汽車后門外板的沖壓工藝設計

XIAOZHONGMING

1、引言
  
      沖壓工藝作為整車的第一制造環節，其產品質量的好壞直接影響到后續工藝的質量水平，許多整車廠已經將沖壓件的品質列為重點提升和保證的項目。汽車外覆蓋件模具作為汽車生產的工藝裝備，對汽車產品的質量和沖壓生產水平有著密切的關聯。本文以后門外板為例，主要對后門外板的沖壓工藝和沖壓模具進行簡單介紹。
  
      為了降低模具開發成本，同時提高沖壓生產效率，后門外板由原先的4道工序設計為3道工序進行排布;其沖壓工藝方案如圖1所示。
  
      (1)OPIO拉伸，雙凸模(雙槽)工藝，便于控制左右件中間部位的板科，同時也有利于修邊工序中問部位的廢料排泄。
      (2)OP20修邊沖孔，完成整周修邊和門把手沖孔。
      (3)OP30翻邊整形斜鍥翻邊。
  
      2、拉伸工序
  
      在拉伸工序主要的難點為門把手的沖壓工藝，門把手處由于自身形狀的特點，拉伸過程中凹模成形引起的不均勻應力導致把手周圍A面極易變形，嚴重影響門的外觀品質。現主要從以下3方面所采取的工藝和結構來提升門把手沖壓件質量。
  
      (1)工藝補充造型，如圖2所示。在制件門把手位置修邊線內，依據門把手安裝型面做簡單的工藝造型，造型的尺寸依據門把手安裝尺寸和CAE模擬效果確定，在后面工序修邊剪切掉工藝造型。由于工藝造型補充了門把手處鈑金成形，使得板料成形均勻充分，可以很好的改善門外扳把手處飯金變形。
  
      (2)模面設計，如圖3所示;在模具設計時，拉伸工藝模面在門把手周圍作為重點強壓區域，區域面積為門把手周邊至少30mm，間隙為料厚-0.1mm;同時強壓區域到其它區域設計50mm左右的過渡區。模具編程加工和模具調整時控制此處的間隙，達到其重度著色要求，保證強壓放果;其作用有：①在模具即將閉合之前先壓緊對應部位的材料，從而減少橫向的料流;②拉伸件的法向方向有一個很大的壓應力，與橫向料流產生的托應力抵消，減少了凹陷程度。
  
      (3)模具導向，如圖4所示。模具導向設計為箱式導向(即壓邊圈外周與凸模實現導向，凸模與凹模外周直接導向)，凸模與凹模直接導向，保證了凸、凹模的型面貼合度，實現了制件的穩定性;同時為了更好的減弱過程中側向力的影響，實現凹模與壓邊圈的壓料平穩，在模具的前后、左右方向，凹模與壓邊圈設計導腿精導向，或者在模具的前后方向設計錐形導向，具體為：導向由上導向塊和下導向塊兩部分構成。上、下導向塊的導向部分分別為外錐形體和內錐形槽，通過上導向塊的外錐形體插入下導向塊的內錐形槽進行導向，目的是使壓邊圈與凸模之間實現直接導向，且由于輔助導向零件設計成錐形形狀，從而能保證兩者之間的導向精度，防止壓邊圈與凸模之間的“竄動”現象，實現生產過程中的穩定壓料，避免或者減輕在沖壓生產中出現壓料不實而引起的制件變形問題。
  
