加長縱梁工藝開發(fā)及模具結構設計

吳轉萍

（陜西重型汽車有限公司，陜西西安 710200）

1 制件分析

圖1所示為加長縱梁制件，制件的主要特征：高度差尺寸較大，狹長、開口為形梁類件，由于制件的開口尺寸僅有60mm寬度，長度為2m，制件高差呈形過渡，模具成形現(xiàn)狀采用下托料直接壓形的成形模式，成形尺寸依賴材料的本性，現(xiàn)場無任何調整手段，制件存在扭曲、岔口回彈，尺寸精度不良，開口尺寸變化對焊接質量有直接影響；同時Z形過渡區(qū)域法蘭邊產(chǎn)生嚴重的起皺；無法達到制件質量要求。圖2所示為制件起皺部位。

圖1 加長縱梁制件圖

圖2 制件起皺部位

針對這種現(xiàn)狀，經(jīng)過分析研究，需徹底改變材料的成形模式，將材料無法受控的成形方式改變?yōu)闈u進式壓料，逐步成形的模式。

2 工藝方案分析

經(jīng)過制件形狀分析，加長縱梁直接壓型工藝存在缺陷，需改變成形方式，改為漸進式壓料的成形模式，即拉伸的模式。由于制件的高度差為340mm，需首先考慮旋轉拉伸方向，拉伸方向的設計以兩側端頭進料初始點高度基本一致為原則。另外，法蘭邊的處理，為了保證法蘭邊的塑型性，法蘭邊作為拉伸制件的一部分進行壓料面及工藝補充設計。采用分模線外移，將整個制件作為凸模的一部分，既提高了制件的定型性，同時，減少圓角R卷曲對側壁回彈的影響。

處理后的沖壓方向：繞坐標中心旋轉6°，如圖3所示。

圖3 沖壓方向擺放

3 仿真模擬應用

3.1 原直接壓形方式仿真設置分析

采用下托料的直接壓型的模具結構，工具體設置如圖4所示，圖4所示為下托料塊托起未觸料的狀態(tài)，最上層的為凹模工具體，中間為托料塊，最下層的為下凸模。

圖4 下托料工具體設置

3.2 模擬結果

圖5、圖6所示分別為下托料模擬到底前3mm及1mm的兩種結果。由到底前3mm可以看出，法蘭面也產(chǎn)生了嚴重的褶皺現(xiàn)象，這種過程皺會影響最終制件的成形，測量最大起皺數(shù)據(jù)為0.078。

圖5 到底前3mm壓型狀態(tài)

圖6 到底前1mm壓型狀態(tài)

到底前1mm褶皺依然存在，最大起皺量為0.1，可以看出，此處壓型起皺趨勢增大，結果必然存在起皺。

3.3 解決措施

針對直接壓型的模具，設計上壓料芯壓料的結構，提取起皺嚴重部位局部面進行提前壓料，改造前期進行模擬仿真，進行風險預估。模擬設置工具體如圖7所示，最上層位于板料之上的是凹模，凹模下面為上壓料芯，位于板料之下的就是托料板，最下層的是凸模。模擬結果如圖8所示，到底前1mm最大起皺為0.09mm，較未壓料有所減輕，但不能解決根本問題。與實際壓型存在的缺陷一致。

圖7 上壓料、下托料工具體設置

圖8 到底前1mm壓型狀態(tài)

4 新工藝方案下的拉伸工藝造型設計

4.1 壓料面及工藝補充設計

將圖3所示的拉伸制件導入Autoform R7中，設計隨形壓料面，基本以法蘭面為隨形基準，大致隨形。壓料面設計完成后，進行工藝補充設計，如圖9、圖10所示。

圖9 壓料面設計

圖10 工藝補充設計

4.2 新拉伸方案的模擬工具體設置

新模擬結構工具體設置如圖11所示。最上層為拉伸凹模工具體，中間為壓邊圈工具體，下層為凸模工具體。

圖11 拉伸成形工具體設置

4.3 模擬結果

經(jīng)過提交運算，結果如圖12所示，可以看出，模擬過程底面凹圓弧部位存在起皺風險，到底前3mm起皺值為0.09，法蘭面不存在起皺風險，最大起皺0.03mm。

圖12 拉伸到底3mm模擬結果

4.4 拉伸壓料面及工藝補充設計

抬高起皺側壓料面，修改完的壓料面及工藝補充如圖13所示。

圖13 拉伸壓料面及工藝補充面

4.5 模擬結果

經(jīng)過修正的壓料面及工藝補充，進行重新模擬分析，結果如圖14所示，到底3mm前最大起皺量0.023mm，起皺風險排除，此壓料面及工藝補充造型可用于模具結構設計。

