提高翼子板棱线清晰效果的锐棱处理

提高翼子板棱线清晰效果的锐棱处理王忠华;王强;杨德军;李龙一;孙亮;张立彪【摘要】通过对翼子板拉伸模锐棱缺陷产生的原因分析和设计制造改善过程的控制,了解拉伸模锐棱精细模面设计和制造要领，阐述了锐棱设计在模具制造过程中的作用和重要性.【期刊名称】《模具制造》【年(卷)，期】2014(014)006【总页数】5页(P29-33)【关键词】锐棱;调试过程;精细模面;补偿【作者】王忠华;王强;杨德军;李龙一;孙亮;张立彪【作者单位】一汽模具制造有限公司吉林长春130011;一汽模具制造有限公司吉林长春130011;一汽模具制造有限公司吉林长春130011;一汽模具制造有限公司吉林长春130011;一汽模具制造有限公司吉林长春130011;一汽模具制造有限公司吉林长春130011【正文语种】中文【中图分类】TG385.21引言轿车市场竞争日趋激烈，用户对轿车制件的夕卜观质量、个性化需求越来越高，这对轿车造型研发提出了更高的要求。高端轿车的夕卜观给人以厚重、硬朗、流畅的感觉，这些成功的制件造型，与其冲压模具加工数据设计能够实现锐棱成形技术是分不开的。翼子板作为轿车外覆盖件，它的表面质量及尺寸精度要求极高，不仅要求表面光顺平滑，棱线清晰，为满足匹配关系，周边尺寸精度严格。在生产调试过程中经常出现锐棱不清、棱线位移，增加了模具调试难度，提高制造成本，延长了模具制造周期。所以设计阶段采用翼子板锐棱处理和生产过程质量控制成为模具快速制造的必然发展趋势，也是提高模具质量和制件质量的重要方法，如图1所示。图1翼子板制件棱线2翼子板制件棱线缺陷产生的原因分析翼子板制件棱线缺陷产生的原因主要包括设计阶段制件成形性缺陷问题和生产过程的缺陷问题。2.1设计阶段制件成形性缺陷问题主要包括棱线不清和棱线位移、材料破裂两种情况。首先，棱线不清缺陷产生的原因主要是由于拐点太小应力集中，板料形成自由状态，没有达到完全塑性变形，使制件棱线不清晰，从已经完成的模具过程缺陷制件结果可以看出，制件棱线分段波浪直至过渡到棱线不清，如图2所示。图2翼子板制件棱线不清缺陷其次，棱线位移、材料破裂缺陷产生的原因主要是滑移线的形成。滑移线是指板料在外力作用下，接触制件特征线拉伸凸模圆角时，由于板料受到不均一负荷、非对称负荷等不均一拉伸，在制件特征线拉伸凸模处产生相对位置偏移，特征线拉伸凸模对板料的内表面产生划伤，在此过程中由于板料在特征线拉伸凸模处产生正反弯曲变形，当变形由弹性变形变成塑性变形达到一定程度时在制件外表面会体现出来，形成痕迹，随着板料成形结束，最终痕迹留在制件外表面造成严重的质量缺陷。由于拉伸型面高低反差大，在成形初期，板料与拉伸凸模在锐棱处先接触，易产生棱线刚性位移和与之相关联的部位材料破裂，如图3所示。图3翼子板制件棱线位移和材料破裂缺陷根据冲压工艺补充形式及CAE分析结果，分析制件成形性缺陷和材料变薄情况，从冲压工艺CAE分析结果中可以看出，板料在成形过程中，为了满足锐棱处拉伸成形不破裂，拉伸成形时该区材料向里流动，这种材料流动产生冲击线和棱线区域滑移，缺陷突显，局部形状过渡变薄，侧壁滑移区变薄趋势明显，变薄量在0.1mm以上，因此这些区域需要着色比一般区域重一些，才能保证表面质量，如图4所示。图4翼子板制件棱线滑移CAE分析结果2.2生产过程的缺陷问题生产过程使制件产生缺陷的因素很多，主要介绍两种情况，一种是模具型面加工精度差，导致的模具型面缺陷；另一种是对模具型面蹭光不仔细及研配方法不当，会导致模具型面缺陷。