頂蓋沖壓工藝分析探討

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1、頂蓋沖壓工藝分析探討 王 健 浙江吉利汽車有限公司模具中心，寧波 315800 摘 要：通過采用回彈補(bǔ)償，過拉深，增大拔模角等方法，解決頂蓋內(nèi)凹陷、回彈、剛性不足和裝配不良等缺陷，保證其外觀質(zhì)量和尺寸精度，從而節(jié)省大量模具調(diào)試，焊裝調(diào)試和總裝調(diào)試時(shí)間。 關(guān)鍵詞：回彈補(bǔ)償 過拉深 拔模角 Abstract: After adopting the springback compensation, over drawing, increases taper Angle and some other methods to the roof, solved the de

2、fects of inner sag, the springback, rigid and assembly problem, these methods can ensure the precision and quality of appearance ,and save much time of die tryout, welding tryout and assembly debug. Keywords: springback compensation ；over drawing ；taper Angle - 5 -

3、 0 引言 頂蓋是轎車最重要的大型外覆蓋件之一，其質(zhì)量的好與壞，直接影響到整車的外觀和質(zhì)量，而轎車頂蓋的回彈和剛性不足一直是困擾我們的問題，回彈會(huì)造成頂蓋的外觀變形和裝配困難，剛性不足，會(huì)導(dǎo)致行駛中產(chǎn)生躁動(dòng)現(xiàn)象，車內(nèi)噪音增加。為解決這些問題，吉利帝豪EC718頂蓋從工藝設(shè)計(jì)入手，采用回彈補(bǔ)償，過拉深，增大拔模角等方法，預(yù)防頂蓋缺陷發(fā)生。 1 頂蓋沖壓工藝分析探討 針對(duì)以往車型頂蓋開發(fā)中所出現(xiàn)的問題，我們 收稿日期：2009-09-12 作者簡介：王 ?。?977-），男，工程師。 做了大量分析總結(jié)工作，并與日本，德國等模具方面專家進(jìn)行多次技術(shù)探討，最終決定

4、采用以下工藝方案： 1.1 過頂拉深工藝（OVER CROWN） 轎車頂蓋一般面積較大且光滑無加強(qiáng)特征，料厚一般多為0.7mm或者0.8mm，剛性較差，自身重力作用及回彈因素導(dǎo)致中間部位自然下陷，與設(shè)計(jì) 的理論數(shù)據(jù)差距較大，一般能相差1.5mm～2.5mm,特別是汽車運(yùn)行一段時(shí)間后尤其明顯,嚴(yán)重影響汽車外觀質(zhì)量。針對(duì)此，我們采用補(bǔ)正下陷的過頂拉 深工藝(OVER CROWN)，俗稱抓頂。 圖1，是帝豪EC718頂蓋過頂拉深示意圖，依 原產(chǎn)品為基礎(chǔ)，整個(gè)頂蓋上弧面，以中間點(diǎn)抓高2mm，弧面邊界為0mm，整體自然過渡重新建造數(shù)模，在所有的工序沖壓完成后，由于中部自然下陷，

5、 回彈等因素，頂蓋既能非常接近理論數(shù)值。 圖1 過頂拉深示意圖 1.2 過尺寸拉深工藝（OVER SIZE） 由于沖壓成形零件必然有殘余應(yīng)力，卸載后，殘余應(yīng)力釋放，產(chǎn)生回彈，從而使沖壓件的尺寸與模具的工作表面尺寸不符。為了補(bǔ)償回彈所引起的沖壓件的尺寸改變，人們普遍采用補(bǔ)償回彈工藝。 像頂蓋這類零件，因?yàn)槔罟ば虿荒苁共牧线_(dá)到延展極限，必然會(huì)出現(xiàn)整體輪廓縮小的回彈現(xiàn) 象，為保證與理論數(shù)模的一致性，就需要采用過尺寸拉深工藝（OVER SIZE），把工藝數(shù)模作補(bǔ)償處理。經(jīng)過多年實(shí)際驗(yàn)證，統(tǒng)計(jì)得出輪廓縮小值一般為0.1

6、0mm～0.30mm。 圖2，是帝豪EC718頂蓋過尺寸拉深示意圖，因其長向輪廓特征變化平緩，拉深延展會(huì)較為充分，所以確定過尺寸為0.10mm；而其寬向輪廓為內(nèi)凹腰形結(jié)構(gòu)，延展不易充分，所以確定過尺寸為0.25mm。需要注意的是過尺寸工藝是對(duì)所有的模具工序(OP10～OP40)，不是僅對(duì)拉深工序。 圖2 過尺寸拉深示意圖 1.3 輪廓過拉深工藝（OVER DRAW） 如圖3所示，經(jīng)過CAE模擬分析，發(fā)現(xiàn)頂蓋四個(gè)角部有開裂現(xiàn)象，圓角需要適當(dāng)放大，由于該產(chǎn)品屬于外板零件，外觀質(zhì)量要求嚴(yán)格，確定采用過拉深工藝（OVER DRAW），拉深工序后再靠后工序整形，保證與產(chǎn)品的一致性。

