汽车翼子板冲压工艺及四序化生产

汽车翼子板冲压工艺及四序化生产

在压延技术中，与其他冲压件相比，汽车外板的材料薄、形状复杂、通常为三维截面、表面质量高的特点。外板覆盖材料的质量直接影响汽车的外观和质量。外覆盖件中翼子板最具代表性,其形状相对复杂,尤其是对尺寸精度和表面质量要求较高模具是各汽车公司在生产制造装备中投资最大的工装,降低冲压件工序步骤,实现冲压四序化生产,可有效降低模具开发成本及后期生产成本,提高生产效率。目前,我公司新车型开发提倡外覆盖件冲压四序化生产,但四序化实现的同时,必定将会增加冲压件工艺难度及模具结构的复杂程度,因此,如何采用新工艺、新结构,合理优化排布各序工艺内容、优化模具结构是实现冲压四序化生产的关键。本文以我公司某车型汽车翼子板外板工艺、结构、加工制作全流程自主设计开发为实例,讲述一种可实现四序化生产的翼子板冲压工艺方案及其翻边整形模具结构设计,该四序化冲压工艺方案及冲压模具的应用已在实际生产中得到良好验证。1拉延机传统翼子板成形工艺翼子板的生产工艺和模具设计是紧密相关的,工艺方案的确定过程也就是模具设计方案的确定过程。一般来说,在制定生产工艺方案时,冲压工序越少,零件定位精度就越高,前期模具工装开发成本及后期生产成本越低汽车覆盖件的冲压工艺方案设计,是在考虑冲压操作方便、安全、模具结构合理、工件及废料排出顺畅等要求的基础上,根据产品结构形状和技术要求确定拉延、修边、冲孔、翻边、整形等工序的先后顺序及各工序的具体内容该翼子板成形过程主要分为4步:第1序为成形;第2序主要为修边、冲孔、侧修边;第3序主要为修边、翻边、整形、侧翻边、侧整形;第4序主要为冲孔、翻边、侧冲孔、侧翻边整形汽车翼子板由复杂的空间曲面构建而成,主型面曲率较小,四周有复杂的与车门柱、引擎罩和车灯罩等零件搭接的翻边造型,在整车冲压件中搭接关系较为复杂。如图1所示,从a到b部分为翼子板与发盖搭接位置,记为A;从b到c部分为翼子板与A柱搭接位置,记为B;从c到d部分为后视镜安装位置,记为C;D处造型为转向灯安装位置;从d到e部分为翼子板与车门搭接位置,记为E;从e到f部分为翼子板与门槛搭接位置,记为F;从f到g部分为翼子板与轮罩搭接位置,记为G;从g到h部分为翼子板与前保险杠搭接位置,记为H;从h到a部分为翼子板与前大灯搭接位置,记为I。1.1拉延成汁程的设计如图2a所示,第1序OP10为成形工序,该产品坯料为梯形料,为保证坯料充分成形,避免拉延起皱、开裂等问题发生,在其产品周圈设置工艺补充面,并在四周增加拉延筋。该拉延筋为未完全封闭的周圈拉延筋,通过改变拉延筋的形状、大小来实现控制拉延成形过程中坯料流动的速度,从而达到控制成形的效果。由于翼子板与发盖搭接的A处拉延深度较大,该处外侧设置双拉延筋的结构,以达到更好的拉延成形效果。对于轮毂搭接位置一般都会存在负角造型,该负角造型的成形过程主要通过两步实现:第1步先进行垂直正翻边,第2步在下一工序中通过侧整斜楔机构进行负角翻边整形。由于轮毂搭接处为圆弧状,产品边缘的翻边整形需要发生弧长方向的流料,翻边后坯料面积增大,产品边缘弧长长度增加,但是该段翻边整形过程中板料流动有限,往往会造成翻边开裂问题。为解决该开裂问题,在拉延造型中轮罩搭接位置G处增加多个水滴状凸包造型,该水滴造型凸包横跨修边线,修边后有效凸包部分(即在产品翻边面上的部分)为开口状态,翻边时可以起到补充边缘弧长变长的作用,从而避免后序翻边开裂。该拉延模坯料为梯形料,定位方式:4条边定位。1.2型面定位方案如图2b所示,第2序OP20主要工作内容为冲孔+周圈修边,具体为:沿着产品周圈修边轮廓线进行周圈修边,并用废料刀将废料切断,便于废料排除;对轮罩搭接位置G处的圆形孔、三角精定位孔,车门搭接位置E处的圆形孔及转向灯D处的安装孔进行冲孔。