首先，模具型面加工精度差，导致的模具型面缺陷。翼子板制件表面质量，更多的取决于冲压模具的制造精度。而模具的制造精度，基本依靠数控设备的精度来保证。所以，要提高模具型面的加工精度，对设备精度要求较高。在翼子板曲面精加工过程中，以往采用整体加工的编程方式，缺少程序质量的控制，精加工过程中的人工参与，机床精度、刀具磨损、手工接刀等问题对曲面精加工质量产生很大影响，如图5所示。其次，对模具型面蹭光不仔细及研配方法不当，会导致模具型面缺陷。蹭光是冷冲压模具制造过程中必不可少的一部分，是模具制造和调试一个非常关键的环节。在型面上分析，由于翼子板制件的型面全是光滑的曲面，蹭光的方法不当很容易影响曲面的光顺性，这种缺陷所产生的暗坑，其实就是一个相对光滑的曲面上形成一个小平面，而就是这个小平面压出的表面件，用油石蹭和用手摸都是一个暗坑。所以，模具蹭光的好坏直接影响到模具的调试和制件的表面质量，如图6所示。图5翼子板制件模具加工精度差虚拟合模结果图6翼子板制件模具光洁度较差结果3模面设计方案指示书设计根据用户的生产线和相关技术要求，翼子板模具冲压工艺分为单件模具和双槽模具两种形式。但无论哪种模具结构形式，翼子板锐棱设计的思路和理念是一致的。随着时代的进步和科技的发展，过去长期依赖钳工、以钳工为核心的生产管理模式，正逐渐被以技术为依托、以设计为中心的现代化生产管理模式所替代。模具制造过程的前移，调试问题被提前到加工数模设计、乃至冲压工艺设计阶段解决，已经成为当前被广泛应用的模式。模具制造的传统概念也正被模具高新技术制造的概念所替代。在精细模面方案指示书设计时，要对翼子板制件棱线缺陷产生的原因进行充分的分析，再考虑消除缺陷的对策，主要是在设计阶段冲压工艺造型合理性的基础上，通过加工数据精细模面方案的制定，保证模面设计的科学性和合理性，提高模具质量，减少模具调试难度，从而加快模具调试进程。针对上述翼子板制件棱线缺陷，主要通过制件数据、冲压工艺、CAE分析结果、以往项目同类制件缺陷、合格模具扫描备份虚拟合模结果，对成形性缺陷问题和生产过程的缺陷问题进行充分的分析之后，作为加工数据精细模面方案设计的主要依据。在冲压工艺设计时，为了提高制件刚性，在邻近缺陷区域的工艺补充都要造凹坑形状以提高制件塑性变形。此区域一般拉伸深度相对较深，拔模角应设计较大，以免拉伸时侧壁先开裂，影响制件整体刚性。在方案指示书设计中，根据项目特性要求将拉伸凸模的圆角设计优化为尖角，翼子板的灯口处既有制件本身的夕卜观要求，又通常为车身〃腰线”的汇聚处，拉伸型面的高低反差大，在板料成形时局部聚料而引起暗坑。预测表面缺陷部位，对外板件易出现暗坑的特殊区域和锐棱两侧，拉伸凹模实行紧压。增大此区域进料阻力，使高低点板料流动速度一致，控制棱线区域缺陷的产生，使压出制件的棱线清晰效果会较好。所以，在方案指示书设计时，考虑凹模相应区域沿型20~50mm将曲面强压0.15~0.3mm，使局部间隙小于料厚间隙，达到消除型面缺陷，提高棱线清晰效果和制件表面质量的目的，如图7、图8所示。4模面设计员根据模面设计方案指示书具体设计加工数据在模具加工数据设计时，特征线的弧长不超过2.5mm,棱线半径R<6.5mm，或整条棱线最小R<6.5mm时，就必须考虑锐棱设计和加工，在设计前期要保证满足条件的特征线，将拉伸凸模的圆角设计优化为尖角，在设计过程中，保证尖角线的曲率，避免波浪起伏，进行优化，并形成翅膀曲面，避免编程加工时破坏锐棱。在拉伸凹模对应锐棱位置做相应的0.15~0.3mm的强压处理作为设计初期对现场调试过程的缺陷预测和补偿。