汽车前顶横梁内板的工艺研究

汽车前顶横梁内板的工艺研究

1dp钢在生产30年来，dp钢板的开发和应用已经广泛使用，包括热悬钉、电泳和热塑锡。dp钢的主要成分是c和mn，可以适当添加cr、mo和其他元素。主要组织是铁素体和马氏体,其中5%~20%为马氏体,钢材冷却时应避免析出珠光体和贝氏体等组织,随着马氏体含量的增加,强度范围为500~1,200MPa。众所周知,钢板的强度越高,塑性就越低,成形性越差,回弹就更难以控制,大量采用高强板制造车身制件,其成形工艺和模具制造将面临着更大的挑战。除了成形裕度差、容易破裂之外,最重要的是冷作硬化后产生的回弹非常难修复,DP钢的冷作硬化达40%以上,通常使用的回弹修复方法已不再适用。DP钢主要用于需高强度、高抗撞吸能,且成形要求也较严格的汽车制件上,如车轮、保险杠、悬挂系统加强件及部分汽车内外板等制件上。本文是针对高级别的DP钢,应用带活动拉伸筋的过拉伸模成形方法,作一些有益的探索,旨在为汽车大量采用高强度DP钢板时,突破其工艺瓶颈提供新的思路和参考。2钢板的结构和制作汽车超高强度钢板的制件结构一般都相对简单,容易成形,但抗回弹能力差。现以前顶横梁内板为例进行详细研究。前顶横梁内板制件结构如图1所示,长度1,325mm,纵向呈弧形,弦高92mm,横向最大凸起高度30mm,台阶高22mm,制件上分布3个压坑和2处压包。制件材料为北欧瑞典的DOCO1DP780超高强度冷轧钢板,相当中国牌号CR780DP,为双向先进高强度钢板,其屈服强度为420~550MPa,抗拉强度为:780~820MPa,延伸率为14%~18%。该件是轿车顶棚前沿一个受力构件,在汽车发生正向碰撞时,将承受绝大部分载荷,起到保护驾驶员的作用。3拉伸成形分析制件的纵向呈现大曲率弧形,成形时变形程度很小,基本上是在弹性变形范围内,卸载后呈恢复平板状态的趋势。横向凸起较高,对克服纵向回弹有较大的帮助,凸起的材料主要由宽度方向流入,前侧呈凹曲线压形,流入材料将被拉长,后侧呈凸曲线翻边,流入材料将逐渐压缩。由此可见,前侧属伸长类变形,后侧属压缩类变形,卸载后的残余应力将使制件产生扭曲回弹,这是工艺方案制定时,需要努力克服的。根据制件形状和上述分析,决定用如下工艺方案成形:(1)拉伸。使用块料进行过拉伸成形,拉伸时两端开口,如图2所示,拉伸开始时不压料,材料可以自由流入,距离拉伸结束前10~15mm时,布置在前后两侧的活动拉伸筋凸出压边圈压出高筋,强力拉伸使制件两侧均产生大于2%的伸长变形,从而减小或消除因残余应力产生的回弹。(2)修边冲孔。周边除二角不修给传递夹手留出夹料空间之外,共分8块修掉,冲孔共有4个,如图3所示,由于拉伸高度较小,用形状定位不可靠,增加外形定位。(3)侧修边侧冲孔。侧修边2块,侧冲孔5个,如图4所示,定位用已冲的2个圆孔。本方案的关键是拉伸工序,拉伸件设计是将制件的前后法兰面延长,在废料区设置活动拉伸筋拉料,两端开口拉伸。成形分析是利用由法国引进的PAM-STAMP2G高级分析软件进行的,分析结果如图5所示,图5中深色区域是变形效果较好的区域,没有破裂和起皱,由FLD可知,制件全部在安全区域,未变形的浅色区域很大,回弹不可避免。对于回弹采用活动拉伸筋进行调整,并通过数字仿真方法修复90%以上的回弹,留下极小的回弹,由模具调试消除。该副模具按传递模具(Transfer)要求设计,模具用在800t多工位(5工位)压力机上,下模高度控制在785mm,传递横杆(FEEDBAR)在800mm高度等待,抓手进入模具200mm抓件,抬高100mm,传递杆前行600mm送到下个工位,落下100mm放件,然后抓手退出模具外并压件,返回原来位置,整个过程模具制件、制件和传递杆抓手,都在运动,但不能发生干涉,设计要用干涉曲线审核。