汽车梁类制件三序工艺设计研究

2021-05-27龚玉禄长城汽车股份有限公司河北省汽车工程技术研究中心

锻造与冲压 2021年10期

文/龚玉禄·长城汽车股份有限公司，河北省汽车工程技术研究中心

梁类件在整车车身结构中占有极大比例，是整车强度、抗变形结构的重要组成部分。依据所在整车部位，梁类件可分为上车身、下车身两大类。本文主要针对下车身横梁制件进行分析，阐述其三序工艺设计，可为后期类似制件工艺、结构设计提供参考。

某车型横梁类制件，其零件图如图1 所示。材质为双相高强度冷轧钢板HC340/590DP，钢的显微组织为铁素体和马氏体。具有较低的屈强比和较高的加工硬化性能，在同等屈服强度水平下，相对于高强度低合金钢而言具有更高的强度，是结构类零件首选材料之一。零件的厚度为0.8mm，外形尺寸为685mm×135mm×40mm。

图1 制件形状及外形尺寸

通过观察可以发现，该横梁制件尺寸中等，除法兰面存在波浪造型外，大体结构呈“几”字形。上部存在5 处孔，包含左右两侧安装精定位孔(同时也是制件检测定位孔)。工艺设计阶段需重点对成形性及修边冲孔进行分析。

常规工艺设计

按照常规工艺，该“几”字形梁类制件工艺实现方式为：OP10 拉延(图2)、OP20 修边冲孔、OP30二次修边冲孔(图3)、OP40 整形冲孔(图4)。因制件成形深度较浅，拉延阶段可一次性将“几”字形成形到位，为便于废料顺利下滑及降低自动化生产中卡废料问题的出现，制件周边废料区域需分两次切除，二序切除一部分，三序切除剩余部分。同时，考虑“几”字形制件可能出现的侧壁及法兰边回弹问题，四序需增加整形工序，对制件的回弹加以抑制，便于现场回弹问题的整改。

三序工艺设计

图3 OP20、OP30 修边工序安排

图4 OP40 整形冲孔

为降低模具开发成本，优化模具成形工艺，结合产品数据状态分析，制定三序工艺方案如表1 所示。

更改为三序工艺后，变化点如下：

⑴OP10 取消拉延，改为周圈修边。

原梁类件成形工艺OP10 工序均为拉延，拉延对机床成形力、顶杆数量与位置要求极高，此次工艺OP10 采用修边工序(图5)，板料周围废料由上下模修边镶块直接一次性切除，降低了成形时对机床的要求。工艺设计阶段需要考虑生产过程中制件定位问题。常规工艺中，制件定位可依靠外形进行定位。但此三序工艺中，板料经OP10 周圈修边成形的工序件，并无特殊造型，无法在后序模具中进行准确定位，故需在OP10 阶段冲出后序生产用定位孔。考虑到制件在后工序成形中可能出现的偏移现象，故此生产用定位孔选择在产品长圆孔中心部位冲孔，检测用定位孔在最后一序进行冲裁，以保证孔位精度。

图5 OP10 修边工序

表1 某横梁类制件三序成形工艺安排

⑵取消制件多次修边工序，OP20 采用压型成形方式。

原梁类件成形工艺OP20、OP30为两次修边冲孔，此三序成形工艺OP20 采用压型方式，将OP10 修边后工序件依靠上下模一次性压弯成形至产品状态。此工艺方法可消除修边工序带来的毛刺问题，且模具结构简单，便于现场维护保养，具体如图6 所示。

图6 OP20 压型工序(右侧为截面图)

⑶以压芯镦死整形方式替代整形镶块整形。

原梁类件成形工艺OP40 采用上模成形镶块配合下模凸模实现整形工艺。现三序工艺采用上模压芯镦死方式，模具结构使用镦死块直接将压力机力源作用于压料芯，压料芯再传递镦死力于制件上，完成镦死整形过程。按此方式更改后，模具结构得到简化，降低模具开发成本，同时可保证制件法兰边品质及精度。

分析结果

按照上述三序方式进行工艺设计，在AutoForm中分析结果显示，制件FLD趋势(图7)、减薄率(图8)、线性失效(图9)均在成形所允许范围内，成形状态无问题，可保证制件使用需求。同时为确认此工艺方式对制件精度是否存在不利影响，在AutoForm 中对制件进行夹持回弹分析，通过分析结果(图10)，可看出制件法兰边回弹数值均在±0.5mm 范围内，则三序工艺状态下，制件成形性能、精度均可满足使用需求。