探讨模具锐棱工艺设计

2021-08-31荣升格刘君君施帆君石攀荣奇瑞商用车安徽有限公司

锻造与冲压 2021年16期

文/荣升格，刘君君，施帆君，石攀荣·奇瑞商用车（安徽）有限公司

汽车外观能够给消费者带来最直接的印象，犀利的造型在彰显车身硬朗气质的同时还能够散发运动气息。汽车的外观特征线是决定汽车造型特征的关键线。锐棱技术的实现需要设计、机加、热处理、调试、生产维护等一系列环节支撑，同时锐棱技术也能够衡量模具公司的设计和创新水平。

产品现状

棱线对车身造型的影响

汽车车身在设计的时候有五条特别重要的“线”，即：车窗上沿线、车窗下沿线、肩线、腰线、裙线。汽车特征线是决定汽车造型特征的关键线，犀利的外观不光能博人眼球，同时对制造工艺也是一个重大挑战。而涉及到评判棱线的锐利程度，就不得不提到一个专业术语——R角。外观R角主要指车身外观棱线圆角的半径值。

因国内汽车制造工艺有限，R角越小导致车身外观缺陷越多(如滑移线、变形开裂等)，国产汽车早期车身外观R角基本在R8mm以上，在外观造型上国产车很难表现出技术优势，给人一种粗糙感。

锐棱产品设计制约点

锐棱在产品设计阶段需要着重关注的，有因R角值变小导致的拉延开裂、滑移线问题和因R角值变小导致的包边起皱、包边量不足的问题。这些问题一旦产生实物就很难整改好，导致整车在做AUDIT评审时质量缺陷就会比较多，严重影响整体评价。

锐棱产品设计目标

现阶段需要突破的是将外观主棱线R角设计的约束值从R8mm降低到R2mm。这不仅对冲压工艺和焊装工艺水平提出了严格的要求，而且在对产品棱线设计时需要更加严谨，锐棱不仅仅是缩小R角值那么简单，同时还需要考虑到实际的冲压技术水平及模具设计成本。

CAE分析及判定标准

锐棱技术涉及重要CAE点为滑移线控制、产品边界棱线位置减薄率、包边起皱及包边料过短问题。

滑移线检查

标记点选择在凸模凸R角上，且最先接触料的位置在不明确接触料的初始位置时，应利用断面查看或则采用波浪线标记的方式检查。

滑移线CAE标准：当R≤20mm，不能超过R边界3mm；当R＞20mm时不做特殊要求，但是当所测滑移线太大时要与客户进行反馈确认，滑移线过大会严重影响产品外观质量，如图1所示。

图1 滑移线分析1

在做SE分析时有两个不得不提的专业词语：

反应变应力(Unbend Strain)代表材料应变的难易程度，其值越大代表此处在应力作用下，产生的应变量越大，其滑移线风险也越高。

参考滑移线产生标准为大于0.01mm，此处数值不得超过0.01mm。

接触压力(Contact Press)代表板料与模具接触时单位面积承受的压力，其单位为MPa,其数值越大，产生滑移线的风险越大。滑移线产生参考值为板料屈服强度的15%，如图2所示。

图2 滑移线分析2

棱线部位减薄率检查

由于锐棱制造技术在实际制作时，凸模R角接近于尖角，所以在棱线部位的减薄率需要额外进行加严控制，防止其实际生产时开裂。棱线主体部位不得超过15%，端头部位不得超过22%，翻边整形工序模拟不得超过25%。

包边起皱、包边料过短问题检查

翻边过程中不得出现明显起皱，包边分析模拟时不得出现包边不实、包边起皱情况。

此类检查为常规性检查，如图3所示。

图3 包边状态

模具设计工艺要求

在锐棱技术模面设计时应充分考虑冲压方向的合理性，服从的原则是：取所有棱线高度的平均值，也就是说应该尽可能使所有棱线处在同一高度，避免差异；对于单条棱线本身两端头的应该尽可能处在同一高度上，避免局部先接触板料，应使整条棱线均匀接触板料，如图4所示。

图4 锐棱产品冲压方向确定

在对外覆盖件外观设计时，特别要注意特征线夹角问题，一般锐棱部位曲面夹角控制在110°到130°之间，不超过150°。下R角数值可为8～12mm。上R角数值为2mm，如图5所示。

图5 A面夹角

棱线附近的补充面造型

当R棱线处材料滑移线问题严重时，或者易发生开裂时，需要在棱线两头将补充面抬高，要比棱线高2～3mm，这样可以达到减少制件滑移线、解决零件开裂现象，也就是使材料最后2～3mm才开始接触R棱线，如图6所示。

图6 棱线补充面

特征线模面设计原则

⑴拉延模具。

模面设计结合产品造型要充分精算棱线两侧成形拉料力，使两侧受力均衡。如图7所示，以凸模为基准，棱线两侧15～20mm宽度，做0.05～0.08mm强压面，10～ 15mm做曲面光顺过渡；棱线端口做过拉延的工艺补充，补充量大小视产品分析而定，在补充处以变薄中心为圆点向四周发散15～20mm做0.07～0.12mm强压面，10～15mm做曲面光顺过渡；间隙放在凹模上。凹模棱线尖角相应处让空R=t，深度0.4mm。拉延模面要求与研合状态实物，如图8所示。

图7 拉延模棱线处模面

图8 拉延模面要求与研合状态实物

在模具结构图设计时对于较大的件，如侧围、翼子板等模具斜对角设置导柱精确导向。设置要求高度最小在模具到底前30mm，精确导向开始工作。其次为方式开合模具导致模具型面受损，考虑设置导正销进行粗导向，高出导板50mm工作，棱线处研合率实物如图9所示。

图9 拉延导向

⑵修冲类模具。

为防止锐棱产品特征线在后序出现二次压伤缺陷，后序模具的凹模：棱线功能区不紧压、开槽0.2mm×0.2mm，非功能区避让2mm(如果避让2mm还有干涉，就用D3球刀开槽，深度2mm)，具体如图10所示。

图10 后工序模具棱线处模面处理

⑶翻边整型类模具。

棱线两侧和尖角区若无功能区，让空处理。若有功能区，棱线端口两侧做0.07～0.12mm强压面，压料芯棱线处让空处理，以变薄中心为圆点向四周发散15～20mm，10～15mm做曲面光顺过渡。如门外板棱线端头和机盖棱线端头，距翻整面40mm外棱线让空，不做紧压处理或凸模，功能区进行圆角锐化，非功能区按产品类别处理，棱线处研合率实物如图11所示。