提升拉深模研合率研究淺析

馮 凱， 魏 穎， 竇曉亮， 郭 強(qiáng)， 李海平

（山東濰坊福田模具有限責(zé)任公司， 山東 濰坊 261200）

0 引 言

模具凸、凹模間隙理論上是按照板料料厚設(shè)置，但是在實(shí)際機(jī)床上工作時(shí)，由于多種因素導(dǎo)致模具零件間隙不一致，尤其是尺寸較大的模具，會(huì)出現(xiàn)局部頂死，導(dǎo)致其它部位空開，需要鉗工進(jìn)行不斷修研，保證模具零件間隙合理。這不僅增加了鉗工的工作量，導(dǎo)致模具調(diào)試周期延長，同時(shí)研合后的模具零件表面質(zhì)量難以保證，特別是生產(chǎn)的外板零件會(huì)出現(xiàn)亮痕等問題。現(xiàn)以某后圍板零件拉深模為例，對(duì)影響研合率的各種因素進(jìn)行研究，找出關(guān)鍵要因，加以優(yōu)化以提升研合效率。

1 零件簡(jiǎn)介

某車型后圍板拉深件結(jié)構(gòu)如圖1所示，零件形狀相對(duì)平坦，成形深度在100 mm以內(nèi)，設(shè)計(jì)初期通過設(shè)置橫向或豎向筋增加零件強(qiáng)度。拉深模工藝設(shè)計(jì)以最小拉深深度為原則確定沖壓方向，壓料面形狀與零件接近，確保各部位材料流動(dòng)均衡，通過合理布置分模線保證正修無負(fù)角，拉深筋按標(biāo)準(zhǔn)隨形布置，采用常規(guī)的矩形板料。

圖1 拉深件工藝結(jié)構(gòu)

2 首次研合率確認(rèn)情況

壓邊圈研合到位后，根據(jù)設(shè)計(jì)提供的壓力參數(shù)與板料尺寸，對(duì)拉深件首件進(jìn)行調(diào)試，通過調(diào)整各部位進(jìn)料阻力，確保材料流入符合CAE模擬進(jìn)料量。調(diào)試首件后，對(duì)工序件涂刷藍(lán)油，按設(shè)計(jì)成形力確認(rèn)模面著色情況，如圖2所示，對(duì)零件的色帶進(jìn)行分析，拉深整體著色率為50%左右，與質(zhì)量要求的整體研合率80%以上存在差距，導(dǎo)致鉗工修研工作量大。

圖2 零件正反面著色情況

3 研合率影響因素分析

現(xiàn)以某液壓機(jī)為例說明模具在機(jī)床上的狀態(tài)，如圖3所示，機(jī)床通過3個(gè)液壓缸連接上滑塊，液壓缸通過上滑塊將力傳遞到模具上。由于不同壓力情況下3個(gè)液壓缸的作用不一樣，導(dǎo)致上滑塊在不同壓力下的受力也不一樣，且上滑塊厚度相對(duì)較薄，會(huì)出現(xiàn)彎曲變形，滑塊的彎曲變形會(huì)傳遞到模具上，導(dǎo)致模具也產(chǎn)生微量的彎曲變形，使模具出現(xiàn)研合差異，因此上滑塊的變形是影響研合率的因素之一，另外不同的機(jī)床上滑塊的變形情況也存在差異。

圖3 模具在機(jī)床上工作狀態(tài)

零件成形過程中由于各部位形狀不一樣，材料的拉伸延展存在差異，成形結(jié)束后由原來的各部位等料厚變?yōu)椴坏攘虾瘢偃缒＞咄埂寄ｉg隙按等料厚設(shè)置，在確認(rèn)研合著色時(shí)零件已成形結(jié)束，因此殘余料厚大的地方會(huì)首先接觸，殘余料厚小的部位則處于微量空開狀態(tài)，出現(xiàn)著色不一致的情況，因此零件殘余料厚不一致也是影響模具研合率的因素。

頂桿主要為壓邊圈提供壓邊力，現(xiàn)主要研究凸、凹模的研合影響因素，因此頂桿對(duì)凸凹模研合影響較小，不是主要因素。下工作臺(tái)相對(duì)較厚，在工作過程中也存在微量彎曲，但是由于凸模鑲件強(qiáng)度較好，下工作臺(tái)對(duì)凸模影響輕微，下工作臺(tái)變形雖對(duì)研合有影響，但不是主要因素。

