加長(zhǎng)縱梁工藝開(kāi)發(fā)及模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

吳轉(zhuǎn)萍

（陜西重型汽車有限公司，陜西西安 710200）

1 制件分析

圖1所示為加長(zhǎng)縱梁制件，制件的主要特征：高度差尺寸較大，狹長(zhǎng)、開(kāi)口為形梁類件，由于制件的開(kāi)口尺寸僅有60mm寬度，長(zhǎng)度為2m，制件高差呈形過(guò)渡，模具成形現(xiàn)狀采用下托料直接壓形的成形模式，成形尺寸依賴材料的本性，現(xiàn)場(chǎng)無(wú)任何調(diào)整手段，制件存在扭曲、岔口回彈，尺寸精度不良，開(kāi)口尺寸變化對(duì)焊接質(zhì)量有直接影響；同時(shí)Z形過(guò)渡區(qū)域法蘭邊產(chǎn)生嚴(yán)重的起皺；無(wú)法達(dá)到制件質(zhì)量要求。圖2所示為制件起皺部位。

圖1 加長(zhǎng)縱梁制件圖

圖2 制件起皺部位

針對(duì)這種現(xiàn)狀，經(jīng)過(guò)分析研究，需徹底改變材料的成形模式，將材料無(wú)法受控的成形方式改變?yōu)闈u進(jìn)式壓料，逐步成形的模式。

2 工藝方案分析

經(jīng)過(guò)制件形狀分析，加長(zhǎng)縱梁直接壓型工藝存在缺陷，需改變成形方式，改為漸進(jìn)式壓料的成形模式，即拉伸的模式。由于制件的高度差為340mm，需首先考慮旋轉(zhuǎn)拉伸方向，拉伸方向的設(shè)計(jì)以兩側(cè)端頭進(jìn)料初始點(diǎn)高度基本一致為原則。另外，法蘭邊的處理，為了保證法蘭邊的塑型性，法蘭邊作為拉伸制件的一部分進(jìn)行壓料面及工藝補(bǔ)充設(shè)計(jì)。采用分模線外移，將整個(gè)制件作為凸模的一部分，既提高了制件的定型性，同時(shí)，減少圓角R卷曲對(duì)側(cè)壁回彈的影響。

處理后的沖壓方向：繞坐標(biāo)中心旋轉(zhuǎn)6°，如圖3所示。

圖3 沖壓方向擺放

3 仿真模擬應(yīng)用

3.1 原直接壓形方式仿真設(shè)置分析

采用下托料的直接壓型的模具結(jié)構(gòu)，工具體設(shè)置如圖4所示，圖4所示為下托料塊托起未觸料的狀態(tài)，最上層的為凹模工具體，中間為托料塊，最下層的為下凸模。

圖4 下托料工具體設(shè)置

3.2 模擬結(jié)果

圖5、圖6所示分別為下托料模擬到底前3mm及1mm的兩種結(jié)果。由到底前3mm可以看出，法蘭面也產(chǎn)生了嚴(yán)重的褶皺現(xiàn)象，這種過(guò)程皺會(huì)影響最終制件的成形，測(cè)量最大起皺數(shù)據(jù)為0.078。

圖5 到底前3mm壓型狀態(tài)

圖6 到底前1mm壓型狀態(tài)

到底前1mm褶皺依然存在，最大起皺量為0.1，可以看出，此處壓型起皺趨勢(shì)增大，結(jié)果必然存在起皺。

3.3 解決措施

針對(duì)直接壓型的模具，設(shè)計(jì)上壓料芯壓料的結(jié)構(gòu)，提取起皺嚴(yán)重部位局部面進(jìn)行提前壓料，改造前期進(jìn)行模擬仿真，進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)預(yù)估。模擬設(shè)置工具體如圖7所示，最上層位于板料之上的是凹模，凹模下面為上壓料芯，位于板料之下的就是托料板，最下層的是凸模。模擬結(jié)果如圖8所示，到底前1mm最大起皺為0.09mm，較未壓料有所減輕，但不能解決根本問(wèn)題。與實(shí)際壓型存在的缺陷一致。

