一模多件沖壓滑移線控制研究

趙 鋒，蘇傳義，趙 超，王 力

（一汽奔騰轎車(chē)有限公司，吉林 長(zhǎng)春 130012）

0 引言

為了適應(yīng)汽車(chē)行業(yè)的快速發(fā)展，以更低的制造成本實(shí)現(xiàn)更復(fù)雜的造型一直是沖模領(lǐng)域追求的目標(biāo)。隨著沖壓技術(shù)的發(fā)展，目前國(guó)內(nèi)一模多件設(shè)計(jì)不斷增加，如四門(mén)外板的一模四件、后背門(mén)外板的一模三件等。一模三件生產(chǎn)的后背門(mén)外板，3個(gè)單件成形工藝差異性較大，沖壓生產(chǎn)準(zhǔn)備工作難度大，尤其當(dāng)外板產(chǎn)生滑移線時(shí)，難以處理。現(xiàn)主要介紹后背門(mén)內(nèi)、外板采用一模三件生產(chǎn)工藝時(shí)，外板上部滑移線產(chǎn)生的原理與控制方法。從板料定位、拉深收料線、工藝造型、拉深筋形狀及數(shù)量等方面，結(jié)合CAE模擬分析，總結(jié)了后背門(mén)外板滑移線的控制方法。

1 沖壓滑移線問(wèn)題分析

1.1 問(wèn)題描述

后背門(mén)外板滑移線缺陷如圖1所示，后背門(mén)外板上部表面棱線附近存在5 mm滑移線，且后背門(mén)外板上部左右兩端缺陷和滑移線位置對(duì)應(yīng)，該滑移線與產(chǎn)品棱線形成的凹坑屬于不可接受缺陷，必須消除。

圖1 后背門(mén)外板滑移線

1.2 外板上部滑移線成因分析

通過(guò)CAE軟件進(jìn)行分析時(shí)，在拉深成形過(guò)程中考慮工藝型面、板料對(duì)中狀態(tài)與進(jìn)料分析對(duì)滑移線的影響，并結(jié)合實(shí)際成形，分析考慮拉深件實(shí)際出件進(jìn)料狀態(tài)、階段成形狀態(tài)，通過(guò)二者對(duì)比分析確定影響因素。

1.2.1 拉深模擬分析

（1）拉深成形分析。為了保證后背門(mén)外板上、下部同時(shí)在凹模內(nèi)成形充分，上、下部交接處設(shè)計(jì)工藝補(bǔ)充，如圖2（a）所示。減薄率分析如圖2（b）所示，圓圈處的減薄區(qū)域?qū)?yīng)滑移線區(qū)域。

圖2 后背門(mén)外板成形分析

（2）拉深工藝補(bǔ)充面分析。為了保證后背門(mén)外板上、下部交接的不同角度成形充分，其交接處設(shè)計(jì)的工藝補(bǔ)充拔模角加大20°，且工藝補(bǔ)充高度與拔模角由內(nèi)向外逐漸加大加深。工藝補(bǔ)充拔模角為51°，如圖3所示，工藝補(bǔ)充最深區(qū)域?qū)?yīng)滑移線區(qū)域。

圖3 后背門(mén)外板上、下部交接處工藝補(bǔ)充面

（3）板料對(duì)中位置。由于要降低材料成本，板料外輪廓尺寸必須滿足材料利用率，為此在模擬分析時(shí)考慮小尺寸板料不對(duì)稱進(jìn)料的對(duì)中問(wèn)題。由于板料尺寸限制，進(jìn)料摩擦力對(duì)板料對(duì)中的影響逐步加大，后背門(mén)外板不對(duì)稱法蘭邊狀態(tài)及對(duì)中位置如圖4所示。

圖4 后背門(mén)外板不對(duì)稱法蘭邊狀態(tài)及對(duì)中位置

（4）拉深進(jìn)料線分析。板料進(jìn)料線位置合理既保證了內(nèi)部成形需要，又保證了拉深件不出現(xiàn)失效現(xiàn)象，后背門(mén)外板上、下部進(jìn)料線顯示的數(shù)值已達(dá)到內(nèi)部成型性的極限狀態(tài)（見(jiàn)圖5），可調(diào)裕度為零。

圖5 后背門(mén)外板上、下部板料進(jìn)料線模擬狀態(tài)