拉深凹模一般采用整體鑄造方式，也有部分模具采取箱式結(jié)構(gòu)，凹模單獨(dú)鑄造后安裝到上模座中，由于上模通過壓板固定在上滑塊，如果模具零件筋結(jié)構(gòu)布置不合理或強(qiáng)度不夠，則會(huì)在重力作用下產(chǎn)生微變形，同時(shí)由于上滑塊也是變形體，工作過程中因下模強(qiáng)度大于上模，迫使上模減輕孔部位出現(xiàn)變形，造成研合出現(xiàn)差異，因此模具強(qiáng)度也是影響研合的因素之一。

4 研合相關(guān)數(shù)據(jù)收集分析

4.1 模具補(bǔ)償情況

根據(jù)模具首次著色情況，首先對(duì)模具數(shù)模進(jìn)行確認(rèn)，模具補(bǔ)償如圖4所示，關(guān)鍵型面區(qū)域?yàn)閺?qiáng)壓區(qū)，間隙小于料厚，主要為凹模側(cè)壁區(qū)域微量空開，其它區(qū)域?yàn)榛A(chǔ)區(qū)，設(shè)置等料厚間隙，同時(shí)凹模以圖4中橢圓為邊界進(jìn)行補(bǔ)償，通過對(duì)理論間隙值進(jìn)行測(cè)量，中間部位間隙最小，為0.2 mm，主要是消除機(jī)床彎曲變形的影響。

圖4 模具補(bǔ)償

4.2 機(jī)床滑塊變形確認(rèn)

對(duì)機(jī)床上滑塊的平行度進(jìn)行靜態(tài)測(cè)量，如圖5所示，下側(cè)數(shù)據(jù)接近0，上側(cè)數(shù)據(jù)為0.25～0.29，說明上滑塊存在輕微傾斜，同時(shí)中間區(qū)域測(cè)量值-0.03，說明上滑塊中心區(qū)域低于四角高度，存在一定的凹心。

圖5 機(jī)床平行度測(cè)量

4.3 模具不帶工序件間隙測(cè)量

在指定的調(diào)試壓力機(jī)上對(duì)模具的凸、凹模間隙進(jìn)行確認(rèn)，通過調(diào)整模具限位高度，確保帶成形制件時(shí)四角間隙基本一致，如圖6所示，四角間隙值基本為（0.52±0.01）mm，以此為基準(zhǔn)對(duì)模具各部位的間隙確認(rèn)，通過在模具不同位置布置鉛絲，測(cè)量上模下行到限位高度后鉛絲的殘余厚度，以分析凸、凹模間隙值。通過數(shù)值分析，中間部位間隙最小，實(shí)測(cè)為0.23 mm，與設(shè)計(jì)間隙0.2 mm基本一致，進(jìn)一步對(duì)比其它部位的間隙測(cè)量值，基本符合設(shè)計(jì)的理論間隙，同時(shí)機(jī)床上滑塊凹心對(duì)凸、凹模產(chǎn)生的影響相對(duì)較小。

圖6 模具零件加工間隙實(shí)測(cè)

4.4 模具帶工序件間隙測(cè)量

通過對(duì)成形制件不同位置進(jìn)行割孔，如圖7所示，將其放置在凸模上，在割孔位置布置鉛絲，上模到底后確認(rèn)鉛絲殘余厚度。

圖7 成形制件割孔位置

為了驗(yàn)證不同機(jī)床的影響情況，分別選取了2臺(tái)壓力機(jī)按設(shè)計(jì)壓力參數(shù)進(jìn)行模具帶工序件間隙測(cè)量，通過選取X向和Y向各1組測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，如表1、表2所示，2臺(tái)機(jī)床上測(cè)量的模具零件間隙基本相近，測(cè)量數(shù)值差異0.03 mm以內(nèi)，排除0.02 mm的測(cè)量誤差，理論上可認(rèn)為2臺(tái)機(jī)床測(cè)量的模具間隙基本一致。通過確認(rèn)發(fā)現(xiàn)，凹模中心設(shè)置的補(bǔ)償在機(jī)床壓力作用下已抵消。

表1 X向?qū)Ρ?mm

表2 Y向?qū)Ρ?mm

將測(cè)量數(shù)據(jù)繪制曲線，如圖8所示，與設(shè)計(jì)強(qiáng)壓間隙趨勢(shì)對(duì)比，發(fā)現(xiàn)實(shí)測(cè)間隙值與設(shè)計(jì)強(qiáng)壓間隙值走勢(shì)基本一致，即強(qiáng)壓部位測(cè)量間隙小，最先與制件接觸，非強(qiáng)壓部位測(cè)量間隙偏大，處于空開狀態(tài)。強(qiáng)壓區(qū)雖然能夠保證制件尺寸精度和外觀質(zhì)量，但是強(qiáng)壓量在一定程度上會(huì)給模具零件研合帶來影響。

