浅析基于铝门外板模具关键技术解决方案

文／胡勇，董智超，袁安刚，尚明晶·一汽模具制造有限公司

随着汽车轻量化的发展趋势，全铝车身或部分铝基冲压件替代钢在国内外车型应用越来越多，这也给冲压模具带来新的挑战和变革，冲压模具开发企业需要在铝板模具开发方面进行研究，积累经验，迅速解决铝合金材料带来的新问题。

铝基材料自身材料属性导致其成形困难，回弹可控难度大，因此前期设计阶段尤为重要。本文以铝基门外板为素材浅显论述前期设计阶段的三种关键影响要素，针对此三种要素中可控因素，在冲压过程中如何高效、高质量地进行工艺优化，提供有效的解决方案。

产品介绍

铝基门外板产品造型与传统钢基产品不同，多数采用隐藏式手扣，产品曲面更加平顺，圆角更大，产品前期尽可能降低其面品和尺寸风险。产品材质为6系铝合金。产品回弹特别难以控制，因此前期冲压工艺设计尤为重要，同时前期回弹补偿至关重要。产品简图如图1 所示。

图1 产品RPS 点及匹配区域示意图

工艺规划

全铝封闭自动线生产方式

工艺规划为4 序：OP10 拉延→OP20 修边、冲孔、侧修边→OP30修边、侧修边、翻边→ OP40翻边、整形。工艺规划简图如图2 所示。

图2 工艺规划简图

工艺规划要点布局

产品材质为6 系铝合金，成形方式采用拉延形式，基于过往项目数据库已有关键参数，针对拉延筋、缩比、符型要求等相关全流程设计标准快速进行设计开发；针对材质波动、收料线、压料翻边这三种影响产品质量关键因素，通过数据库及CAE 模拟增强了前期产品质量风险识别，做出针对性措施，主要通过如下方案予以控制解决。

⑴铝基材料的固有属性，同一厂家、同等牌号的材质机械性能，在时效期内性能参数也会存在一定波动，仅仅是微小的差异，对于产品质量的波动也是巨大的，下面详细阐述，基于同一牌号，两批次板料与理论分析材质的回弹状态对比。三种模拟材质的性能参数如图3 所示，结论为第二批次的板料机械性能最佳。

图3 三种分析材质的机械性能参数对比

基于上述性能参数的微小波动差异，分别进行CAE仿真分析，得出回弹变化趋势及结论，如图4所示。

图4 三种分析材质的理论回弹分析结果

针对回弹变化较大区域和尺寸要求，再次优化回弹精算策略及SIGMA 虚拟调试验证模块，最大限度内满足高品质要求，同时NC 数据后续部门也基于此轮细化相应的调整措施，首轮出件，产品品质即可超预期满足客户阶段需求，首件ATOS 检测与最终CAE 理论模拟结果如图5 所示。

图5 首件检测状态与CAE 理论状态对比

⑵拉延收料线的微小波动也会给产品质量带来巨大的潜在风险，下面针对实际±2.0mm 的偏差相应论述，如图6 所示。

图6 收料线波动2mm，CAE 理论状态对比

针对收料线波动对回弹变化的对比，CAE 与CAM 阶段在数字手段加持下，通过严谨的拉延筋设计手段、更加正态趋近实际生产压机参数模拟、不等间隙控制加工的理论数据等，最大限度控制板料的流入，行之有效地解决实际生产中板料的流入对产品质量的影响。板料敏感区实际流入量与理论最大偏差小于1.0mm，如图7所示。

图7 实际流入量与CAE 理论状态对比

⑶前期工艺规划针对翻边区域是否采用下压料对于产品的回弹控制至关重要。前期通过缜密的工艺规划搭建了各工序稳健分析，充分考虑各序locating、close 等评价指标，保证了冲压工艺的合理性，以及模具制造和调试、零件生产的顺利实现。对于翻边工 艺内容尝试验证多种压料方式对产品质量变化趋势并结合CAE 分析；进行行之有效的数据后处理，为制件调试及质量提升提供理论数据支持，可有效缩短制件调试周期，降低成本。前门外板翻边区域有无下压料的理论与实际状态对比，如图8、图9 所示。

图8 前门外板有无下压料理论回弹结果对比

图9 前门外板有无下压料实际回弹结果对比

通过缜密的工艺规划，未雨绸缪的全流程统筹识别各潜在的风险问题点，风险前置关闭的理念，有效降低后工位的质量问题发生，为客户提供完美极致的产品解决方案。

结束语

基于铝基材质的门外板，浅析前期工艺开发与回弹控制的三点关键因素及解决方案，充分考虑各种潜在风险点并制定行之有效的措施，可以有效降低模具的开发成本，为客户提供极致的产品。本文前期的工艺规划阶段充分考虑产品特定属性，产品质量不仅需要准确地模拟仿真和有效的补偿策略，现场调试人员的细致调整对质量的结果也起到关键作用。只有在整个团队秉持着追求产品极致解决方案的前提下，才能保证输出高端产品、高端模具，帮助客户成功。