汽車側(cè)圍外板沖壓工藝分析與優(yōu)化

1沖壓工藝概述

1.1沖壓工藝定義

在汽車的日常車身制造過程中,尤其對于大型的車身覆蓋件來說,沖壓成形工藝起到了關(guān)鍵作用。因?yàn)榇笮偷能嚿砀采w件尺寸結(jié)構(gòu)較大,且形狀較為復(fù)雜,相關(guān)的質(zhì)量要求也較高,所以沖壓工藝具有極大的優(yōu)勢。當(dāng)前轎車車身的覆蓋件、客車各類骨架、載重貨車貨箱板、駕駛室以及車前飯金件等的制作都應(yīng)用了沖壓成形工藝。

1.2沖壓工藝工序

(1)沖裁:此工序主要包含剖切、沖孔、修邊以及落料等,其主要任務(wù)是分離板料。

(2)彎曲:此工序的主要任務(wù)是沿著彎曲線把板料按照一定形狀、角度等進(jìn)行彎曲。

(3)拉深:此工序的主要任務(wù)是進(jìn)一步改變空心件尺寸和形狀,或者把平面板料制作成各類開口的空心件。

(4)局部成形:此工序主要包含整形、翻邊、校平以及脹形等,其主要任務(wù)是將沖壓件或者毛坯的形狀通過相應(yīng)局部變形加以改變。

2某汽車側(cè)圍外板沖壓工藝分析

2.1制件結(jié)構(gòu)概況

某汽車側(cè)圍外板選擇采用DC06FC型號材料,厚度是0.8mm,外形尺寸是3210mm×1470mm×335mm。對于汽車的側(cè)圍外板而言,其尺寸的精準(zhǔn)度以及表面的整體質(zhì)量主要由后續(xù)設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)以及產(chǎn)品造型所決定。因此,在初期有關(guān)人員應(yīng)當(dāng)對其成形的相關(guān)工藝進(jìn)行全面分析,以便確保有效降低模具的制作成本,確保制件的整體質(zhì)量。在完成模擬分析后,有關(guān)人員應(yīng)當(dāng)進(jìn)行側(cè)圍外板拉延變薄分析,能夠發(fā)現(xiàn)該側(cè)圍外板具有較大開裂風(fēng)險(xiǎn)的位置共有5個(gè),如圖1所示。側(cè)圍外板拉延的模擬如圖2所示。

圖1拉延變薄分析

從圖中可知,在位置1代表的前門框A柱和位置2代表的

圖2拉延模擬

前門門檻尖角的變薄率為30.3%以及36.7%,存在極高的開裂隱患。在位置3代表的后門下端門檻與位置5代表的后門腰線立壁面的變薄率為24.7%以及21.1%,也存在一定程度的開裂隱患。在位置4代表的后保安裝板立壁面的減薄率為23.5%,此處通常在經(jīng)過工序0P30整形后形成最終的產(chǎn)品造型,而變薄率使其在整形時(shí)會存在極高的開裂隱患。

經(jīng)過對位置6的起皺、成形分析,此處的起皺變量達(dá)到了0.025,經(jīng)過相應(yīng)判定,能夠得出其起皺的路徑比單軸拉伸曲線低。

2.2分析問題

結(jié)合側(cè)圍外板整體造型,對上述問題進(jìn)行如下分析:

(1)位置1以及位置5的變薄率較高,其原因主要是此處存在較為復(fù)雜的造型,且二者的立壁面角度是92°、93°,在后續(xù)的拉延工藝中,二者的深度是188mm、129mm,成形深度很深[1]。(2)位置2、位置3和位置5處變薄率高的原因主要是前兩者經(jīng)拉延,成形深度為111mm,位置5成形深度為261mm,使得材料在成形過程中很難流入,最終導(dǎo)致金屬成形塑性下降。(3)在分析過程中得知,在結(jié)束拉延的10mm以及3mm時(shí),位置6已經(jīng)存在起皺現(xiàn)象,使得此處會有較多的材料流入,且此處撓曲彎曲能低于外力功,最終導(dǎo)致此處受到不均勻的力,材料失穩(wěn)、彎曲、起皺。

2.3汽車沖壓工藝優(yōu)化

為解決上述問題,制定了如下工藝優(yōu)化方案:

(1)為了對走料進(jìn)行控制,在此工藝的補(bǔ)充面增加加強(qiáng)筋,經(jīng)過實(shí)踐發(fā)現(xiàn),起皺現(xiàn)象并未獲得良好轉(zhuǎn)變,因此此方案不可行。(2)為了對走料進(jìn)行控制,增加加強(qiáng)筋的高度,使之從原來的2mm高度增加至8mm。實(shí)踐發(fā)現(xiàn),此方法能夠使起皺現(xiàn)象獲得良好轉(zhuǎn)變。經(jīng)過檢測,增加加強(qiáng)筋的高度后,起皺變量從最初的0.0289降至0.0079,卻發(fā)現(xiàn)立壁面最大變薄率發(fā)生了變化,高達(dá)36%,在后續(xù)施工中通過對工藝的補(bǔ)充面加以調(diào)整,能夠有效防止出現(xiàn)開裂現(xiàn)象。經(jīng)過以上調(diào)整以及優(yōu)化,各個(gè)零件、位置的起皺現(xiàn)象都有所好轉(zhuǎn),雖然部分位置存在強(qiáng)壓跡象,在經(jīng)過電泳之后,板件的外觀、整體質(zhì)量等都符合標(biāo)準(zhǔn)要求。