圖8 模具零件間隙趨勢(shì)對(duì)比

4.5 相同機(jī)床及不同壓力參數(shù)條件下模具零件間隙測(cè)量

在同一臺(tái)機(jī)床上設(shè)置3種不同的成形壓力，帶工序件壓鉛絲確認(rèn)模具零件間隙，如圖9所示，通過對(duì)比發(fā)現(xiàn)，在液壓缸壓力分別為4 800、6 300、7 800 kN情況下，測(cè)量值基本接近，如表3所示。因此制件成形結(jié)束后，確認(rèn)選用的壓力對(duì)研合率結(jié)果影響相對(duì)較小，同時(shí)模具零件補(bǔ)償在較小的壓力下即可抵消。

表3 實(shí)際間隙與理論對(duì)比 mm

圖9 相同機(jī)床不同壓力間隙測(cè)量對(duì)比

4.6 制件料厚確認(rèn)

利用測(cè)厚儀對(duì)制件料厚進(jìn)行測(cè)量，板料實(shí)際厚度為0.68～0.69 mm，制件成形后料厚為0.6～0.65 mm，如表4所示，料厚波動(dòng)在0.05 mm以內(nèi)。

表4 制件料厚 mm

模擬狀態(tài)下的制件料厚為0.62～0.67mm，如圖10所示，料厚波動(dòng)同樣在0.05 mm以內(nèi)。由于實(shí)際板料厚度較理論偏小0.02 mm左右，實(shí)際測(cè)量的制件料厚與理論制件料厚基本一致，CAE分析的材料減薄情況可作為理論指導(dǎo)依據(jù)對(duì)模具零件型面進(jìn)行強(qiáng)壓再造。

圖10 理論制件料厚

4.7 模具結(jié)構(gòu)確認(rèn)

對(duì)凹模減輕孔及筋的布置進(jìn)行確認(rèn)，如圖11所示，制件輪廓沿周布置加強(qiáng)筋，由于制件結(jié)構(gòu)相對(duì)平坦，中間減輕孔按設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)布置，通過模擬確認(rèn)，強(qiáng)度符合要求。

圖11 凹模結(jié)構(gòu)

5 分析及改進(jìn)

通過對(duì)該制件拉深模的驗(yàn)證數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，得到以下結(jié)論：①機(jī)床凹心對(duì)不帶工序件情況下的凹模影響較小；②凹模補(bǔ)償量只要略大于機(jī)床凹心量，即可完全抵消機(jī)床凹心的影響；③凹模中心補(bǔ)償在較小的壓力作用下即可實(shí)現(xiàn)抵消；④強(qiáng)壓補(bǔ)償要以制件成形后的料厚為依據(jù)進(jìn)行補(bǔ)償。

通過對(duì)比模具首次研合著色情況與模具強(qiáng)壓設(shè)置情況發(fā)現(xiàn)，著色部位與強(qiáng)壓設(shè)置部位基本一致，強(qiáng)壓部位設(shè)置負(fù)間隙0.1 mm，制件成形后的料厚波動(dòng)量?jī)H為0.05 mm，因此初步判斷強(qiáng)壓量在該制件中略大，建議調(diào)整為0.05 mm。

6 改進(jìn)效果

通過對(duì)局部強(qiáng)壓部位重新加工，強(qiáng)壓量保留0.05 mm，加工完成后對(duì)首次研合狀態(tài)進(jìn)行確認(rèn)。與調(diào)整強(qiáng)壓量前的首次研合情況進(jìn)行對(duì)比，強(qiáng)壓量調(diào)整后著色面積明顯提升，約65%～70%，如圖12所示，為后期研合減少了工作量，對(duì)整個(gè)調(diào)試效率的提升具有重要意義。

圖12 二次加工后首次研合對(duì)比

7 結(jié)束語

模具研合率是一個(gè)系統(tǒng)性問題，需要不斷地分析改進(jìn)逐步實(shí)現(xiàn)提升，通過在研合過程中模具零件間隙數(shù)據(jù)的不斷收集完善，形成不同制件研合前后模具零件間隙的數(shù)據(jù)庫。模具調(diào)試人員與工藝人員共同分析研究，最終模具補(bǔ)償經(jīng)驗(yàn)值將會(huì)越來越完善，CAE模擬減薄分析與現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試越來越接近，實(shí)現(xiàn)基于CAE模擬減薄分析數(shù)據(jù)的全型面間隙補(bǔ)償，達(dá)到模具“零”拋光、“零”研合的目標(biāo)，降低調(diào)試過程勞動(dòng)強(qiáng)度，提升調(diào)試效率，縮短制造周期，為顧客提供滿意的汽車覆蓋件。