轿车整体式后地板冲压工艺分析

2016-06-21徐长敏北京汽车股份有限公司生技中心

锻造与冲压 2016年22期

文/徐长敏·北京汽车股份有限公司生技中心

轿车整体式后地板冲压工艺分析

文/徐长敏·北京汽车股份有限公司生技中心

目前，我国轿车后地板主要由三部分组成，为前后地板连接板、中地板和后地板。这样，每个产品件制造难度相对较小，但材料利用率很低，同时冲压成本成倍提高。为了解决上述问题，把前后地板连接板、中地板和后地板连接板合成一体，成为一个产品件，称为整体式后地板（以下简称后地板）。在国外对于这样的整体式后地板常采用双动压力机或采用二次拉延（拉延序采用两个工序）进行生产。为了提高生产效率，把此种后地板拉延工艺进行优化，模具设计结合氮气弹簧提供上压边力，模具采用普通单动压力机进行生产，从而提高生产效率，降低冲压成本。

整体式后地板冲压工艺分析

拉延工艺的设计决定其工序的成败和产品件质量，包括拉延方向、成形展开、拉延工艺的补充面、设计拉延面（压料面）、分模线、拉延筋位置等。

拉延方向的确定应遵循以下原则：⑴拔模角不能过小，保证凸模能进入凹模；⑵凸模开始拉延时与板料的接触面积要尽可能大；⑶压料面应保证板料能平放或过渡平稳；⑷拉延深度应均匀。

为了弥补制件在冲压工艺上的缺陷，制件本身部分以外增加的必要材料称为工艺补充面，工艺补充面应考虑以下因素：⑴拉延时的进料方向和速度；⑵压料面的形状和位置；⑶修边工序对工艺的要求。工艺补充面和产品件合在一起构成一个拉延工艺。

后地板产品结构分析

由于整体式后地板形状复杂，产品件高度较大，见图1。

产品件特征：后排座椅处深度为265mm；备胎处深度为155mm；而产品件其他面基本上为一个大平面，产品件空间尺寸为1635mm×1455mm×275mm。

后地板冲压方向确定

冲压加工时，产品件冲压方向对模具结构和产品质量有着重要影响。确定冲压方向时应考虑工序内容、产品件形状以及产品件质量要求、模具强度、经济要求、可操作性等。

图1 整体式后地板

对于后地板，结合冲压加工信息，装车状态和拉延方向也是息息相关的，根据以上选择，冲压方向可以定为车身Z向（图2b）。

后地板冲压工艺分析

对于后地板拉延工艺而言，拉延深度非常大，首先要合理确认分模线。按照后地板结构特点和模拟分析，产品全部放在凸模上，将无法成形，且材料利用率较低。基于以往后地板二次拉延工艺经验，把此两处特征形状单独成为一个凸模，这样在成形过程中，两个形状分别拉延成形。基于以上分析，把此两处形状各成为一个凸模，后排座椅处形状凸模固定，放在拉延模具下模上进行成形；而备胎处形状由于是凹形，把此形状凸模放在上模进行成形，产品的其余部位作为压料面进行成形。

按照以上分析及产品件压料面补充，可以得到如图2所示的拉延序冲压工艺图。

经过理论分析，把备胎和后座椅两处形状单独分型，其余面作为压料面，由此做出的压料面型面缓和，易于板料流动。在成形过程中，备胎处形状先成形，即第一次拉延成形，后排座椅处形状再进行成形，即第二次拉延成形。

后地板拉延工艺模拟

Auto Form软件能直接由冲压工程师在模具制造之前来完成模拟，其高质量的分析结果，在缩短产品和模具的开发验证时间、降低产品开发成本、提高产品质量上效果显著。经过Auto Form软件模拟分析，可以有效判断冲压工艺的可行性、产品件的成形性能、开裂位置、起皱位置和大小、回弹大小和方向等。整体式后地板采用Auto Form4.4软件作为分析依据，参数设置如表1所示。

图2 整体式后地板三动拉延冲压工艺图

表1 后地板拉延工艺模拟参数的设置

按照以上参数进行分析，建立数学模型，模具打开状态下成形状态如图3所示。

图3 模具打开状态下的成形状态

根据上图可一目了然看到产品件拉延成形运动方向，按照模拟运动过程，可分为两个拉延阶段。

⑴第一阶段（第一次拉延成形）。后地板下模本体固定在单动带下气顶缸的压力机下台面上，上模本体固定在压力机的上滑块台面上。上下模分别处于打开状态，通过压力机的下气缸把下压边圈顶起一个行程（此件的下压边圈行程为245mm），通过机械手把板料放在下压边圈上（件号4），板料定位由压边圈自带感应定位系统。在第一次拉延完成阶段，下压边圈处于顶起状态，由下压边圈的气顶压力提供备胎处的成形力，首先拉延完成备胎处形状，板件冲压成形动态过程如图4所示。

图4 第一次拉延成形动态过程

⑵第二阶段。在成形过程中，由安装在上压边圈的氮气弹簧提供压料力，把图2中的下压边圈分模线以内的后座椅形状成形，随着上压边圈和下压边圈同步向下进行，直至后排座椅处形状成形完毕，压边圈上小形状继续成形到底，整个拉延过程完成，其运动过程如图5所示。

由图5拉延工艺模拟状态可以得出结论，按照此拉延工艺方案，产品件成形充分，在压边圈上的产品也无明显叠料现象，产品件成形状态良好。

后地板拉延制件状态

通过Auto Form4.4软件进行模拟拉延动态运动过程，以及依靠经验进行判定，模拟状态满足工艺要求，再通过后期的模具钳工调试，拉延制件满足拉延工序件质量要求，拉延工序件如图6所示。

整体式后地板拉延模具

拉延件冲压工艺及分析得到充分验证并且可行之后，下一步就要进行模具设计，需要满足模具在压机上的安装要求、模具的生产匹配要求、冲压工艺、模具的强度要求、模具铸造性能、模具加工要求等几个要素。

后地板拉延模具结构图

拉延模具一般包括凸模、凹模、压边圈。而三动拉延模具则把压边圈分为上压边圈和下压边圈。图7所示为后地板三动拉延模具凸模部分、压边圈部分、凹模部分装配图。

图5 第二次拉延成形动态过程

图6 后地板到底后拉延制件状态

图7 整体式后地板三动拉延模具结构剖面图

由于大压力氮气弹簧的发展和在汽车模具工业的普及，需要提供90～120t的压边力，且压缩深度达到150mm以上，普通矩形弹簧已无可能，而氮气弹簧的发展弥补了这一空缺，为使用弹簧提供压边力起到了不可或缺的作用。图7中的氮气弹簧（件号6）选用标准型号为：TU5000-200，行程初始可提供压力达到4.7t；行程达到10mm时，其压力可以达到5.0t；行程达到150mm时，此氮气弹簧可以达到的压力约为7.5t。拉延模具共选择18个氮气弹簧作为压边圈的压力源，初期提供压料力共计约为90t，为后地板的压边力提供了有力保障。