某SUV轎車后背門內(nèi)外板一模三件工藝開發(fā)

某SUV轎車后背門分總成如圖1所示，主要由后背門外板－上部、后背門外板－下部、后背門內(nèi)板和左右燈盒5個(gè)零件組成，其中，后背門外板－上/下部材料為ST07Z-05-60/60，料厚為0.7mm；內(nèi)板材料為ST07Z-60/60，料厚為0.7mm。后背門外板－上部與后背門外板－下部采用激光焊接，然后與燈盒焊接，最后與后背門內(nèi)板采用機(jī)器人壓合，完成后背門分總成產(chǎn)品。

圖1 轎車后背門分總成

常規(guī)工藝規(guī)劃方案

為了充分利用大型沖壓設(shè)備，提高生產(chǎn)效率，后背門內(nèi)板、后背門外板－上部兩個(gè)件采用一模雙槽的工藝規(guī)劃方案，共需四道工序分別為拉延、側(cè)修邊沖孔、側(cè)修邊沖孔翻邊、側(cè)沖孔翻邊整形，如圖2所示。

后背門外板－下部的工藝規(guī)劃方案為單獨(dú)制作，由拉延、修邊沖孔、翻邊三道工序完成，如圖3所示。

圖2 一模雙槽工藝規(guī)劃方案

圖3 后背門外板－下部工藝規(guī)劃方案

這三個(gè)產(chǎn)品共需7套模具，需要組織兩次生產(chǎn)，采用常規(guī)工藝方案生產(chǎn)效率低。

一模三件工藝規(guī)劃方案

本文通過產(chǎn)品開發(fā)的同步工程，提出一種新的工藝規(guī)劃方案，即一模三件工藝規(guī)劃方案，在產(chǎn)品開發(fā)過程中，進(jìn)行CAE分析，確定方案的可行性。

外板－上部與下部對接拉延成形，采用一張板料，與內(nèi)板一起制作，采用雙槽結(jié)構(gòu)，共需4道工序分別為拉延、側(cè)修邊沖孔、側(cè)修邊沖孔翻邊、側(cè)沖孔翻邊整形，如圖4所示。

圖4 一模三件工藝規(guī)劃方案

這套方案生產(chǎn)三個(gè)產(chǎn)品共需4套模具，一次沖壓生產(chǎn)即可完成三個(gè)件的制作，生產(chǎn)效率高。

后背門外板－上部、下部對接工藝可行性分析

后背門外板－上部、下部對接拉延是否可行，是該方案的核心。這是一種全新的工藝方案，國內(nèi)沒有這方面的先例，所以必須進(jìn)行CAE模擬分析，進(jìn)行方案可行性確定。

⑴拉延造型設(shè)計(jì)。

由于后背門外板－上部的下側(cè)需要側(cè)翻邊、側(cè)整形，所以不能在此側(cè)對接，只能在上側(cè)對接，根據(jù)后背門外板－下部的形狀特點(diǎn)，其下側(cè)與后背門外板－上部的上側(cè)對接，進(jìn)行拉延工藝設(shè)計(jì)，如圖5所示。

圖5 拉延造型

⑵拉延CAE模擬分析。

模擬分析主要檢查開裂、起皺、棱線滑移、沖擊線、制件的變薄率等是否滿足質(zhì)量要求。經(jīng)過多輪CAE分析，包括放大產(chǎn)品圓角、更改產(chǎn)品形狀、調(diào)整壓料面、改善工藝補(bǔ)充等措施，得到較好的CAE分析結(jié)果：沒有起皺開裂現(xiàn)象，變薄率可達(dá)到4%以上，如圖6所示。

圖6 CAE模擬分析結(jié)果

特征棱線滑移線狀態(tài)分析，如圖7所示。其中，特征線1：后背門外板－上部主特征線最小曲率半徑R12mm，材料經(jīng)過凸模圓角產(chǎn)生的滑移線8mm。由于是凸模剛與板料接觸時(shí)產(chǎn)生的滑移，此時(shí)接觸壓力小，圓角大，不會產(chǎn)生面品缺陷；特征線2：后背門外板－上部特征線最小曲率半徑R3mm，材料經(jīng)過凸模圓角產(chǎn)生的滑移線3mm。由于是凸模剛與板料接觸時(shí)產(chǎn)生的滑移，此時(shí)接觸壓力小，當(dāng)圓角逐漸形成后，板料不再滑移，不會產(chǎn)生面品缺陷；特征線3：后背門外板－下部特征線最小曲率半徑R5.5mm，材料經(jīng)過凸模圓角產(chǎn)生的滑移線4mm。由于是凸模剛與板料接觸時(shí)產(chǎn)生的滑移，此時(shí)接觸壓力小，當(dāng)圓角逐漸形成后，板料不再滑移，不會產(chǎn)生面品缺陷。

圖7 特征棱線滑移線狀態(tài)分析

⑶后序模擬分析結(jié)果。

后背門外板－上部拉延以后，各工序的模擬分析結(jié)果如圖8所示。通過CAE分析，后背門外板－上部、下部對接拉延工藝方案可行。

圖8 后序模擬分析結(jié)果

后背門外板－上部、下部沖壓工藝過程

后背門外板－上部、下部4道工序的沖壓工藝過程如圖9所示。另外，后背門外板－上部與下部搭接處的孔無法在4序內(nèi)完成，為了節(jié)省模具投資，在焊裝車間增加氣動(dòng)沖孔工裝完成，如圖10所示。

圖9 沖壓工藝過程圖

圖10 氣動(dòng)沖孔

后背門內(nèi)板沖壓工藝過程

⑴后背門內(nèi)板拉延CAE分析。后背門內(nèi)板采用單動(dòng)拉延結(jié)構(gòu)，由于形狀復(fù)雜以及拉延深度深，存在多處開裂、起皺問題，經(jīng)過多輪CAE分析，產(chǎn)品得到優(yōu)化，但產(chǎn)品工藝性仍然不算太好，還要依賴沖壓工藝解決。在矩形板料上沖制兩個(gè)工藝孔，并且在拉延到底前10mm刺破，這樣就解決了開裂和起皺問題，如圖11所示。

圖11 CAE模擬分析結(jié)果

⑵后背門內(nèi)板沖壓工藝過程。 后背門內(nèi)板4道工序的沖壓工藝過程，如圖12所示。

圖12 后背門內(nèi)板沖壓工藝過程圖

生產(chǎn)驗(yàn)證

通過產(chǎn)品開發(fā)過程的同步工程方法，提前進(jìn)行工藝方案的規(guī)劃，并進(jìn)行沖壓工藝可行性分析，沖壓工藝設(shè)計(jì)，輸出合理的沖壓工藝方案，使一模三件工藝得到實(shí)際應(yīng)用。它的優(yōu)點(diǎn)是：⑴節(jié)省了三套模具，降低了模具投資。⑵一次生產(chǎn)三件，提高了生產(chǎn)效率，降低了生產(chǎn)成本。⑶減少材料消耗定額，材料利用率提高12%左右。批量生產(chǎn)實(shí)物照片，如圖13所示。

圖13 生產(chǎn)實(shí)物照片

——本文節(jié)選自《鍛造與沖壓》2019年第6期。