加长纵梁工艺开发及模具结构设计

2022-01-25吴转萍

模具制造 2021年12期

吴转萍

（陕西重型汽车有限公司，陕西西安 710200）

1 制件分析

图1所示为加长纵梁制件，制件的主要特征：高度差尺寸较大，狭长、开口为形梁类件，由于制件的开口尺寸仅有60mm宽度，长度为2m，制件高差呈形过渡，模具成形现状采用下托料直接压形的成形模式，成形尺寸依赖材料的本性，现场无任何调整手段，制件存在扭曲、岔口回弹，尺寸精度不良，开口尺寸变化对焊接质量有直接影响；同时Z形过渡区域法兰边产生严重的起皱；无法达到制件质量要求。图2所示为制件起皱部位。

图1 加长纵梁制件图

图2 制件起皱部位

针对这种现状，经过分析研究，需彻底改变材料的成形模式，将材料无法受控的成形方式改变为渐进式压料，逐步成形的模式。

2 工艺方案分析

经过制件形状分析，加长纵梁直接压型工艺存在缺陷，需改变成形方式，改为渐进式压料的成形模式，即拉伸的模式。由于制件的高度差为340mm，需首先考虑旋转拉伸方向，拉伸方向的设计以两侧端头进料初始点高度基本一致为原则。另外，法兰边的处理，为了保证法兰边的塑型性，法兰边作为拉伸制件的一部分进行压料面及工艺补充设计。采用分模线外移，将整个制件作为凸模的一部分，既提高了制件的定型性，同时，减少圆角R卷曲对侧壁回弹的影响。

处理后的冲压方向：绕坐标中心旋转6°，如图3所示。

图3 冲压方向摆放

3 仿真模拟应用

3.1 原直接压形方式仿真设置分析

采用下托料的直接压型的模具结构，工具体设置如图4所示，图4所示为下托料块托起未触料的状态，最上层的为凹模工具体，中间为托料块，最下层的为下凸模。

图4 下托料工具体设置

3.2 模拟结果

图5、图6所示分别为下托料模拟到底前3mm及1mm的两种结果。由到底前3mm可以看出，法兰面也产生了严重的褶皱现象，这种过程皱会影响最终制件的成形，测量最大起皱数据为0.078。

图5 到底前3mm压型状态

图6 到底前1mm压型状态

到底前1mm褶皱依然存在，最大起皱量为0.1，可以看出，此处压型起皱趋势增大，结果必然存在起皱。

3.3 解决措施

针对直接压型的模具，设计上压料芯压料的结构，提取起皱严重部位局部面进行提前压料，改造前期进行模拟仿真，进行风险预估。模拟设置工具体如图7所示，最上层位于板料之上的是凹模，凹模下面为上压料芯，位于板料之下的就是托料板，最下层的是凸模。模拟结果如图8所示，到底前1mm最大起皱为0.09mm，较未压料有所减轻，但不能解决根本问题。与实际压型存在的缺陷一致。