上述3副模具分别安装在机床第1、3、5工位上,2、4工位是空工位,空工位上要安装简易的过渡模。4拉压料的拉伸过拉伸这个名词,早已有之,但以前所说的过拉伸与高强板成形的过拉伸不是一个概念,以前所说的过拉伸是指外板件的过拉伸,外板过拉伸是将制件的外形向外延伸1~2mm分型拉伸,拉伸时板件上会出现由于冲模撞击材料而产生的冲击线,冲击线会影响外板件表面质量,需要在以后的翻边工序把加大量翻下,冲击线被翻到包边以里,制件的表面质量不受影响。现在所说的过拉伸是指高强度板成形的一种工艺方法,它和小圆角成形、FO(成形)代替DR(拉伸)、开口拉伸和工艺储料筋等工艺,都是高强度板成形研究中的最新成果。通常过拉伸是指在拉伸的初期和中期,对板料基本不进行压料,只是到拉伸快结束时,才在板料的边缘部分上压筋或阶梯,施以较大的拉应力,使板料产生等于或大于2%的拉伸变形,从而克服回弹。过拉伸工艺是国际领先的板料成形新技术。目前,常用的过拉伸有如下几种形式:(1)上下压力垫型式。模具为倒装结构,凹模在上,上压力垫行程较大,拉伸时压住中间的不变形区,下压力垫行程较小,在法兰边缘之外的废料区做成阶梯形状,在拉伸结束之前和凹模闭合先压料,然后压出阶梯,使之产生大于2%的拉伸变形,消除回弹。(2)上压力垫型式。模具倒装结构,凹模在上,上压力垫行程较大,拉伸时压住中间的不变形区,下模在法兰边缘之外的废料区作成阶梯形状,在拉伸结束之前和凹模压出阶梯,使之产生大于2%的拉伸变形,消除回弹。(3)下压边型式。模具和单动拉伸模类似,只是在压边圈的形状上有所区别,仍制成阶梯形状。工作时压边圈抬起和凸模等高,凹模压料,但压力很小,直到最后压出阶梯时,才产生较大的拉应力。压边圈抬起主要是起毛料定位和举起抓手抓件的作用。此制件设计的过拉伸模是个带活动拉伸筋的过拉伸模,如图6、图7、图8、图9所示。本模具和下压边型式类似,但压料面没做阶梯,而是直接设计了活动拉伸筋,用其压筋产生拉应力消除平面扭曲回弹。5活动筋底部和压边圈金块齐平压边圈活动拉伸筋是本模具的精髓。拉伸筋细长,不能设计为整体结构,现分为6段,每段还要作角型加强,拉伸筋下方设置有支杆和卡箍,在压边圈座中可以上下活动,当开模后压边圈升起时,活动筋靠自重缩回压边圈内,卡箍控制其行程,使其吊在压边圈座中,这时活动筋上端和压边圈镶块齐平。当合模后压边圈下行开始压件时,并不压筋,材料可以顺畅流入,压边圈继续下行直到快结束时,活动拉伸筋下支杆顶到模座上的垫板时,活动筋将逐渐露出压料面,压出拉伸筋,使之产生径向拉应力,发生大于2%的伸长变形。活动拉伸筋的组合系统是活动拉伸筋镶块、支杆和卡箍组成,调整卡箍位置控制活动筋行程,就可控制压筋的高低,从而获得不同的拉应力和伸长变形。各活动拉伸筋的压筋高度可以任意调整,前后可以不同,左右也可以不同,即可中间高,两头低,也可两头高中间低,模具调整时可以设定几个方案,只要更换支杆即可达到目的,免去了模面修补的工作。活动拉伸筋修模时,不用修整压料面,只需调整压筋高度,就可以达到修整回弹目的。这是一个十分新颖的构思,在国内尚属首次,国际上也未见报导,是过拉伸工艺方法和模具结构设计的创新点。6现场调试结果由于制件形状较为简单,调试不会产生破裂现象,主要缺陷将是平面扭曲回弹,CAE分析得出回弹方向是制件两端上翘严重,最大达15mm,仿真修复13mm,其余2mm显示极不规律,由现场用活动拉伸筋微调解决。现场调试方案压筋高度取13mm、11mm、9mm共3档,另加中间低两端高和不用筋两个方案,共5个方案,调试结果见表1。对比结果:方案5最好,方案2次之。拉伸筋高度应适中,过高与过低都不好,余下微量回弹通过模面调整很快达到合格要求。测量筋单面间隙为1.25mm。7双相钢板压料面的修复回弹工艺带活动拉伸筋的过拉伸模。对调整