關(guān)于側(cè)圍模具上邊框側(cè)成形結(jié)構(gòu)分析

文/蕭強(qiáng)·天鶴模具科技（天津）有限公司

側(cè)圍外板是汽車車身中成形難度最大的零件之一。成形過程中難度大、易回彈、易扭曲，對其尺寸合格率及面品質(zhì)量要求極高。側(cè)圍模具上邊框的側(cè)成形結(jié)構(gòu)受產(chǎn)品形狀、各滑塊及符型托料帽子強(qiáng)度、機(jī)械手操作空間等因素限制。側(cè)成形結(jié)構(gòu)形式多樣，下面針對相關(guān)結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析。

側(cè)圍模具上邊框側(cè)成形結(jié)構(gòu)

側(cè)圍是轎車車身中最重要的部件，其質(zhì)量直接影響到汽車整體外觀效果。因此側(cè)圍模具質(zhì)量十分重要，各部件強(qiáng)度必須足夠。但在實際生產(chǎn)中經(jīng)常發(fā)現(xiàn)側(cè)成形模具中帽子過薄、局部缺量等問題，造成強(qiáng)度不足。

圖1所示的結(jié)構(gòu)是十分典型的側(cè)圍模具上邊框側(cè)成形結(jié)構(gòu)，制件上邊框形狀簡單，制件負(fù)角區(qū)域平緩，制件取放良好，成形滑塊及符型帽子強(qiáng)度好，0°的側(cè)翻機(jī)構(gòu)及0°的成形滑塊采用背推驅(qū)動方式，機(jī)構(gòu)穩(wěn)定受力性好。側(cè)芯側(cè)壓料寬度足夠，制件側(cè)成形效果穩(wěn)定。

圖1 常規(guī)側(cè)翻結(jié)構(gòu)

成形滑塊為兩段拼接滑配的情況

有的時候，成形滑塊受結(jié)構(gòu)限制無法做成整體形式，而分為兩段拼接滑配結(jié)構(gòu)（圖2），該結(jié)構(gòu)優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡潔、穩(wěn)定，缺點是增加了調(diào)試的難度和工作量。如果調(diào)試不到位，在拼口處的兩個滑塊在側(cè)成形時因為受力不均會產(chǎn)生竄動，在上邊框的A面上產(chǎn)生痕跡。這種結(jié)構(gòu)有風(fēng)險，選用時需要謹(jǐn)慎。

圖2 兩段拼接滑配的成形滑塊

另外，這種拼接結(jié)構(gòu)由于是兩種驅(qū)動方式，滑塊的到位會有先后順序，因此拼口的方向和驅(qū)動的行程關(guān)系要特別注意。

上邊框帶有廢料的側(cè)成形結(jié)構(gòu)（雙側(cè)芯結(jié)構(gòu)）

這種雙側(cè)芯結(jié)構(gòu)（圖3）因為上邊框的側(cè)成形工序排到側(cè)修邊工序之前，工藝順序為先成形，后修邊。優(yōu)點是后精修制件精度高，缺點是這有可能增加側(cè)圍模具的工序。雙側(cè)芯結(jié)構(gòu)較單側(cè)芯結(jié)構(gòu)復(fù)雜。

圖3 雙側(cè)芯結(jié)構(gòu)

由于上邊框帶有廢料，增加了制件的厚度，增大了機(jī)械手取放件的空間要求?；瑝K及機(jī)構(gòu)側(cè)芯的行程也要滿足取件。

受產(chǎn)品條件限制的側(cè)圍上邊框A柱側(cè)翻邊結(jié)構(gòu)

圖4所示為受產(chǎn)品條件限制的側(cè)圍上邊框A柱側(cè)翻邊結(jié)構(gòu)。

圖4 受產(chǎn)品條件限制的側(cè)圍上邊框A柱側(cè)翻邊結(jié)構(gòu)

受A柱產(chǎn)品造型限制，產(chǎn)品上邊梁比較窄，門檻制件角度比較大，這樣的產(chǎn)品造型給后序的側(cè)翻整模具結(jié)構(gòu)設(shè)計造成很大的困難。由于側(cè)翻角度是定值，那么滑車的回退角度相應(yīng)也就定下來了。像常規(guī)上邊梁側(cè)翻結(jié)構(gòu)，回退滑塊和托料帽子鑲塊全部符型的話，還要考慮負(fù)角取件問題。常規(guī)情況下，回退滑塊的符型區(qū)Z向視圖邊界要大于負(fù)角產(chǎn)品邊界。但目前產(chǎn)品造型采用此結(jié)構(gòu)的話，回退滑塊符型區(qū)相應(yīng)較大，滑塊在回退狀態(tài)時會和托料帽子鑲塊，甚至與產(chǎn)品制件發(fā)生干涉。在設(shè)計原則中如果滑塊在回退狀態(tài)，托料帽子鑲塊應(yīng)保持與回退滑塊防干涉間距2mm，此時托料帽子鑲塊最薄地方要求大于7mm（需要考慮基準(zhǔn)側(cè)料厚）,可以設(shè)計成回退滑塊與托料帽子鑲塊為全部符型結(jié)構(gòu)，也是比較理想的結(jié)構(gòu)狀態(tài)。

現(xiàn)在討論托料帽子鑲塊最薄地方不能滿足7mm的情況，首先我們先要考慮制件負(fù)角取件問題，托料帽子鑲塊的邊界也就確定了，這時需要把托料帽子鑲塊的干涉尖角打掉。其次回退滑塊的符型區(qū)寬度最小要保證20mm，才能保證側(cè)翻的時候能夠壓住板料，不發(fā)生竄動。圖4所示的結(jié)構(gòu)形式就是這樣的狀態(tài)，托料帽子鑲塊整形區(qū)域跨度為760mm，截面最薄的地方僅僅5mm厚，強(qiáng)度存在問題。但綜合考慮回退滑塊的強(qiáng)度要求，這已經(jīng)是最優(yōu)的模具結(jié)構(gòu)了。

