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汽车覆盖件异型深拉延件工艺的研究及模具设计

发布时期:2012-8-13      浏览次数:527
 

汽车覆盖件异型深拉延件工艺的研究及模具设计

江苏昆山市四方模具有限公司朱冠俊

上海汽车股份有限公司汽车工程研究院王伟光

上海交大申摸模具制造有限公司朱培玉

摘要:针对汽车覆盖件中的非旋转体、异型深拉延产品的制造,分别对其深拉延件进行工艺分析及计算和模具结构的认定,阐述拉延成型过程中的特点、难点,和解决难点的关键,并制造出合格汽车覆盖件零部件。

关键词:异型、非旋转体、拉延工艺、拉应力、径向应力、切向应力、切向压缩力、拉深力、压边力、摩擦阻力、胀形、塑性变形

一.前言

汽车覆盖件的定义:“是指发动机、底盘,构成驾驶室和车身的薄钢板的异形体表面零件和内部零件而言”。它的共同特点是“形状不规则曲面零件的内部和外部,薄板拉深的复合变形,以及存在着变形沿零件的周边分布不均匀”的特点。从狭隘的某种角度理解,汽车覆盖件产品的制造工艺和技术含量,似乎仅为汽车零部件制造工艺服务的单一专业技术基础。但是,笔者认为:‘‘汽车覆盖件的制造工艺成就,饱含和结累着板材冲压制造技术的精髓,它是冲压工艺学中综合的课题。在掌握了冲压工艺学基础知识以后,才能理解、完成汽覆盖件薄板拉深的项目任务。在落实汽车覆盖件薄板拉深时,必须综合地考虑几方面因素和相互关系的影响,并根据零件几何形状的特点予以灵活地运用,也是冲压工艺学和冲压知识界较难掌握的课题之一。

但是,目前针对汽车覆盖件产品制造的理论研究,在冲压工艺学和冲压界的总结、介绍、定义篇幅较少。根据上海桑发汽车配件有限公司配套上海大众“途安”商务车《桶状档板》,典型的薄板拉伸汽

车零部件的工艺设计、模具制造、生产过程的特点,来对异型深拉延汽车覆盖件的工艺和模具设计,进行分析、研究,以作抛砖引玉、共同探讨!

二.工艺分析

所示是上海桑发汽车配件有限公司为上海大众配套的“途安”商务车《桶状档板》零部件。

零件材料采用宝钢国产sTl 3钢板,材料厚度6=075ram薄板制成,产品公差为±05mm

这个产品外形特征①产品的两头高,左边比右边高出l3,并成斜坡状;②沿周边呈不等斜度的斜面和不规则曲面;③拉延面中间上平而呈单边凹坑状;④产品沿边有装配孔和有突缘;⑤突缘面形状呈不规则曲面。又根据汽车拉延件的分类进行分析,它是属于汽车覆盖件中典型、不规则深拉延件,它同时具备了复杂拉延件中的定义:

㈠拉延深度>100mm;㈢产品的拉延表面既靠压边面下的材料补充,又靠内部表面材料延深补充而拉延成型;㈢产品各处应力、变形很不均匀。这套产品的工艺特点又同时具备:(1)锥形零件拉深工艺特征;(2)盒形零件拉深工艺特征;(3)典型的异型深拉延工艺特性,是较为复杂的深拉延零部件。

但是,根据汽车零部件的可见表面不允许有波纹、皱纹、凹痕、边缘拉痕、擦伤,以及其他破坏表面完美的缺陷存在,以及棱线、筋条清晰、平滑、左右对称及过度均匀的一般标准和很好的刚度要求原则。“途安”商务车《桶状档板》零部件必须采用一次拉延的永久塑性变形工艺。这样既保证《桶状档板》零部件的刚度,又充分保证了外形棱线、筋条要

求清晰、平滑的技术要求。所以,《桶状档板》零部件完全符合汽车覆盖件零部件的一般定义要求。此产品的拉延工艺为一次拉延成型,汽车覆盖件产品加工工艺的特点“必须是一次拉延成型”,它也是与其它常规拉延零部件工艺的根本区别所在。依据上述分析,综观“桶状档

