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轎車整體式后地板沖壓工藝分析

2016-12-06  by:CAE仿真在線  來源:互聯網


目前,我國轎車后地板主要由三部分組成,為前后地板連接板、中地板和后地板。這樣,每個產品件制造難度相對較少,但材料利用率很低,同時沖壓成本成倍提高。為了解決上述問題,把前后地板連接板、中地板和后地板連接板合成一體,成為一個產品件,稱為整體式后地板(以下簡稱后地板)。在國外對于這樣的整體式后地板常采用雙動壓力機或采用二次拉延(拉延序采用兩個工序)進行生產。為了提高生產效率,把此種后地板拉延工藝進行優化,模具設計結合氮氣彈簧提供上壓邊力,模具采用普通單動壓力機進行生產,從而提高生產效率,降低沖壓成本。

整體式后地板沖壓工藝分析

拉延工藝的設計決定拉延工藝的工序的成敗和產品件質量,包括拉延方向、成形展開、拉延工藝的補充面、設計拉延面(壓料面)、分模線、拉延筋位置等。

拉延方向的確定應遵循以下原則:⑴拔模角不能過小,保證凸模能進入凹模;⑵凸模開始拉延時與板料的接觸面積盡可能要大;⑶壓料面應保證板料能平放或過度平穩;⑷拉延深度應均勻。

為了彌補制件在沖壓工藝上的缺陷,制件本身部分以外增加的必要材料稱為工藝補充面,工藝補充面應考慮以下因素:⑴拉延時的進料方向和速度;⑵壓料面的形狀和位置;⑶修邊工序對工藝的要求。工藝補充面和產品件合在一起構成一個拉延工藝。

后地板產品結構分析

由于整體式后地板形狀復雜,產品件高度較大,見圖1。

轎車整體式后地板沖壓工藝分析autoform分析圖片1
圖1 整體式后地板

產品件特征:后排座椅處深度為265mm;備胎處深度為155mm;而產品件其他面基本上為一個大平面,產品件空間尺寸為1635mm×1455mm×275mm。

后地板沖壓方向確定

沖壓加工時,產品件沖壓方向對模具結構和產品質量有著重要影響。確定沖壓方向時應考慮工序內容、產品件形狀以及產品件質量要求、模具強度、經濟要求、可操作性等。

對于后地板,結合沖壓加工信息,裝車狀態和拉延方向也是息息相關,根據以上選擇,沖壓方向可以定為車身Z向(圖2b)。

后地板沖壓工藝分析

對于后地板拉延工藝而言,拉延深度非常大,首先要合理確認分模線。按照后地板結構特點和模擬分析,產品全部放在凸模上,將無法成形,且材料利用率較低?;谝酝蟮匕宥卫庸に嚱涷?把此兩處特征形狀單獨成為一個凸模,這樣在成形過程中,兩個形狀分別拉延成形?;谝陨戏治?把此兩處形狀各成為一個凸模,后排座椅處形狀凸模固定,放在拉延模具下模上進行成形;而備胎處形狀由于是凹形,把此形狀凸模放在上模進行成形,產品的其余部位作為壓料面進行成形。

按照以上分析及產品件壓料面補充,可以得到如圖2所示的拉延序沖壓工藝圖。

轎車整體式后地板沖壓工藝分析autoform分析圖片2
圖2 整體式后地板三動拉延沖壓工藝圖

經過理論分析,把備胎和后座椅兩處形狀單獨分型,其余面作為壓料面,由此做出的壓料面型面緩和,易于板料流動。在成形過程中,備胎處形狀先成形,即第一次拉延成形,后排座椅處形狀再進行成形,即第二次拉延成形。

后地板拉延工藝模擬

Auto Form軟件能直接由沖壓工程師在模具制造之前來完成模擬,其高質量的分析結果,在縮短產品和模具的開發驗證時間、降低產品開發成本、提高產品質量上效果顯著。經過Auto Form軟件模擬分析,可以有效判斷沖壓工藝的可行性、產品件的成形性能、開裂位置、起皺位置和大小、回彈大小和方向等。整體式后地板采用Auto Form4.4軟件作為分析依據,參數設置如表1所示。