为防止模具闭合时压伤锐棱，以往做锐棱部位要求拉伸凹模圆角空开0.7mm以上（大于1倍料厚以上）。拉伸凹模做紧压设计时，注意根部要延伸至圆角面，暂不考虑紧压过渡区，只将紧压面延伸至R角（与R角相接）。紧压区仅针对全凸形表面，内凹表面暂不考虑。一般紧压模面应取在非成形表面部件上。目前，根据现场调试习惯及特定要求，紧压面均取在拉伸凹模上，如图9所示。设计阶段的主旨是，一方面，保证在编程加工时实现翼子板锐棱造型制件模具的加工制造同时，提高型面质量，不破坏棱线精度；另一方面通过设计数据的预测强压补偿，大幅减少钳工研修工时和制造成本，靠科学有效的设计推动调试进程，所以翼子板锐棱处理，成为快速产出的必然发展趋势，也是提高模具质量和制件质量的重要方法。图7拉伸模具设计过程图8模面设计方案指示书图9凸模锐棱及凹模紧压区域的设计5翼子板拉伸模锐棱质量生产过程控制翼子板拉伸模生产过程中，锐棱质量要靠设计理论数据的合理性保障，还要靠生产过程控制来加强质量的提升。在生产过程中，如何保证加工精度和如何使用正确的模具型面蹭光研配方法是提高翼子板拉伸模锐棱质量的两个关键环节。（1）保证加工精度。翼子板制件的表面质量，与冲压模具的制造精度有直接关系。通过审核、校对、自查等方式，完善优化加工数据内容，保证加工数据设计与方案指示书要求一致，确保3D几何信息精准。与编程人员沟通使用正确的加工方法，锐棱尖角在数控加工中的实现，只有通过掌握加工程序编制方法，需要程序预设合理的加工参数，才能完成锐棱曲面的加工。通过收集整理模具加工、检测、调试过程中的数据记录，根据数据分析确定制件面、工艺补充面的加工分区规范，通过分区规范指导翼子板模具曲面精加工程序的编制，能够有效地解决大型曲面精加工中刀具损耗、机床精度等问题对型面质量的影响。重点掌握凸模、凹模棱线加工工艺、辅助工艺补充面、编程方式、加工参数等技术难点。在程序编制过程中实现标准化、规范化，利于程序质量的控制。减少了精加工过程中的人工参与，实现了精加工过程程序化、自动化，如图10所示。大大提高了模具曲面的加工质量，并达到模具制造精度要求。模具曲面精细化加工，可以显著提升冲压件表面质量，缩短模具制造周期，这也是行业技术的主要发展方向。（2）与车间反馈研究规范模具型面蹭光及研配方法。蹭光是冷冲压模具制造过程中必不可少的一部分，是模具制造和调试一个非常关键的环节，模具蹭光的好坏直接影响到模具的调试和制件的表面质量。模具蹭光前要先对模具的型面进行检查，尽早发现型面是否存在各种质量缺陷。在拉伸及成形类冲压模具中，粗糙度值过高会造成板料的成形性不能充分展现，会使制件出现开裂、缩颈现象，蹭光不良会影响夕卜表面件的表面精度，制件表面会出现暗坑、凸起。为了使模具表面形成光滑的曲面，接近理想状态，蹭光时必须要掌握一定的技巧和方法。用细油石（320#以上）蘸煤油蹭光，直到消除粗蹭痕迹。粗糙度值达到Ra0.叩m,然后用细砂纸精蹭（400#以上）。R处光洁度达到Ra0.叩m（镜面状）注意：靠近棱线处不允许有排气孔。研磨时尖头部粘贴胶带，以保护棱角。在胶带与下方连接的部位需用小油石小心推光（棱线两侧），按住油石在型面上做45°交叉运动，这样的蹭光方法很容易找到高低点，有不平的地方此方法都可以蹭掉。这种方法实际上就是将缺陷区扩大，达到光顺连接的目的。如图11、图12所示。图10凸、凹模、压料圈加工后虚拟合模精度状态和实际模具型面质量图11规范蹭光方法和实际蹭光后模具表面质量图12调试过程着色件及合格拉伸工序件6结束语在多个项目中采用了提高