圖14 修正后的模擬結果

5 各工序模具結構設計

制件的工序內容布排如下，拉伸?修邊沖部分孔?側沖孔側修?反向沖孔。修邊沖孔采用先沖一部分孔，原因之一是底面孔數(shù)量繁多，一次沖孔布排方面有干涉，原因二是一部分孔對毛刺方向有要求，需將有裝配要求的孔毛刺躲開裝配面。由于涉及多種類似制件的工藝兼容，分為長縱梁及短縱梁，因此，在工藝設計階段，側沖側修工序長短各一道，因此，工藝方案內容共5道工序。如圖15所示。

圖15 工藝工序圖a——OP10拉伸 b——OP20修邊沖孔 c——OP30側修、側沖孔d——OP40側修、側沖孔（短梁）e——OP50反向沖孔

模具結構如圖16所示，分別為拉伸、修邊沖孔、側修側沖、沖孔工序。

圖16 全工序模具結構圖a——拉伸 b——修邊沖孔 c——側修側沖 d——沖孔

模具結構設計特點：修邊沖孔工序結構設計型面避讓，凹圓角避讓，保證制件順利取放；非工作部分型面避讓、結構讓空，工作型面兩側面，側修邊及側沖孔符形面單側保留15mm，放0.5mm間隙加工，其余部位逃料；在折彎過渡部分，采取逃料單邊2mm放空避讓設計；壓料芯側壁放0.5mm加工，如圖17所示。

圖17 逃料及符形讓位示意圖

6 模具研合及驗證調試

對拉伸模進行研合調試，研合步驟方法：首先檢查模具導板、限位有沒有干涉部位；檢查完成后，刷紅丹，檢查調壓墊高度是否合適，將調壓墊調整至合適高度；壓坯料，在坯料刷紅丹，僅在壓料面與上凹模之間半壓研合，依據(jù)紅丹貼合率研修，保證制件壓料面飛模后的紅丹切合率至少在85%以上；其余側壁及上下模之間間隙依靠壓鉛絲的方法，實現(xiàn)模具研合。圖18所示分別為現(xiàn)場半壓及壓鉛絲狀態(tài)圖。

圖18 壓鉛絲及半壓壓料面研合

對研合后的模具進行全序驗證，拉伸工序使用壓床A線HSP-1000t油壓機。結果發(fā)現(xiàn)，制件出現(xiàn)了縮口現(xiàn)象，尤其是兩端頭部位，收料縮口特別嚴重。壓制制件如圖19所示。制件內口尺寸要求56±1mm，實際端頭開口尺寸由55.3mm逐漸過渡到48.8mm，產(chǎn)生了縮口回彈。基于此，首先采取了調整坯料寬度及壓料力兩個方面的措施，結果發(fā)現(xiàn)，收效甚微。

圖19 壓制制件圖

6.1 回彈補償

根據(jù)回彈實際情況，進行回彈補償，由于制件端頭部位高度尺寸最大，導致此處壓料面在成形后收料變小，壓不住料，產(chǎn)生縮口回彈，基于此進行反回彈補償設計。開口反回彈的設計思路，在材料流過的廢料區(qū)，將端部凹模走料圓角加大，設計變半徑走料圓弧，整個長度范圍僅涉及制件入口約40mm，實現(xiàn)開口漸變式的回彈補償。圖20所示為回彈補償實施圖。

圖20 回頭補償效果圖

6.2 調試

經(jīng)過回彈補償更改后再次調試，首先調整壓料力，由50t逐漸加大到100t，壓制結果發(fā)現(xiàn)，采用梯形坯料，高度稍大一側，展開坯料尺寸較寬為360mm，另一端坯料寬度尺寸350mm，而實際壓制結果出現(xiàn)了開口尺寸局部突變增大的現(xiàn)象，無法達到開口尺寸的均勻變化，經(jīng)過分析，采用倒梯形，高度差大的一側展開尺寸用350mm，高度差較小一側展開寬度為360mm，壓制效果實現(xiàn)了開口尺寸的均勻變化，壓制開口寬度基本控制在56±1mm范圍內。圖21所示為倒梯形坯料設計圖。而氣墊力調整過大，會產(chǎn)生上模帶料的情況，經(jīng)過比對優(yōu)化，最終選用開口尺寸比較合理，成形效果較好的50t壓料力。

圖21 倒梯形坯料

7 總結

通過對加長縱梁從工藝分析、壓料面設計、工藝補充設計，到全工序模具結構設計，最終到驗證調試以及調試缺陷的修復，利用拉伸成形代替直接壓型成形工藝方案，成功解決了加長縱梁的成形問題，徹底解決了扭曲、回彈、起皺等質量問題，為后續(xù)粱類制件成形提供參考。圖22所示為最終成形的制件。

圖22 成形制件