車身翼子板沖壓工藝造型設(shè)計研究(下)

文／田卓華，田新峰·北汽福田汽車股份有限公司

劉國鑫·中航西飛民用飛機有限責(zé)任公司

曹翔宇·北汽福田奧鈴汽車廠

《車身翼子板沖壓工藝造型設(shè)計研究》(上)見《鍛造與沖壓》2021 年第18 期

翼子板工藝面優(yōu)化設(shè)計

針對上述五大危害，如何采取措施消除？

過拉延設(shè)計

與保險杠匹配的棱線R 角，一般為R3mm，不足以支持拉延。拉延造型設(shè)計擴大到R5mm ～R6mm，側(cè)立面擴張2.0 ～2.5mm，后工序整形到產(chǎn)品R3mm，如圖6 所示，翼子板頭部拉延工藝設(shè)計(翼子板頭部截面圖，來源于圖5(a)中的A-A 截面)，圖6(a)所示為翼子板頭部拉延工藝設(shè)計，圖6(b)所示為翼子板棱線過拉延局部放大。

圖6 翼子板頭部拉延工藝設(shè)計

可展面易于流動

翼子板頭部安裝面結(jié)構(gòu)復(fù)雜，一般預(yù)拉延成形，再整形到位。為防止安裝面整形起皺，采用夾邊整形。預(yù)留整形夾持面，整形后修去。

整形工藝面由夾持面、補充面和過渡面三部分構(gòu)成。夾持面，即拉延壓邊面的一部分；補充面，即修邊線外到拉延分型線的區(qū)域，該部分允許整形移動(流動)補充產(chǎn)品面，但不得起皺。過渡面，即保險杠安裝面的工藝面，整形鑲塊下壓、鐓死，形成產(chǎn)品面，圖7 為翼子板整形工藝面。

圖7 翼子板整形工藝面

整形工藝面的“補充面”部分在整形鑲塊作用下，是沿垂直于分型線方向和沖壓方向的復(fù)合位移加流變。夾持面提供適當(dāng)拉力，減緩材料過快流動，防止立面和安裝面皺紋產(chǎn)生。圖7(a)為修邊線和夾持面之間的補充面設(shè)計成可展面。

拉延工藝分型線取直，基本平行于翼子板與保險杠匹配棱線。如果設(shè)計成曲線，如圖5(a)所示，則“補充面”為不可展面，不僅儲存的面積較大，更主要的是三維曲面在夾持面拉力作用下展開失穩(wěn)、起皺；起皺后的材料流動阻力增大，傳遞到保險杠匹配棱線及立面，增大了吸頸和破裂風(fēng)險。

翼子板保險杠匹配棱線兩端形成兩個尖角，修邊比較困難，似乎需要側(cè)修。但由于結(jié)構(gòu)過小，側(cè)修下模刃口強度很差，因此不適宜側(cè)修。為此，對產(chǎn)品型面進行局部改造，以適宜正修，改造的細微特征經(jīng)整形改變。

增強保險杠匹配側(cè)立面安全性

盡管保險杠匹配棱線R 角已做過拉延設(shè)計，可阻止或減輕吸頸及破裂。但是，為了批產(chǎn)安全、穩(wěn)健，拉延工序需要增大側(cè)立面角度，增強拉延工序安全裕度。側(cè)立面與沖壓方向的角度越大越能降低棱線R 角的破裂敏感性。一般這個角度宜取35°～45°，圖8 為翼子板保險杠匹配立面拉延造型設(shè)計成斜面。

圖8 翼子板安裝面拉延工藝面

棱線R 角一定，組成棱線的兩個面的夾角增大，材料流動阻力減小，R 角切線以外附近參與塑性變形的區(qū)域面積擴大，可以承受較大的拉力；或拉力不變，能降低板料減薄率。側(cè)立面角度增大，同時也降低了保險杠安裝過渡面的拉延深度。

降低整形風(fēng)險

保險杠安裝面部位見圖9，翼子板保險杠安裝面拉延盡可能接近產(chǎn)品形狀，降低整形類模具自由成形的不確定性。

圖9 保險杠安裝面

翼子板頭部拉延過渡面造型設(shè)計、保險杠安裝面盡量接近產(chǎn)品面形狀，會帶來一個問題，就是拉延初始，上模(凹模)型面起伏較大，低點接觸料較早，初始階段會造成板料起伏不平順，表面出現(xiàn)波紋，不利于產(chǎn)品外露面光順性。但是，翼子板拉延，產(chǎn)品各部位距離凸凹模分型輪廓較近，上模遠離下死點之前，過程初始產(chǎn)生的不光順有充分的機會拉開，不至于造成最終缺陷。實踐證明，一款翼子板頭部外露面，用油石推不出不順痕跡，圖10 為翼子板外露表面油石打磨效果，打磨痕連續(xù)，磨痕線條均勻一致。

圖10 翼子板外露表面油石打磨效果

翼子板表面拉延光順，表明外板件拉延早期出現(xiàn)的板料不順或皺紋，只要拉延閉合前，起皺部位型面有充分的展開機會，不至于留下“不光順痕跡”。

所以，拉延時，翼子板頭部盡可能越深越好，自由整形即使受控，依然越少越好。

翼子板整形夾持結(jié)構(gòu)設(shè)計

一般整形模，設(shè)計夾持面壓件器為整體式，即夾持面壓件器與主壓件器設(shè)計為一體。其優(yōu)點是結(jié)構(gòu)設(shè)計簡單，缺點是不便于壓力調(diào)整。此結(jié)構(gòu)成功案例不少，圖11 為翼子板整形整體式壓件器。

圖11 翼子板整體式壓件器

盡管CAE 分析軟件和技術(shù)日趨成熟，但是，軟件數(shù)據(jù)庫收集的失效模態(tài)及其約束條件純屬理想化，因此，虛擬驗證和現(xiàn)實模態(tài)有意想不到的差別。有些要素按照常理未必是主流因素，但是回到現(xiàn)實，次要因素可能就是設(shè)計成敗的決定因素，恰好這個要素有時被CAE 分析忽略。

翼子板安裝面預(yù)留整形，是非常典型的沖壓工藝設(shè)計。業(yè)內(nèi)一直把拉延作為成敗的關(guān)鍵，因此分析一般比較到位，比如吸頸、破裂、回彈等都能夠嚴謹對待、認真分析。但是，翼子板產(chǎn)品結(jié)構(gòu)特別，最終成功不取決于拉延，整形工序是決定產(chǎn)品開發(fā)成敗的關(guān)鍵要素。比如產(chǎn)品整形面回彈、扭曲、吸頸破裂等等。

整形夾持面壓件器與主壓件器設(shè)計成一體，有其特殊性。個例的成功有許多要素支撐，要區(qū)別對待。如果某產(chǎn)品整形工藝面設(shè)計最佳，CAE 分析充分，所以待到模具調(diào)試，夾持面不是成敗的關(guān)鍵要素，因此，降低了夾持面壓力的敏感性。盡管如此，還是建議采用獨立壓件器，便于模具調(diào)試，只是結(jié)構(gòu)設(shè)計稍微復(fù)雜些。

結(jié)語

從翼子板設(shè)計之初，通過工藝造型優(yōu)化設(shè)計，解決了沖壓作業(yè)過程的難點及痛點，同時也為復(fù)雜車身覆蓋件沖壓不穩(wěn)定性分析提供了新的解決思路，拉延及整形對于復(fù)雜高風(fēng)險覆蓋件，要統(tǒng)籌兼顧，仔細分析，不可偏廢，即拉延較穩(wěn)定，盡量多拉，整形較自由，一定少整。