圖7 上壓料、下托料工具體設(shè)置

圖8 到底前1mm壓型狀態(tài)

4 新工藝方案下的拉伸工藝造型設(shè)計(jì)

4.1 壓料面及工藝補(bǔ)充設(shè)計(jì)

將圖3所示的拉伸制件導(dǎo)入Autoform R7中，設(shè)計(jì)隨形壓料面，基本以法蘭面為隨形基準(zhǔn)，大致隨形。壓料面設(shè)計(jì)完成后，進(jìn)行工藝補(bǔ)充設(shè)計(jì)，如圖9、圖10所示。

圖9 壓料面設(shè)計(jì)

圖10 工藝補(bǔ)充設(shè)計(jì)

4.2 新拉伸方案的模擬工具體設(shè)置

新模擬結(jié)構(gòu)工具體設(shè)置如圖11所示。最上層為拉伸凹模工具體，中間為壓邊圈工具體，下層為凸模工具體。

圖11 拉伸成形工具體設(shè)置

4.3 模擬結(jié)果

經(jīng)過(guò)提交運(yùn)算，結(jié)果如圖12所示，可以看出，模擬過(guò)程底面凹圓弧部位存在起皺風(fēng)險(xiǎn)，到底前3mm起皺值為0.09，法蘭面不存在起皺風(fēng)險(xiǎn)，最大起皺0.03mm。

圖12 拉伸到底3mm模擬結(jié)果

4.4 拉伸壓料面及工藝補(bǔ)充設(shè)計(jì)

抬高起皺側(cè)壓料面，修改完的壓料面及工藝補(bǔ)充如圖13所示。

圖13 拉伸壓料面及工藝補(bǔ)充面

4.5 模擬結(jié)果

經(jīng)過(guò)修正的壓料面及工藝補(bǔ)充，進(jìn)行重新模擬分析，結(jié)果如圖14所示，到底3mm前最大起皺量0.023mm，起皺風(fēng)險(xiǎn)排除，此壓料面及工藝補(bǔ)充造型可用于模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

圖14 修正后的模擬結(jié)果

5 各工序模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

制件的工序內(nèi)容布排如下，拉伸?修邊沖部分孔?側(cè)沖孔側(cè)修?反向沖孔。修邊沖孔采用先沖一部分孔，原因之一是底面孔數(shù)量繁多，一次沖孔布排方面有干涉，原因二是一部分孔對(duì)毛刺方向有要求，需將有裝配要求的孔毛刺躲開(kāi)裝配面。由于涉及多種類似制件的工藝兼容，分為長(zhǎng)縱梁及短縱梁，因此，在工藝設(shè)計(jì)階段，側(cè)沖側(cè)修工序長(zhǎng)短各一道，因此，工藝方案內(nèi)容共5道工序。如圖15所示。

圖15 工藝工序圖a——OP10拉伸 b——OP20修邊沖孔 c——OP30側(cè)修、側(cè)沖孔d——OP40側(cè)修、側(cè)沖孔（短梁）e——OP50反向沖孔

模具結(jié)構(gòu)如圖16所示，分別為拉伸、修邊沖孔、側(cè)修側(cè)沖、沖孔工序。

圖16 全工序模具結(jié)構(gòu)圖a——拉伸 b——修邊沖孔 c——側(cè)修側(cè)沖 d——沖孔

模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)特點(diǎn)：修邊沖孔工序結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)型面避讓，凹圓角避讓，保證制件順利取放；非工作部分型面避讓、結(jié)構(gòu)讓空，工作型面兩側(cè)面，側(cè)修邊及側(cè)沖孔符形面單側(cè)保留15mm，放0.5mm間隙加工，其余部位逃料；在折彎過(guò)渡部分，采取逃料單邊2mm放空避讓設(shè)計(jì)；壓料芯側(cè)壁放0.5mm加工，如圖17所示。