（5）拉深滑移線分析。合理的進(jìn)料狀態(tài)保證了內(nèi)部成形需要，但無(wú)法保證內(nèi)部成形的均衡狀態(tài)，在模擬分析中后背門(mén)外板上部出現(xiàn)滑移線（見(jiàn)圖6），滑移距離為2.349 mm。

圖6 后背門(mén)外板上部滑移線狀態(tài)

后背門(mén)外板上、下部位在同一個(gè)凹模內(nèi)成形復(fù)雜，既要保證成形深度較淺的下部與成形深度較深的上部同時(shí)成形充分，又要控制零件回彈，因此工藝設(shè)計(jì)時(shí)在對(duì)接處增加了反成形工藝補(bǔ)充，在造型下行曲線的兩側(cè)（見(jiàn)圖2（a）圓圈處）進(jìn)行深度漸變且角度漸大的工藝補(bǔ)充面設(shè)計(jì)。內(nèi)部成形需要外部進(jìn)料控制，在滿足材料利用率的前提下，板料對(duì)中位置會(huì)向成形深度較深的一側(cè)偏移，選擇合理的摩擦因數(shù)算出理論進(jìn)料線位置，控制整體成形狀態(tài)。雖然對(duì)各方面進(jìn)行了考慮，但模擬結(jié)果中依然存在滑移線。

1.2.2 拉深件分析

實(shí)際成形過(guò)程中，后背門(mén)外板上部多進(jìn)料12 mm，下部少進(jìn)料6 mm，如圖7所示，影響內(nèi)部成形均衡狀態(tài)。

后背門(mén)外板上、下部成形到底前50 mm時(shí)，工藝補(bǔ)充反造型300 mm范圍內(nèi)門(mén)外板上、下部主棱線間存在5 mm深度變化，如圖8所示，滑移線對(duì)應(yīng)區(qū)域最深，影響材料平衡狀態(tài)。

調(diào)試時(shí)，后背門(mén)外板上、下部進(jìn)料狀態(tài)與理論進(jìn)料線存在較大偏差。上部進(jìn)料過(guò)多，下部進(jìn)料較少，導(dǎo)致成形狀態(tài)失衡，并且失衡狀態(tài)方向與內(nèi)部滑移線的方向相同，加大滑移線位移（5 mm）。試驗(yàn)階段的工件成形狀態(tài)是現(xiàn)場(chǎng)查明問(wèn)題成因最直觀的判斷依據(jù)，外板上、下部交接型面高度差對(duì)成形材料的平衡狀態(tài)有直接影響，并且可以確認(rèn)影響區(qū)域和滑移線發(fā)生區(qū)域相互對(duì)應(yīng)。

圖7 后背門(mén)外板實(shí)際進(jìn)料狀態(tài)

圖8 成形到底前50 mm工藝補(bǔ)充反造型狀態(tài)

2 對(duì)策實(shí)施及確認(rèn)

2.1 整體方案

拉深模調(diào)試時(shí)，控制后期進(jìn)料以減少內(nèi)部工藝補(bǔ)充型面高度影響，再進(jìn)行內(nèi)部工藝補(bǔ)充型面角度的優(yōu)化，最后進(jìn)行前期進(jìn)料控制的方法。在保證拉深模調(diào)試方向不偏離模擬分析的前提下，進(jìn)行必要的工藝修改，如表1所示。

2.2 第一階段方案實(shí)施及確認(rèn)

確認(rèn)板料在模具中的位置偏移量，將板料對(duì)中位置調(diào)整到理論對(duì)中位置，滿足成形需要；調(diào)整設(shè)備的相關(guān)參數(shù)使其符合理論設(shè)定值，并調(diào)整壓力與壓邊圈頂出高度，確認(rèn)成形裕度。針對(duì)后背門(mén)外板上部進(jìn)料過(guò)多區(qū)域進(jìn)行壓料筋槽補(bǔ)焊，設(shè)備調(diào)整后少進(jìn)料6 mm；針對(duì)后背門(mén)外板下部進(jìn)料過(guò)少區(qū)域進(jìn)行壓料筋槽圓角加大0.3 mm的處理，設(shè)備調(diào)整后多進(jìn)料4 mm。優(yōu)化后背門(mén)外板下部壓料筋槽圓角切點(diǎn)與順滑度以及上部壓料間隙，使進(jìn)料線位置至理論進(jìn)料線刻線位置；第一階段方案實(shí)施結(jié)果如圖9所示，后背門(mén)外板上部滑移線位移尺寸縮小到2.5 mm，接近理論滑移線位移尺寸，消除非理論滑移量2.5 mm，調(diào)試至此，消除板料位置尺寸及拉深模進(jìn)料穩(wěn)定性影響后，才考慮產(chǎn)生滑移的工藝因素，并進(jìn)行相應(yīng)的修改。

