汽车后门外板的冲压工艺设计

XIAOZHONGMING

1、引言
  
      冲压工艺作为整车的第一制造环节，其产品质量的好坏直接影响到后续工艺的质量水平，许多整车厂已经将冲压件的品质列为重点提升和保证的项目。汽车外覆盖件模具作为汽车生产的工艺装备，对汽车产品的质量和冲压生产水平有着密切的关联。本文以后门外板为例，主要对后门外板的冲压工艺和冲压模具进行简单介绍。
  
      为了降低模具开发成本，同时提高冲压生产效率，后门外板由原先的4道工序设计为3道工序进行排布;其冲压工艺方案如图1所示。
  
      (1)OPIO拉伸，双凸模(双槽)工艺，便于控制左右件中间部位的板科，同时也有利于修边工序中问部位的废料排泄。
      (2)OP20修边冲孔，完成整周修边和门把手冲孔。
      (3)OP30翻边整形斜锲翻边。
  
      2、拉伸工序
  
      在拉伸工序主要的难点为门把手的冲压工艺，门把手处由于自身形状的特点，拉伸过程中凹模成形引起的不均匀应力导致把手周围A面极易变形，严重影响门的外观品质。现主要从以下3方面所采取的工艺和结构来提升门把手冲压件质量。
  
      (1)工艺补充造型，如图2所示。在制件门把手位置修边线内，依据门把手安装型面做简单的工艺造型，造型的尺寸依据门把手安装尺寸和CAE模拟效果确定，在后面工序修边剪切掉工艺造型。由于工艺造型补充了门把手处钣金成形，使得板料成形均匀充分，可以很好的改善门外扳把手处饭金变形。
  
      (2)模面设计，如图3所示;在模具设计时，拉伸工艺模面在门把手周围作为重点强压区域，区域面积为门把手周边至少30mm，间隙为料厚-0.1mm;同时强压区域到其它区域设计50mm左右的过渡区。模具编程加工和模具调整时控制此处的间隙，达到其重度着色要求，保证强压放果;其作用有：①在模具即将闭合之前先压紧对应部位的材料，从而减少横向的料流;②拉伸件的法向方向有一个很大的压应力，与横向料流产生的托应力抵消，减少了凹陷程度。
  
      (3)模具导向，如图4所示。模具导向设计为箱式导向(即压边圈外周与凸模实现导向，凸模与凹模外周直接导向)，凸模与凹模直接导向，保证了凸、凹模的型面贴合度，实现了制件的稳定性;同时为了更好的减弱过程中侧向力的影响，实现凹模与压边圈的压料平稳，在模具的前后、左右方向，凹模与压边圈设计导腿精导向，或者在模具的前后方向设计锥形导向，具体为：导向由上导向块和下导向块两部分构成。上、下导向块的导向部分分别为外锥形体和内锥形槽，通过上导向块的外锥形体插入下导向块的内锥形槽进行导向，目的是使压边圈与凸模之间实现直接导向，且由于辅助导向零件设计成锥形形状，从而能保证两者之间的导向精度，防止压边圈与凸模之间的“窜动”现象，实现生产过程中的稳定压料，避免或者减轻在冲压生产中出现压料不实而引起的制件变形问题。
  
      3、修边冲孔工序
  
      在修边工序主要的难点为修边掉铁屑，影响冲压件的面品，同时降低了冲压生产的一次交检合格率;为了避免修边掉铁屑的影响，传统的工艺将修边分为2道工序来分别完成。这里阐述为了减少模具开发成本，修边采取一次修边的工艺，如图5所示，并采用一种新型废料刀结构，来改善及避免修边掉铁屑问题，提高了冲压件的表面质量。具体结构如图6所示：模具包括修边凸模6、废料刀8、修边凹模4、修边活动凹模9和修边废料刀10(兼修边凹模)，修边活动凹模9固定在导向衬套3上，导向衬套3底部的弹性元件2安装在上模本体1上。导向衬套3与修边活动凹模9作为一个整体与上模本体1、修边凹模4及修边废料刀10之间导向，修边凹模4和修边废料刀10同定在上模本体1上，同时对导向衬套3与修边活动凹模9固定的这个整体进行行程限位，保证修边凹模4、修边活动凹模9和修边废料刀10三者刃口在同一水平面上，同时弹性元件2提供的力道要大于修边活动凹模9对应废料所受的剪切力。
在模具闭合工作时，上模内部压料芯压住板件5后，修边凹模4、修边活动凹模9和修边废料刀10同步与修边凸模6配合实现修边废料;当修边活动凹模9下行至与下模具废料刀8之间夹紧废料，此时修边活动凹模9充当压料板作用，模具继续下行时，修边凹模10和废料刀8配合实现废料的分割。
  
      4、翻边工序
  
      翻边工序主要的难点表现在：其一，定位不稳，影响翻边质量，特别是角部的翻边，因为它也影响压合总成的包角质量;其二，翻边面不平整、反弹等缺陷，影响压合总成的包边质量。本工序主要从以下两方面来体现其工艺结构的优越性。
  
      (1)三角定位。传统的冲压件的定位主要为型面和边缘组合定位，由于制件形状简单，制件边缘存在柔性，上料存在不确定性，在使用过程中无法保证制件定位的精准，制件各角的翻边量不能保持一致。本工艺采用三角定位，如图7所示，在OP20工序选择2处平坦部位设计2个三角异型孔，OP30以这三角异性孔和制件型面进行精准定位完成工序内容，同时本工序完成由于设计异型孔而产生的多余废料的加工;其特点：①冲压件定位稳定，不受人为操作因素的影响;②只要修边工序修边线量调整适当，翻边工序各拐角翻边量的一致性就能完全保证。
  
      (2)双压料芯翻边结构。门外板的压合面精度要求高、四周压合轮廓长等原因，经传统翻边模具翻边整形后，由于板料成形部分的下面处于“自由“状态，容易出现起皱、翘曲、尺角不顺等面品问题，导致压合总成压合不实、表面变形等缺陷，影响整车质量。针对门外板这种翻边缺陷，在传统结构上进行改进，引伸出双压料芯翻边结构，如图8所示，其翻边模包括：凸模5、凹模10、压料板3和托料芯8，所述凸模5外周设有托料芯8，所述托料芯8与凸模5、下模座6实现导板导滑面(或简易导柱导套)导向配合，托料芯8底部设有下压力源7，下模座6在靠近托料芯8附近设有安全护板9，托料芯8与前工序板件4实现符型，翻边凹模10上型面形状与前T序板件4实现符型。
  
      模具初始状态时，托料芯8在下压力源7的作用下，与凸模5、定位部件实现板件4的初定位;模具初始工作时，压力源2在上模座1向下运动过程中提供预压力，使压料芯3和凸模5将板件4压紧;上模座1继续向下运动，带动凹模10向下运动，凹模10与托料芯8由符型贴合到共同与凸模5完成板件4边缘的向下翻边。在此过程中翻边功能等同于拉伸功能，板件4法兰面始终与托料芯8及翻边凹模10型面压紧贴合，处于压紧状态，板料状态可控。翻边结束后，托料芯8在下压力源7的作用下回程顶起板件4，实现顶料功能。板料成形示意图如图9所示。
  
      5、结束语
  
      通过对门外板工艺的分析，结合国内外先进技术，采用新型技术，使得工艺稳定，覆盖件质量达到先进水平;总之，丰富的实践经验和模拟技术能为覆盖件成形模具提供有效的解决方案，大胆的运用模具先进技术对提高覆盖件质量和降低汽车制造成本起到举足轻重的作用。


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