)的拉應(yīng)力，尚未彈性回復(fù)的變形受到抑制，使卸載后回彈明顯減小，但校正力過大時(shí)，可能會發(fā)生卸載后的負(fù)回彈。

4.2 回彈補(bǔ)償

設(shè)計(jì)階段通過AutoForm對制件回彈進(jìn)行預(yù)判，根據(jù)分析數(shù)據(jù)和現(xiàn)場經(jīng)驗(yàn)值進(jìn)行回彈補(bǔ)償。一般在翼子板的機(jī)蓋搭接側(cè)設(shè)置3°的回彈補(bǔ)償，具體加工數(shù)據(jù)根據(jù)制件的回彈分析結(jié)果進(jìn)行設(shè)定。

4.3 強(qiáng)壓校正

（1）過拉深強(qiáng)壓寬度保證40 mm，如圖5所示。

圖5 過拉深強(qiáng)壓范圍

（2）分段正翻邊側(cè)翻邊工序減小壓料面積，邊緣5 mm強(qiáng)壓，25 mm過渡處理，如圖6所示。

圖6 強(qiáng)壓范圍

（3）過拉深與分段正翻邊側(cè)翻邊工序在非關(guān)鍵區(qū)設(shè)置過渡面或背空（即模具零件型面與制件不接觸），保證關(guān)鍵區(qū)域研合效果，如圖7所示。

圖7 過渡與背空

4.4 翻邊間隙與翻邊力設(shè)置

加工數(shù)模設(shè)計(jì)階段翻邊凸模與翻邊凹模間隙設(shè)定為80%料厚，如圖8所示，通過增大翻邊作用力，減小卸載后回彈量。

圖8 翻邊間隙

5 制造過程

因加工、制造等過程因素影響，實(shí)際制件生產(chǎn)狀態(tài)與設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)不完全一致，需要在調(diào)試階段進(jìn)行模具零件質(zhì)量的改進(jìn)。理論設(shè)計(jì)工序3與工序4翻邊刀塊與凸模的翻邊間隙一致，實(shí)際工序4翻邊刀塊過長導(dǎo)致圓圈部位被二次翻邊，產(chǎn)生棱線不順。

將工序4翻邊刀塊交刀處進(jìn)行圓角處理（見圖9），使其與工序3翻邊緩慢過渡，消除翻邊間隙變化的影響，如圖10所示。

圖9 實(shí)際翻邊間隙

圖10 翻邊間隙過渡

6 結(jié)束語

翼子板燈角處棱線質(zhì)量要求高，通過對主要影響因素進(jìn)行改進(jìn)和控制，從模具設(shè)計(jì)到生產(chǎn)制造進(jìn)行了系統(tǒng)的流程優(yōu)化。通過過拉深棱線圓角硬化、工序排布優(yōu)化、結(jié)合AutoForm分析進(jìn)行回彈補(bǔ)償、調(diào)整翻邊間隙、圓角過渡等措施有效保證了制件成形面品質(zhì)量、滿足了模具開發(fā)周期要求。