7、 開裂 圖3 CAE分析圖 經(jīng)過多輪CAE模擬分析，最終確定角部開裂部位在0～100mm范圍內(nèi)作0mm～4mm的過拉深處理，數(shù)模改造必須要求自然光順，如圖4，圖5所示。 圖4 輪廓過拉深平面示意圖 圖5 角部剖面示意圖 1.4 深度過拉深工藝（OVER DEPTH） 頂蓋周邊法蘭面是重要的裝配搭接面，尺寸精度要求較高，型面公差一般要求0.5mm以內(nèi)，因其回彈因素，法蘭面必然回彈上翹，因此必須要用深度過拉深工藝（OVER DEPTH），我們通常取其公差最大值0.5mm作深度過拉深值。如圖6，圖7所示。 圖6 長向剖面示意圖

8、 圖7 寬向剖面示意圖 1.5 加大拉深拔模角增加頂蓋剛性 轎車頂蓋一般是不作強(qiáng)度考核的，但并不是不考慮其剛性，因?yàn)槿绻麆傂圆蛔?，行駛時(shí)會(huì)產(chǎn)生躁動(dòng)現(xiàn)象而增加車內(nèi)噪音，這是要必須避免的，所以在材質(zhì)不變情況下，我們一般采用充分延展材料來增加零件的剛性。 由于頂蓋形狀簡單，拉深深度淺，變形、應(yīng)力比較均勻，成形表面的應(yīng)力數(shù)值遠(yuǎn)小于抗拉強(qiáng)度極限，因此采用方筋取代普通拉延筋，來增加壓邊面材料的流動(dòng)阻力，減小外部材料流入，以實(shí)現(xiàn)主要靠方筋內(nèi)部材料自延展成型，如圖8，圖9所示。 圖8 拉深方筋示意圖 圖9 角部方筋示意圖 通常拉深工藝設(shè)計(jì)拔模角度較小，一般會(huì)選擇5°～10°，以此來增加

9、進(jìn)料阻力，但由于我們已經(jīng)采用了方筋結(jié)構(gòu)，已經(jīng)能夠很好的控制材料的外部流入，反而由于拔模角小，上角部和根部特征變化劇烈，阻礙了頂面和底面的材料向立面的延展，造成立面容易開裂，而頂面又延展不開的情況，針對(duì)此情況，我們對(duì)拉深拔模角進(jìn)行了增大實(shí)驗(yàn)，經(jīng)過多輪CAE模擬分析得出，拔模角為30°～40°時(shí)，延展最充分，零件剛性最好，再考慮省料因素，最終確定帝豪EC718頂蓋拉深拔模角選擇為30°，如圖10所示。 圖10 工藝補(bǔ)充示意圖 1.6 天窗部位剛性加強(qiáng)結(jié)構(gòu) 眾所周知，天窗部位是頂蓋最易變形的位置之一。由于天窗附件重力作用，天窗部位經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)變形情況，嚴(yán)重造成漏雨，漏水，即使費(fèi)時(shí)費(fèi)力修好了，

10、也已經(jīng)影響了自由駕駛的好心情。 帝豪EC718頂蓋天窗部位，通過在第二道修邊工序壓型出大量工藝凹包，如圖11，圖12所示。然后在第三道翻邊工序向下翻邊展平這些凹包，實(shí)現(xiàn)材料再次塑性變形，有效增強(qiáng)了此面的剛性，更對(duì)頂蓋起到了很好的支撐加強(qiáng)作用。 圖11 天窗增加工藝凹包示意圖 圖12 工藝凹包示意圖 1.7 半月定位（HALF MOON）和三角定位 轎車頂蓋，由于特征較為平緩，僅用型面定位，零件容易出現(xiàn)竄動(dòng)，引起尺寸超差和外觀缺陷。因此我們需要增加輔助定位。 首先在拉深工序(OP10)的料邊增加半月定位（HALF MOON）,成型后形成半月形狀特征，在第二道修邊工序(OP20

11、)中作精確定位作用?？紤]到輔助定位都是加在廢料區(qū)域，成型后，此區(qū)域已經(jīng)變形，且考慮研配定位的方便性，然后在第二工序(OP20)中沖出三角形孔，為后面工序（OP30,OP40）提供精確定位作用。如圖13，圖14所示。 圖13 定位示意圖 圖14 定位放大圖 2 結(jié)論 沖壓工藝是決定零件質(zhì)量的最主要因素，吉利帝豪EC718頂蓋模具通過采用以上工藝方案，取得了良好的效果： （1）沖壓出的零件，用檢具檢測(cè)合格率達(dá)到99.4%，保證了頂蓋的外觀質(zhì)量和尺寸精度； （2）從設(shè)計(jì)源頭解決了頂蓋的內(nèi)凹陷、回彈、剛性不足和裝配不良等缺陷，節(jié)省了調(diào)試時(shí)間，節(jié)約了成本。 （3）為類似零件的沖壓工藝設(shè)計(jì)，提供現(xiàn)實(shí)依據(jù)，并可在此基礎(chǔ)上完善提高工藝水平。 參考文獻(xiàn) [1] 平申，盧文玉，朱江等.汽車覆蓋件模具設(shè)計(jì)與制造.北京：國防工業(yè)出版社.1998.01. 4-21. [2] 羅益旋，丁敏，馬久明等. 最新沖壓新工藝新技術(shù)及模具設(shè)計(jì)實(shí)用手冊(cè).長春：銀聲音像出版社.2004.11.17-35.