2.4優(yōu)化結(jié)果

針對位置1、位置2、位置3、位置5發(fā)生的開裂現(xiàn)象,技術(shù)人員在調(diào)試模具的過程中,對以上位置內(nèi)壓邊圈研配的實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)整,對工藝補(bǔ)充面加以優(yōu)化,能夠使其達(dá)標(biāo)。

然而在優(yōu)化、調(diào)整位置4發(fā)生的開裂現(xiàn)象時(shí),技術(shù)人員在調(diào)試模具過程中發(fā)現(xiàn),即使對模具進(jìn)行了準(zhǔn)確研配,經(jīng)過工序oP30整形時(shí)依然會發(fā)生開裂,且后保上端的導(dǎo)角甚至?xí)麠l都發(fā)生開裂現(xiàn)象。因此,技術(shù)人員又針對此問題采用了數(shù)控加工方式,對上述導(dǎo)角進(jìn)行調(diào)整,同時(shí)取消此處的兩個(gè)加強(qiáng)筋。但是在完成模具的研配以及對整形進(jìn)行確認(rèn)之后,此處上端仍然發(fā)生了開裂現(xiàn)象,寬度達(dá)到了1mm。為此,有關(guān)技術(shù)人員結(jié)合實(shí)際情況對此處開裂現(xiàn)象展開了深入分析,認(rèn)為上述位置發(fā)生開裂現(xiàn)象的最根本原因是供應(yīng)的材料不足,隨后對拉延模位置的整體工藝加以分析,同時(shí)借助UG展開科學(xué)計(jì)算,獲得了優(yōu)化前后的工藝曲線,如圖3所示。

圖3對拉延模位置4補(bǔ)充工藝的優(yōu)化

圖中的曲線1是對原始工藝加以補(bǔ)充之后獲得的曲線,曲線2是優(yōu)化后的工藝補(bǔ)充曲線,且曲線2整體長度明顯長于曲線1的整體長度,經(jīng)過計(jì)算得出,曲線2比曲線1的長度長了1.5mm,且有益于后續(xù)的整形環(huán)節(jié)。因此,技術(shù)人員在實(shí)際工作過程中劃定了整體后保安裝面的上端作為更改區(qū)域,并且把造型的交接位置進(jìn)行過渡:除此之外,對此位置型面進(jìn)行拉延凸模,并采用氬弧焊進(jìn)行補(bǔ)焊,同時(shí)以手工方式對凸模進(jìn)行修整,以便將此凸模作為基準(zhǔn),對相應(yīng)凹模進(jìn)行研配,進(jìn)而對此位置的角度合理放大,以便拉延、成形,最終經(jīng)過工序oP30進(jìn)行整形獲得板件,其成形后的整體性能以及質(zhì)量等均達(dá)標(biāo)。對于位置6的起皺現(xiàn)象,技術(shù)人員在實(shí)際調(diào)試模具的過程中,通過將工序oP10的工藝補(bǔ)充面作為基準(zhǔn)隨后進(jìn)行補(bǔ)焊等,進(jìn)而對走料進(jìn)行有效控制。技術(shù)人員在研配模具后發(fā)現(xiàn),位置6依然存在一些輕微的起皺現(xiàn)象。為了最大限度地消除此現(xiàn)象,以便對其進(jìn)行深入優(yōu)化,技術(shù)人員在工序oP20的整形模具立壁面進(jìn)行了強(qiáng)壓,使得起皺現(xiàn)象獲得良好轉(zhuǎn)變,并且在后續(xù)完成電泳之后,位置6的起皺問題被完全解決。

3汽車側(cè)圍外板沖壓工藝其他缺陷的優(yōu)化建議

通常情況下,汽車側(cè)圍外板沖壓工藝主要包含側(cè)翻邊、拉伸以及沖孔修邊,經(jīng)過實(shí)際的生產(chǎn)流程會出現(xiàn)3種缺陷:

(1)汽車的制件、尾門間配合位置出現(xiàn)翻邊或者褶皺,導(dǎo)致后續(xù)對其他沖壓件進(jìn)行搭接時(shí)產(chǎn)生裂縫:(2)汽車的制件、尾門間配合位置圓角大小并不均勻:(3)制件和車頂蓋的沖壓件搭接之后發(fā)生了"疊料"。以上缺陷都會導(dǎo)致汽車外觀受到嚴(yán)重影響。對于上述缺陷,主要是對第三次沖壓的側(cè)翻邊以及第四次沖壓進(jìn)行優(yōu)化,對工藝銜接位置進(jìn)行調(diào)整,調(diào)至搭接車頂蓋處,并進(jìn)行修邊。經(jīng)過以上優(yōu)化,使原來制件的表面質(zhì)量不達(dá)標(biāo)以及尺寸精度不合格等問題得到了改善。

4結(jié)語

為了確保汽車側(cè)圍外板的整體質(zhì)量,有關(guān)人員應(yīng)當(dāng)致力于為相應(yīng)車型制定合理的沖壓工藝計(jì)劃。因此,有關(guān)人員需要在實(shí)際工作過程中不斷積累、分析、總結(jié)并融合相關(guān)經(jīng)驗(yàn),以便在遇到問題時(shí)能夠采取最合適的沖壓工藝優(yōu)化對策,進(jìn)而為研制新產(chǎn)品、確保制件整體質(zhì)量打下扎實(shí)的基礎(chǔ)。