受產(chǎn)品造型影響，在托料帽子鑲塊局部斷面(圖5)厚度僅有5mm的情況下，側(cè)壓料寬度為20mm，局部最薄弱處僅為16mm，常規(guī)來說這種滑塊強(qiáng)度是明顯不足的，只有在現(xiàn)有的滑塊基礎(chǔ)上想辦法。首先材質(zhì)方面換成更好的7CrSiMnMoV,其次在回退滑塊和托料符型鑲塊之間加導(dǎo)板支撐。這樣做的好處有兩個：一方面通過導(dǎo)板的支撐，加強(qiáng)了托料符型鑲塊的強(qiáng)度；另一方面，滑塊符型區(qū)后面增加的導(dǎo)板支撐，相當(dāng)于增加了支撐筋，增加了回退滑塊工作區(qū)域的強(qiáng)度。

圖5 托料帽子鑲塊局部斷面

側(cè)圍上邊梁側(cè)翻的結(jié)構(gòu)斷面圖（圖6）中，pad代表壓料芯，壓在符型帽子鑲塊上，CAM-slide表示回退滑塊。在模具下死點時，被驅(qū)動器驅(qū)動到位，參與側(cè)翻成形工作；模具上死點狀態(tài)時，回退到位，方便制件Z向取出。CAM-PAD表示側(cè)壓料芯，C-RST-insert表示側(cè)整鑲塊，CAM表示側(cè)整機(jī)構(gòu)。側(cè)壓料芯和側(cè)整鑲塊都是裝在側(cè)翻機(jī)構(gòu)上的，側(cè)壓料芯是彈性的，側(cè)整鑲塊是剛性的。當(dāng)回退滑塊回程到位后，施加側(cè)翻制件需要的壓料力，側(cè)整鑲塊在模具下死點實現(xiàn)側(cè)翻成形。

圖6 受產(chǎn)品條件限制的側(cè)圍上邊框A柱側(cè)翻邊結(jié)構(gòu)-截面圖

在模具設(shè)計的同時，向主機(jī)廠申請產(chǎn)品ECR更改（圖7）。建議將側(cè)圍上邊梁前門洞的產(chǎn)品立壁打斜（圖中紅色產(chǎn)品區(qū)域）：⑴申請門洞的產(chǎn)品立壁打斜5°，這樣可以將符型帽子鑲塊強(qiáng)度提高一些；⑵申請將門洞產(chǎn)品立壁的圓角加大，可以提高一些符型帽子鑲塊的強(qiáng)度。打斜產(chǎn)品立壁及放大圓角，對工藝成形性有很大好處，可以優(yōu)化制件產(chǎn)品成形性，降低減薄過大及破裂風(fēng)險。

現(xiàn)有產(chǎn)品對上邊梁側(cè)翻的回退滑塊及符型帽子鑲塊強(qiáng)度有很大影響，其強(qiáng)度厚度低于常規(guī)的結(jié)構(gòu)厚度。如果投入生產(chǎn)，量產(chǎn)大的情況下，斷裂破碎的風(fēng)險很大。為了規(guī)避風(fēng)險，我們采用軟件進(jìn)行計算，可以觀看回退滑塊及符型帽子鑲塊的受力情況，判斷其是否超出了材料的受力載荷。

圖7 受產(chǎn)品條件限制的側(cè)圍上邊框A柱側(cè)翻邊結(jié)構(gòu)-產(chǎn)品更改方案

一般模具材料強(qiáng)度載荷安全系數(shù)這樣定義：安全系數(shù)(數(shù)值)=材料的抗拉強(qiáng)度/最大抗拉應(yīng)力，一般安全系數(shù)要大于4.5（4.5的安全系數(shù)要求是安全系數(shù)的最低標(biāo)準(zhǔn)）。低于這個數(shù)值，材料就會斷裂破損。

軟件仿真的最終結(jié)果顯示帽子鑲塊最大拉應(yīng)力為68MPa（圖8），材料7CrSiMnMoV(鑄)，抗拉強(qiáng)度550MPa，安全系數(shù)550/68≈8.08，大于4.5。從模擬結(jié)果分析滿足使用要求，處在安全范圍內(nèi)。

圖8 結(jié)構(gòu)薄弱處結(jié)構(gòu)強(qiáng)度核算

回退成形滑塊最大拉應(yīng)力68MPa，材料7CrSiMnMoV(鑄)，抗拉強(qiáng)度550MPa，安全系數(shù)550/68≈8.08，大于4.5。從模擬結(jié)果分析滿足使用要求，處在安全范圍內(nèi)。

由于帽子鑲塊和回退滑塊之間僅有部分支撐座及導(dǎo)板作為支撐，在受力作用下導(dǎo)致帽子鑲塊總位移最大處為0.03mm，位移0.03mm不會對帽子鑲塊和回退滑塊強(qiáng)度造成影響。

結(jié)束語

利用結(jié)構(gòu)分析軟件計算回退滑塊及符型帽子鑲塊的強(qiáng)度，強(qiáng)度滿足要求，解決了設(shè)計初期對結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的擔(dān)心，規(guī)避了風(fēng)險，為后面的加工調(diào)試提供了保證。

綜上所述，側(cè)圍上邊框側(cè)成形的結(jié)構(gòu)多種多樣，需要不斷的總結(jié)和改善，多積累經(jīng)驗，提高轎車側(cè)圍外板的設(shè)計及制造水平。