表1后地板拉延工藝模擬參數的設置

模擬參數設定

材料尺寸&板厚

2060*1740*0.8mm

摩擦系數

0.15

n90

0.22

生產材質

DC56D+Z

屈服強度

157MPa

r90

2.0

仿真材質

DC56D+Z

抗拉強度

298MPa

一次拉延

理論成形力

190t

壓邊圈行程

150mm

壓邊力

90t


二次拉延

理論成形力

1000t

壓邊圈行程

250mm

壓邊力

190t









轎車整體式后地板沖壓工藝分析autoform培訓課程圖片3
圖3 模具打開狀態下的成形狀態

按照以上參數進行分析,建立數學模型,模具打開狀態下成形狀態如圖3所示。根據上圖可一目了然看到產品件拉延成形運動方向,按照模擬運動過程,可分為兩個拉延階段。

⑴第一階段(第一次拉延成形)。后地板下模本體固定在單動帶下氣頂缸的壓力機下臺面上,上模本體固定在壓力機的上滑塊臺面上。上下模分別處于打開狀態,通過壓力機的下氣缸把下壓邊圈頂起一個行程(此件的下壓邊圈行程為245mm),通過機械手把板料放在下壓邊圈上(件號4),板料定位由壓邊圈自帶感應定位系統。在第一次拉延完成階段,下壓邊圈處于頂起狀態,由下壓邊圈的氣頂壓力提供備胎處的成形力,首先拉延完成備胎處形狀,板件沖壓成形動態成形過程圖4所示。

轎車整體式后地板沖壓工藝分析autoform培訓課程圖片4
圖4 第一次拉延成形動態過程

⑵第二階段。在成形過程中,由安裝在上壓邊圈的氮氣彈簧提供提供上壓料力,把圖2中的下壓邊圈分模線以內的后座椅形狀成形,隨著上壓邊圈和下壓邊圈同步向下進行,直至后排座椅處形狀成形完畢,壓邊圈上小形狀繼續成形到底,整個拉延過程完成,其運動過程如圖5所示。

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圖5 第二次拉延成形動態過程

由圖5拉延工藝模擬狀態可以得出結論,按照此拉延工藝方案,產品件成形充分,在壓邊圈上的產品也無明顯疊料現象,產品件成形狀態良好。

后地板拉延制件狀態

通過Auto Form4.4軟件進行模擬拉延動態運動過程,以及依靠經驗進行判定,模擬狀態滿足工藝要求,再通過后期的模具鉗工調試,拉延制件滿足拉延工序件質量要求,拉延工序件如圖6所示。

轎車整體式后地板沖壓工藝分析autoform培訓課程圖片6
圖6 后地板到底后拉延制件狀態

整體式后地板拉延模具

拉延件沖壓工藝及分析得到充分驗證并且可行之后,下一步就要進行模具設計,模具需要滿足模具在壓機上的安裝要求、模具的生產匹配要求、模具要滿足沖壓工藝、模具的強度要求、模具鑄造性能、模具加工要求等幾個要素。

后地板拉延模具結構圖

拉延模具一般包括凸模、凹模、壓邊圈。而三動拉延模具則把壓邊圈分為上壓邊圈和下壓邊圈。圖7所示為后地板三動拉延模具凸模部分、壓邊圈部分、凹模部分裝配圖。

轎車整體式后地板沖壓工藝分析autoform培訓的效果圖片7
圖7 整體式后地板三動拉延模具結構剖面圖

由于大壓力氮氣彈簧的發展和在汽車模具工業的普及,需要提供90~120t的壓邊力,且壓縮深度達到150mm以上,普通矩形彈簧已無可能,而氮氣彈簧的發展彌補了這一空缺,為使用彈簧提供壓邊力起到了不可或缺的左右。圖7中的氮氣彈簧(件號6)選用標準型號為:TU5000-200,行程初始可提供壓力達到4.7t;行程達到10mm時,其壓力可以達到5.0t;行程達到150mm時,此氮氣彈簧可以達到的壓力約為7.5t。拉延模具共選擇18個氮氣彈簧作為壓邊圈的壓力源,初期提供壓料力共計約為90t,為后地板的壓邊力提供了有力保障。

結語

就整體式后地板的三動拉延工藝進行分析,采用UG軟件進行建模,通過Auto Form4.4軟件進行模擬,結合實際生產過程,此拉延工藝方案可以滿足生產要求,此種工藝已經得到生產驗證;

⑵采用UG軟件作為模具圖紙設計,通過對模具裝配圖的實例分析,為整體式后地板在轎車的推廣提供了理論依據,為以后的整體式后地板的拉延工藝的設計和模具結構設計提供了依據;

⑶為以后具有大型凸凹結構的產品件實現高質量的沖壓工藝提供了依據,提升了白車身開發性能。

——節選自《鍛造與沖壓》2016年第22期


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