图7 上压料、下托料工具体设置

图8 到底前1mm压型状态

4 新工艺方案下的拉伸工艺造型设计

4.1 压料面及工艺补充设计

将图3所示的拉伸制件导入Autoform R7中，设计随形压料面，基本以法兰面为随形基准，大致随形。压料面设计完成后，进行工艺补充设计，如图9、图10所示。

图9 压料面设计

图10 工艺补充设计

4.2 新拉伸方案的模拟工具体设置

新模拟结构工具体设置如图11所示。最上层为拉伸凹模工具体，中间为压边圈工具体，下层为凸模工具体。

图11 拉伸成形工具体设置

4.3 模拟结果

经过提交运算，结果如图12所示，可以看出，模拟过程底面凹圆弧部位存在起皱风险，到底前3mm起皱值为0.09，法兰面不存在起皱风险，最大起皱0.03mm。

图12 拉伸到底3mm模拟结果

4.4 拉伸压料面及工艺补充设计

抬高起皱侧压料面，修改完的压料面及工艺补充如图13所示。

图13 拉伸压料面及工艺补充面

4.5 模拟结果

经过修正的压料面及工艺补充，进行重新模拟分析，结果如图14所示，到底3mm前最大起皱量0.023mm，起皱风险排除，此压料面及工艺补充造型可用于模具结构设计。

图14 修正后的模拟结果

5 各工序模具结构设计

制件的工序内容布排如下，拉伸➝修边冲部分孔➝侧冲孔侧修➝反向冲孔。修边冲孔采用先冲一部分孔，原因之一是底面孔数量繁多，一次冲孔布排方面有干涉，原因二是一部分孔对毛刺方向有要求，需将有装配要求的孔毛刺躲开装配面。由于涉及多种类似制件的工艺兼容，分为长纵梁及短纵梁，因此，在工艺设计阶段，侧冲侧修工序长短各一道，因此，工艺方案内容共5道工序。如图15所示。

图15 工艺工序图a——OP10拉伸 b——OP20修边冲孔 c——OP30侧修、侧冲孔d——OP40侧修、侧冲孔（短梁）e——OP50反向冲孔

模具结构如图16所示，分别为拉伸、修边冲孔、侧修侧冲、冲孔工序。

图16 全工序模具结构图a——拉伸 b——修边冲孔 c——侧修侧冲 d——冲孔

模具结构设计特点：修边冲孔工序结构设计型面避让，凹圆角避让，保证制件顺利取放；非工作部分型面避让、结构让空，工作型面两侧面，侧修边及侧冲孔符形面单侧保留15mm，放0.5mm间隙加工，其余部位逃料；在折弯过渡部分，采取逃料单边2mm放空避让设计；压料芯侧壁放0.5mm加工，如图17所示。

图17 逃料及符形让位示意图

6 模具研合及验证调试

对拉伸模进行研合调试，研合步骤方法：首先检查模具导板、限位有没有干涉部位；检查完成后，刷红丹，检查调压垫高度是否合适，将调压垫调整至合适高度；压坯料，在坯料刷红丹，仅在压料面与上凹模之间半压研合，依据红丹贴合率研修，保证制件压料面飞模后的红丹切合率至少在85%以上；其余侧壁及上下模之间间隙依靠压铅丝的方法，实现模具研合。图18所示分别为现场半压及压铅丝状态图。

图18 压铅丝及半压压料面研合

对研合后的模具进行全序验证，拉伸工序使用压床A线HSP-1000t油压机。结果发现，制件出现了缩口现象，尤其是两端头部位，收料缩口特别严重。压制制件如图19所示。制件内口尺寸要求56±1mm，实际端头开口尺寸由55.3mm逐渐过渡到48.8mm，产生了缩口回弹。基于此，首先采取了调整坯料宽度及压料力两个方面的措施，结果发现，收效甚微。

图19 压制制件图

6.1 回弹补偿

根据回弹实际情况，进行回弹补偿，由于制件端头部位高度尺寸最大，导致此处压料面在成形后收料变小，压不住料，产生缩口回弹，基于此进行反回弹补偿设计。开口反回弹的设计思路，在材料流过的废料区，将端部凹模走料圆角加大，设计变半径走料圆弧，整个长度范围仅涉及制件入口约40mm，实现开口渐变式的回弹补偿。图20所示为回弹补偿实施图。

图20 回头补偿效果图

6.2 调试

经过回弹补偿更改后再次调试，首先调整压料力，由50t逐渐加大到100t，压制结果发现，采用梯形坯料，高度稍大一侧，展开坯料尺寸较宽为360mm，另一端坯料宽度尺寸350mm，而实际压制结果出现了开口尺寸局部突变增大的现象，无法达到开口尺寸的均匀变化，经过分析，采用倒梯形，高度差大的一侧展开尺寸用350mm，高度差较小一侧展开宽度为360mm，压制效果实现了开口尺寸的均匀变化，压制开口宽度基本控制在56±1mm范围内。图21所示为倒梯形坯料设计图。而气垫力调整过大，会产生上模带料的情况，经过比对优化，最终选用开口尺寸比较合理，成形效果较好的50t压料力。