由于拉延后发盖搭接位置A处一侧的型面角度较陡,该侧的修边采用斜楔机构沿着修边线进行25°角的侧修边,其余修边正修即可实现。此外,考虑到修冲模具结构及排废料的可实现性,周圈工艺补充面废料无法在该序全部修掉,因此,在车门搭接位置E处留有一段比较窄的废料在第3序OP30中进行修除。由于翼子板产品本身形状及工艺补充面轮廓都比较复杂,因此,第2序OP20产品定位方式采用型面定位即可。为了第3序OP30中产品精确定位,在OP20修冲工序中,与轮罩搭接位置G处产品边缘保留一部分工艺补充面,并在该工艺补充面上冲一个三角精定位孔,该孔用于OP30中产品精定位。1.3第2序:侧翻边、侧整形如图2c所示,第3序OP30主要工作内容为翻边整形,同时将第2序OP20中剩余的废料修除。由于车门搭接位置E处、轮罩搭接位置G处翻边后的产品最终状态为负角,所以这两处的成形过程分为两步:即在第3序OP30中进行正翻边整形,然后在第4序OP40中进行侧翻边、侧整形。鉴于模具结构的可实现性限制,大灯搭接位置E处的成形过程也分为两步:即先在第3序OP30中对部分进行翻边整形,剩余部分在第4序OP40中进行侧翻边整形。该序具体工作内容如下:将车门搭接位置E处及精定位孔处在第2序OP20中剩余的废料切断,该位置采用内侧刃口切断+整形的新结构,可保证切断、整形在同一副模具中同时实现;对车门搭接位置E处、轮罩搭接位置G处、前保险杠搭接位置H处及大灯搭接位置I处进行翻边整形;对发盖搭接位置A处及门槛搭接位置F处进行侧翻边、侧整形;对后视镜安装位置C处及转向灯安装位置D处进行整形。经OP20修边后,板件型面减小,第3序OP30产品定位方式为定位板+精定位孔定位,其中定位板对产品边缘定位,使用精定位孔进行精定位可以保证产品精度,降低累积误差。1.4侧翻边整形如图2d所示,第4序OP40的主要工作内容为剩余的冲孔、侧冲孔及侧翻边整形,该序的具体工作内容如下:分别对前保险杠搭接位置H处、前视镜安装位置C处及门槛搭接位置F处的工艺孔进行冲孔;分别对前保险杠搭接位置H处、发盖搭接位置A处及门槛搭接位置F处的工艺孔进行侧冲孔;对前大灯安装位置I处第3序OP30中剩余的部分进行翻边整形;对A柱搭接位置B处的负角造型进行侧翻边整形;使用新型旋转斜楔机构分别对车门搭接位置E处及轮罩搭接位置G处的负角造型进行侧翻边整形。该序的定位方式为:型面定位+定位板定位,其中产品边缘使用定位板定位。由于翼子板产品结构尺寸较小,在一序中同时实现车门搭接位置E处及轮罩搭接位置G处的负角翻边整形,其对应模具结构中翻边整形工作机构易出现安装空间不足、工作机构干涉的问题。而旋转斜楔的使用使模具结构更加紧凑,有效实现翼子板冲压四序化生产。第4序OP40完成后产品成形完成,即为图1所示的产品状态。合理的冲压工艺方案设计对模具设计及后期产品质量、生产方便性等具有指导性意义,而模具结构是工艺实现的载体,因此,如何运用新结构等措施实现模具结构设计也尤为重要。2第4工序的翻边整形模结构设计针对翼子板尺寸结构小、造型复杂、负角翻边整形工作机构干涉、模具结构实现困难等问题,本文重点讨论第4工序的翻边整形模结构设计,其主要工作内容为:冲孔+侧冲孔+侧翻边整形,模具结构如图3所示。为了使车门搭接位置E处及轮罩搭接位置G处的负角翻边整形可在一副模具内同时实现,该车型翼子板第4序翻边整形模具中分别采用两种不同形式的旋转斜楔机构2.1下模滑车驱动式旋转斜叉机构由于车门搭接位置E处翻边整形宽度较大,且周圈工作机构相对较少,采用下模滑车驱动式旋转斜楔机构即可实现,相对于上模滑块驱动型旋转斜楔,其制造成本较低。