))零部件的结构,可判定其拉延伸点在:“左边拉延高度1 10mm,右边拉延高度85mm,以及四周的不均匀R处,并且要求沿周突缘下整”,必然发生成型过程中,进料速度不等

现象产生,导致进料快的部位断裂、过程中大面积的废品和次品,直至产生无法正常生

产的严重局而。

1、工艺计算:

《桶状档板》零部件制造工艺路线:①剪块料、②落料、③拉延、④切边、冲孔中13、⑤冲中问大孔(此文重点介绍和研究工序3拉延工序)拉延使用设备为YB32315液压机。

根据拉延前后体积不变原理,按照拉延前后毛坯与工件表面不变的原则,首先确定毛坯直径D。由于汽车覆盖件拉延件在拉伸时沿毛坯周边的变形情况十分复杂,笔者认为:“当前还没有,和不可能沿用成熟的数学公式和准确的数学方法做出十分精确的计算结果”。《桶状档板》零部件毛坯直径D,确定方式是:“根据拉延前后体积不变原理,按照拉延前后毛坏与工件表面不变的原则,依照产品的数学模型,按比例展开叠加来确定毛坯直径D(再叠加工艺

补充料部分)

2、拉深成型受力分析:

上海大众“途安”商务车《桶状档板》零部件的成形过程是“形状不规则曲面零件的内部和外部薄板拉深的复合变形,以及存在着变形沿零件的周边分布拉延不均匀”的特点,在拉深过程中及容易产生侧壁面和突缘面的褶皱或者破裂现象的发生。这个现象的产生也是本文重点分析的要点,也是最终确定工艺方案和拉延模具结构的关键。

从进料慢的部位折皱和毓料的现象发生,形成在生产图片中可以发现板料成型后形成的各向异性。(1)在外力驱动之下,顶部(凸模首先接触部位)基本不变

形,而突缘部分(板料直径D)的材料缩小,逐渐形成矩形的桶状外形。由此可见拉延变形的第一,阶段主要集中在凹模表面的突缘上。由于坯料是075mm薄钢板,并且有一定的刚性,突缘部分在切向压缩力(即圆周方向压力)作用下,被压曲失去稳定而形成不规则的大面积沼皱,并且传导至《桶状档扳》零部件侧壁部位,直至发生拉延模具的拉毛、模具合理间隙的串动和损坏的严重后果。(2 J为了防fJ二“桶状档

板》在拉深中发生起皱问题,在拉深方向施加拉深力P,但是,直接产生了图4所示,圆剧方向切向应力6。、径向拉应力6 r.轴向拉应力6。,和板材与模具之间产生孽擦阻力。拉深方向上施加的拉深力P6。,6一轴向拉应力、P一压力、T一材料厚度、唪擦阻力

根据上述成型受力分析得知:“由于拉深过程6 max的变化和行程的进展,压缩应力6。的增大,使材料的切向应变增加,使加工硬化更加增高,而塑性变形部分的不断减小,导致《桶状档板》产品顶部圆角处板坯被膨胀的极限,最终达到破裂,反映在凸缘

部分有褶皱。已经形成永久塑性变形状态。这就是汽车覆盖件和《俑状档板》为什么必须一·次拉延成型的最终答案。

三.工艺方案的确定

根据lT艺计算和拉深成型受力分析可知,《俑状挡板))产品的拉延条件已达极限,尽管也能拉延成型,但必须具备许多外因条什。(省略原材料因素的大,6。、6 r、摩擦阻力就越大。《桶状档板》拉延变形的第二阶段主要桶壁部位的延伸,由于板厚为6075,拉伸比的条件必然是处于临界状况,必然会发生破裂现象。

桶壁部位变形区见图4,凸缘变形区见图56卜切向压缩力、切向应力;6一径向拉应力、径向虚力,??? (1)展开料的外形尽量与产品外形相似,尽量减少

不必要的材料压边面积,减少压边阻力,使材料能够均匀送给和流动自由,材料来源补充充分。(展开料的R尺小、倒角尺寸大小部有影响、见图6)但是,单

靠调整坯料尺寸或调整压边力,来达到沿毛坯周边的分布不均,以达到产生均勺的径向拉直力6一切向匝缩力6。调试和生产出合格产品的的方法,是难以实现和不经济的。在这种情况下,能够保证比较均纠或者符合需要的径向拉应力6 r、切向压缩力6。的有效