圖17 逃料及符形讓位示意圖

6 模具研合及驗(yàn)證調(diào)試

對(duì)拉伸模進(jìn)行研合調(diào)試，研合步驟方法：首先檢查模具導(dǎo)板、限位有沒(méi)有干涉部位；檢查完成后，刷紅丹，檢查調(diào)壓墊高度是否合適，將調(diào)壓墊調(diào)整至合適高度；壓坯料，在坯料刷紅丹，僅在壓料面與上凹模之間半壓研合，依據(jù)紅丹貼合率研修，保證制件壓料面飛模后的紅丹切合率至少在85%以上；其余側(cè)壁及上下模之間間隙依靠壓鉛絲的方法，實(shí)現(xiàn)模具研合。圖18所示分別為現(xiàn)場(chǎng)半壓及壓鉛絲狀態(tài)圖。

圖18 壓鉛絲及半壓壓料面研合

對(duì)研合后的模具進(jìn)行全序驗(yàn)證，拉伸工序使用壓床A線HSP-1000t油壓機(jī)。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，制件出現(xiàn)了縮口現(xiàn)象，尤其是兩端頭部位，收料縮口特別嚴(yán)重。壓制制件如圖19所示。制件內(nèi)口尺寸要求56±1mm，實(shí)際端頭開(kāi)口尺寸由55.3mm逐漸過(guò)渡到48.8mm，產(chǎn)生了縮口回彈?；诖?，首先采取了調(diào)整坯料寬度及壓料力兩個(gè)方面的措施，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，收效甚微。

圖19 壓制制件圖

6.1 回彈補(bǔ)償

根據(jù)回彈實(shí)際情況，進(jìn)行回彈補(bǔ)償，由于制件端頭部位高度尺寸最大，導(dǎo)致此處壓料面在成形后收料變小，壓不住料，產(chǎn)生縮口回彈，基于此進(jìn)行反回彈補(bǔ)償設(shè)計(jì)。開(kāi)口反回彈的設(shè)計(jì)思路，在材料流過(guò)的廢料區(qū)，將端部凹模走料圓角加大，設(shè)計(jì)變半徑走料圓弧，整個(gè)長(zhǎng)度范圍僅涉及制件入口約40mm，實(shí)現(xiàn)開(kāi)口漸變式的回彈補(bǔ)償。圖20所示為回彈補(bǔ)償實(shí)施圖。

圖20 回頭補(bǔ)償效果圖

6.2 調(diào)試

經(jīng)過(guò)回彈補(bǔ)償更改后再次調(diào)試，首先調(diào)整壓料力，由50t逐漸加大到100t，壓制結(jié)果發(fā)現(xiàn)，采用梯形坯料，高度稍大一側(cè)，展開(kāi)坯料尺寸較寬為360mm，另一端坯料寬度尺寸350mm，而實(shí)際壓制結(jié)果出現(xiàn)了開(kāi)口尺寸局部突變?cè)龃蟮默F(xiàn)象，無(wú)法達(dá)到開(kāi)口尺寸的均勻變化，經(jīng)過(guò)分析，采用倒梯形，高度差大的一側(cè)展開(kāi)尺寸用350mm，高度差較小一側(cè)展開(kāi)寬度為360mm，壓制效果實(shí)現(xiàn)了開(kāi)口尺寸的均勻變化，壓制開(kāi)口寬度基本控制在56±1mm范圍內(nèi)。圖21所示為倒梯形坯料設(shè)計(jì)圖。而氣墊力調(diào)整過(guò)大，會(huì)產(chǎn)生上模帶料的情況，經(jīng)過(guò)比對(duì)優(yōu)化，最終選用開(kāi)口尺寸比較合理，成形效果較好的50t壓料力。

圖21 倒梯形坯料

7 總結(jié)

通過(guò)對(duì)加長(zhǎng)縱梁從工藝分析、壓料面設(shè)計(jì)、工藝補(bǔ)充設(shè)計(jì)，到全工序模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，最終到驗(yàn)證調(diào)試以及調(diào)試缺陷的修復(fù)，利用拉伸成形代替直接壓型成形工藝方案，成功解決了加長(zhǎng)縱梁的成形問(wèn)題，徹底解決了扭曲、回彈、起皺等質(zhì)量問(wèn)題，為后續(xù)粱類制件成形提供參考。圖22所示為最終成形的制件。

圖22 成形制件