2.3 第二階段方案實(shí)施及確認(rèn)

工藝補(bǔ)充的修改分為工藝補(bǔ)充型面高度和拔模角面修改。首先進(jìn)行工藝補(bǔ)充造型高度降低5 mm的模擬分析，結(jié)果顯示滑移線向相反方向移動(dòng)0.6 mm，具有一定效果，模具結(jié)構(gòu)修改后出件確認(rèn)，拉深件的滑移線位移縮小至2.0 mm，消除理論滑移量0.5 mm。然后進(jìn)行工藝補(bǔ)充拔模角面內(nèi)縮10 mm的模擬分析，結(jié)果顯示滑移線向相反方向移動(dòng)1.9 mm，效果更明顯，模具結(jié)構(gòu)修改后出件確認(rèn)，拉深件的滑移線位移縮小至1.5 mm，消除理論滑移量0.5 mm。內(nèi)部工藝補(bǔ)充型面修改后，消除理論滑移量1.0 mm。第二階段方案實(shí)施結(jié)果如圖10所示。

工藝補(bǔ)充型面調(diào)整后，滑移線位移量已經(jīng)縮小到1.5 mm，小于理論滑移線位移2.349 mm，為了使外板成形充分，需要對(duì)外部進(jìn)行提前進(jìn)料控制。

表1 滑移線調(diào)試方案

圖9 第一階段方案實(shí)施結(jié)果

圖10 第二階段方案實(shí)施結(jié)果

2.4 第三階段方案實(shí)施及確認(rèn)

后背門(mén)外板下部進(jìn)料線已達(dá)到理論進(jìn)料線位置，但是連續(xù)成形時(shí)存在少進(jìn)料1～2 mm的波動(dòng)。因此在后背門(mén)外板上部進(jìn)料控制二次修改前，對(duì)后背門(mén)下部進(jìn)料進(jìn)行二次優(yōu)化，修整壓料筋圓角，消除進(jìn)料不穩(wěn)定性，優(yōu)化后消除理論滑移量0.5 mm，滑移線位移量縮小到1.0 mm。第三階段方案實(shí)施結(jié)果如圖11所示。

對(duì)后背門(mén)外板上部外側(cè)左右端壓料筋以外區(qū)域進(jìn)行膠帶控料試驗(yàn)，試驗(yàn)后外板上部左右端按照理論進(jìn)料線位置少進(jìn)料11 mm，上部立壁拉痕向下移動(dòng)2.0 mm，滑移線位移尺寸為0，滑移線消除。對(duì)應(yīng)滑移線區(qū)域，在后背門(mén)外板上部外側(cè)左右端法蘭邊分別找到急劇進(jìn)料區(qū)域，在左右端原有壓料筋外側(cè)各增加長(zhǎng)300 mm、高3 mm的方筋控制前期進(jìn)料。后背門(mén)外板上部左右端設(shè)置壓料筋后，上部左右端按照理論進(jìn)料線位置少進(jìn)料13 mm，上、下部進(jìn)料線位置對(duì)比理論進(jìn)料線位置整體向上部移動(dòng)2.0 mm，滑移線位移量為0，滑移線缺陷消除，如圖12所示。

圖11 第三階段方案實(shí)施結(jié)果

圖12 后背門(mén)外板上部左右端滑移線缺陷消除

3 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)對(duì)后背門(mén)外板一模多件滑移線的研究，得出控制滑移線的方法是保證板料對(duì)中狀態(tài)的穩(wěn)定性、實(shí)際進(jìn)料線位置貼近理論進(jìn)料線位置、實(shí)際設(shè)備參數(shù)貼近理論設(shè)計(jì)參數(shù)、針對(duì)成形材料平衡狀態(tài)對(duì)工藝合理修改、快速進(jìn)料區(qū)域進(jìn)行強(qiáng)行控料、優(yōu)化模具結(jié)構(gòu)。通過(guò)上述方法可以較好地解決非對(duì)稱的一模多件滑移線問(wèn)題，提升了車(chē)身外覆蓋件表面的成形質(zhì)量，消除了滑移線缺陷，減少了返修成本。