措施是采用带拉延筋形式模具结卡勾完成。??? (2)采用压料板上配活动拉延筋形式,来完成拉延1二艺,是关键的结构举措。《桶状档板》批延T艺结构,是采用平面乐边结构,用模具中拉延筋来调整产品的切向压缩力、径向拉应力和切向应力,米改善进料阻力不等导致产品破裂、褶皱等缺陷。针对不同的产品结构,如何合理布置拉延筋位置、尺寸大小?以改善进料阻力不等,来达到调整径向拉应力6。和切向应力6。的目的,是需要较深博的力学理论基础知识和宝贵实践的经验才能透析分析解决。然而,一般的书本理论标准要求为:“在拉深变

扣延筋拉延筋形程度大因而径向拉应力也较大的圆弧曲线部位上,可以不设或少设拉延筋;在拉深变形小,因而径向拉应力也较小的直线上或曲率较小的曲线部位上要设或多设拉延筋”….。

但是,通过本产品的成功试制和实践,在理论上却有着不同的见解和观点。针对《桶状档板》产品拉延筋布置位置笔者采用的方式是:“不采用周圈布置,而是采用问段的位置布置拉延筋方式(见图7),来调整切向压缩力6。,径向拉应力6,和切向应力、摩擦力。采取的方案是:

“在拉深变形程度大因而径向拉应力6 r也较大的圆弧曲线部位上,即在产品四处R部分根据R尺寸大小(与直边过渡区域直边略增加)进行布置拉延筋,直边部分基本不设或少设拉延筋”(直边部分仅在单边拉深较大部位增加一条)的方式,达到了沿零件周边切向压缩力,径向拉应力6 r和切向应力平衡状态,生产出了合格的产品。

四、模具设计

针对上述分析:设计了如图8所示拉延模具。模具使用设备为YB32315液压机。从模具结构上可以看出属于典型的“倒装式”标准结构拉延模。模具在外力作用下开启;上模扳10、顶板6、凹模2,在导套导向下逐渐脱离导柱。同时顶板6在液压机下顶缸力的作用下,顶起顶料杆5,使压边圈3逐渐上升(上平面高出凸摸1最高点l2mm)。此时,将冲剀好的展开料置]二压边圈3定位环中,开启压机,上滑块下移,拉伸凹模2、压边圉3共同对坯料

进行实施哐边。随着液压机上滑块逐渐下移,同时在拉伸凸摸1作用下,逐渐将坯料拉伸、成型工序完成。随着液压机上滑块上升,液压机下顶缸的上升,通过顶板6、顶料杆5和压边圈3的作用,压边圈3将拉伸完成的零部件顶出型腔,完成零部什的卸料。

??? 为了保证压边力的均匀性,使之有利于材料的流动、转移,避免在拉伸时压边太严重,导致拉裂缺陷的产生。需要对图7所示五条拉延筋的高度进行不同的高度调整。本模具拉延筋的高度规律为:“上前方R位置相对略高”,即对R大、深度高状态,必须将进料阻力增大,沿周相对进行过渡处理。

另外,需要对拉延板料进行涂润滑油处理(润滑油涂置位置,尽量涂置在凹模2投影位置范围)和增加模具排气孔,以利于保证成型零件的表面质量。

五、效果及结论

模具设计、制造完成后,‘次试模合格。由于产品成异形,并且两边的高差比较大,和存在拉延比相当差的条件,所以在试模期间,部分配合区域需要进行研配。在研配过程中,牢牢掌握“消褶皱、去拉裂”原则,仪通过研配、打磨、修正即满足了图纸的技术要求。目前已经通过上海大众装车各项技术要求。满足了“途安”商务车国产化进程爱求,产品喷量稳定,模具使用情况良好。

??? 然而,笔者认为:拉延出合格的汽车覆盖件,除此以上昕叙条件以外,还必须童点考虑“模具配合而的表面粗糙度R..的高低”,应该尽量提高表面粗糙度精度等级和合理使用拉延润滑剂,降低摩擦阻力、径向哑力,提高径向拉应力、轴向拉应力。以达到拉

 

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