2.1.1位块的安装方式如图4所示,一级驱动块2及导板15固定在一级驱动块基座1上;一级驱动块2(成对配套使用)、二级驱动块17固定在滑车3上;侧导板5、旋转轴7、限位块12、限位块16固定在旋转翻边镶块4上,驱动后旋转翻边镶块4以旋转轴7为中心旋转运动,侧导板5在运动时起侧导向作用,限位块12及限位块16在旋转运动到位后起辅助限位作用;旋转座6、导套10、限位板11、压板13、斜楔限位块14、滑车导板18、滑车回程氮气弹簧19、限位块20分别安装在下模座上,其中,氮气弹簧9可以推动活杆8在导套10内上下运动,限位板11限制活杆8的运动幅度;限位块20上安装有聚氨酯缓冲块,避免与运动到位后的旋转翻边镶块4直接刚性接触碰撞2.1.2滑车旋转斜直轴旋转运动如图4b初始状态所示,镶块回程氮气弹簧9处于释放状态,将活杆8顶起,旋转翻边镶块4的一侧被顶起。随着上模逐渐向下运动,一级驱动块相互接触并推动滑车3向前运动。随着滑车3向前运动,二级驱动块也将相互接触并促使旋转翻边镶块4以旋转轴7为中心开始旋转,旋转的同时镶块回程氮气弹簧9逐渐被压缩。在滑车3向前运动的过程中,二级驱动块17刚开始接触时为斜面接触,当斜面接触结束时,旋转翻边镶块4旋转运动结束至水平状态,限位块12及限位块16起辅助限位作用。随着压机继续向下运动,滑车3继续向前运动至图4c所示的闭合状态结束。旋转翻边镶块4运动到位后起到凹模的作用,与凸模共同作用完成侧翻边整形工作内容。2.2上模滑块驱动型旋转斜叉机构由于翼子板轮毂搭接处产品造型弧度大,安装空间更小,该处采用上模滑车驱动式旋转斜楔机构完成侧翻边整形,上模滑块驱动型旋转斜楔机构结构更加紧凑,在模具中的安装空间更小,其结构如图5所示。2.2.1导板、压板、虾块安装具体结构及装配关系为:上滑块基座1安装在上模座上,定位键2起安装定位作用,上模座下压带动上滑块基座1向下运动。导板3固定在上滑块基座1上,与导板7接触导滑。导板7、侧导板17分别安装在镶块安装基座8上,其中,导板7为双面导滑导板,滑块4与导板7、镶块安装基座8同时接触导滑。翻边镶块凸模9安装在镶块安装基座8上,工作时起凸模作用。旋转轴(凹模)10安装在旋转轴基座13内,工作时在旋转轴基座13内旋转运动。限位板11固定安装在旋转轴基座13上,对旋转轴(凹模)10起辅助限位作用。压板12固定安装在旋转轴(凹模)10上。气缸连接块15固定安装在旋转轴(凹模)10上,起到连接气缸和旋转轴(凹模)10的作用。气缸5通过气缸耳轴托架6固定在下模座上,气缸5与耳轴托架6之间为枢转连接,在该斜楔机构运动过程中气缸5可绕气缸耳轴托架6转动如图5b所示,旋转轴基座13固定安装在下模座上,其与旋转轴(凹模)10配合的表面开有油槽17,储存润滑油,这样有效提高旋转斜楔工作性能、延长使用寿命。2.2.2压板及中资企业在该机构的整个运动过程中,随着上模不断向下运动,镶块安装基座8与压板12最先开始接触,到达该旋转斜楔机构工作的初始状态,如图5c所示。此时,氮气弹簧14处于完全释放状态,镶块安装基座8处于上滑块基座1的底部,聚氨酯缓冲块16可避免镶块安装基座8与上滑块基座1直接刚性接触,在冲压过程中起到缓冲碰撞、降低噪声的作用。上模继续向下运动,压板12受到向下的作用力,促使旋转轴(凹模)10在旋转轴基座13内开始旋转运动。由于旋转轴基座13内油槽内存有少量润滑油,旋转轴(凹模)10转动过程中的摩擦力远小于上模氮气弹簧的压力,在旋转过程中,镶块安装基座8仍处于上滑块基座1的底部。气缸顶杆在此过程中逐渐被压缩,气缸5绕气缸耳轴托架旋转。压板12随着旋转轴(凹模)10旋转运动至水平位置停止,即到达图5d所示状态。旋转轴10旋转到位后起到凹模的作用,限位板11起到辅助限位的作用。压板12运动至水平位置后,上模继续向下运动,氮气弹簧14开始逐渐被压缩,镶块安装基座8带动翻边镶块凸模9共同开始沿着压板12表面做水平方向运动,直至模具达到闭合状态,即图5e所示状态。经实际生产验证,该汽车翼子板冲压四序化生产方案的工艺及结构完全满足