      3、修邊沖孔工序
  
      在修邊工序主要的難點為修邊掉鐵屑，影響沖壓件的面品，同時降低了沖壓生產的一次交檢合格率;為了避免修邊掉鐵屑的影響，傳統的工藝將修邊分為2道工序來分別完成。這里闡述為了減少模具開發成本，修邊采取一次修邊的工藝，如圖5所示，并采用一種新型廢料刀結構，來改善及避免修邊掉鐵屑問題，提高了沖壓件的表面質量。具體結構如圖6所示：模具包括修邊凸模6、廢料刀8、修邊凹模4、修邊活動凹模9和修邊廢料刀10(兼修邊凹模)，修邊活動凹模9固定在導向襯套3上，導向襯套3底部的彈性元件2安裝在上模本體1上。導向襯套3與修邊活動凹模9作為一個整體與上模本體1、修邊凹模4及修邊廢料刀10之間導向，修邊凹模4和修邊廢料刀10同定在上模本體1上，同時對導向襯套3與修邊活動凹模9固定的這個整體進行行程限位，保證修邊凹模4、修邊活動凹模9和修邊廢料刀10三者刃口在同一水平面上，同時彈性元件2提供的力道要大于修邊活動凹模9對應廢料所受的剪切力。
在模具閉合工作時，上模內部壓料芯壓住板件5后，修邊凹模4、修邊活動凹模9和修邊廢料刀10同步與修邊凸模6配合實現修邊廢料;當修邊活動凹模9下行至與下模具廢料刀8之間夾緊廢料，此時修邊活動凹模9充當壓料板作用，模具繼續下行時，修邊凹模10和廢料刀8配合實現廢料的分割。
  
      4、翻邊工序
  
      翻邊工序主要的難點表現在：其一，定位不穩，影響翻邊質量，特別是角部的翻邊，因為它也影響壓合總成的包角質量;其二，翻邊面不平整、反彈等缺陷，影響壓合總成的包邊質量。本工序主要從以下兩方面來體現其工藝結構的優越性。
  
      (1)三角定位。傳統的沖壓件的定位主要為型面和邊緣組合定位，由于制件形狀簡單，制件邊緣存在柔性，上料存在不確定性，在使用過程中無法保證制件定位的精準，制件各角的翻邊量不能保持一致。本工藝采用三角定位，如圖7所示，在OP20工序選擇2處平坦部位設計2個三角異型孔，OP30以這三角異性孔和制件型面進行精準定位完成工序內容，同時本工序完成由于設計異型孔而產生的多余廢料的加工;其特點：①沖壓件定位穩定，不受人為操作因素的影響;②只要修邊工序修邊線量調整適當，翻邊工序各拐角翻邊量的一致性就能完全保證。
  
      (2)雙壓料芯翻邊結構。門外板的壓合面精度要求高、四周壓合輪廓長等原因，經傳統翻邊模具翻邊整形后，由于板料成形部分的下面處于“自由“狀態，容易出現起皺、翹曲、尺角不順等面品問題，導致壓合總成壓合不實、表面變形等缺陷，影響整車質量。針對門外板這種翻邊缺陷，在傳統結構上進行改進，引伸出雙壓料芯翻邊結構，如圖8所示，其翻邊模包括：凸模5、凹模10、壓料板3和托料芯8，所述凸模5外周設有托料芯8，所述托料芯8與凸模5、下模座6實現導板導滑面(或簡易導柱導套)導向配合，托料芯8底部設有下壓力源7，下模座6在靠近托料芯8附近設有安全護板9，托料芯8與前工序板件4實現符型，翻邊凹模10上型面形狀與前T序板件4實現符型。
  
      模具初始狀態時，托料芯8在下壓力源7的作用下，與凸模5、定位部件實現板件4的初定位;模具初始工作時，壓力源2在上模座1向下運動過程中提供預壓力，使壓料芯3和凸模5將板件4壓緊;上模座1繼續向下運動，帶動凹模10向下運動，凹模10與托料芯8由符型貼合到共同與凸模5完成板件4邊緣的向下翻邊。在此過程中翻邊功能等同于拉伸功能，板件4法蘭面始終與托料芯8及翻邊凹模10型面壓緊貼合，處于壓緊狀態，板料狀態可控。翻邊結束后，托料芯8在下壓力源7的作用下回程頂起板件4，實現頂料功能。板料成形示意圖如圖9所示。
  
      5、結束語
  
      通過對門外板工藝的分析，結合國內外先進技術，采用新型技術，使得工藝穩定，覆蓋件質量達到先進水平;總之，豐富的實踐經驗和模擬技術能為覆蓋件成形模具提供有效的解決方案，大膽的運用模具先進技術對提高覆蓋件質量和降低汽車制造成本起到舉足輕重的作用。


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