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      案例剖析

      汽車模具設計-某車型前門外板窗框-產品回彈問題優化分析[智恩模具]

      Date:2017-01-05

      汽車外覆蓋件零件的沖壓工藝由拉深、切邊沖孔、整形翻邊等組成,翻邊工藝在門外板零件上應用廣泛。門外板零件一般為薄板件且型面特征簡單,剛性較差,在翻邊過程中發生塑性變形的同時伴隨有彈性變形,容易產生回彈,尤其是窗框弧度較大的前門外板零件。窗框回彈直接影響零件的尺寸精度及包邊總成的匹配一致性,隨著用戶對感知質量及尺寸匹配一致性的要求越來越高,必須保證沖壓零件的尺寸精度才能降低對包邊總成的影響,因此對前門外板窗框區域回彈的控制尤為重要?,F以某前門外板為例,闡述采用夾料翻邊模改善前門外板窗框回彈的控制方法。

      前門外板窗框回彈

      圖1 前門外板

      圖1所示為某車型前門外板結構,材質為B180H1-FD-D,前門窗框區域寬度為39.01mm,導致翻邊時內外側翻邊受力不均勻,容易產生回彈。

      圖2 窗框區域自由狀態回彈

      圖2所示為零件翻邊后窗框區域的實際回彈,窗框不同位置產生不同程度的回彈,在零件拐角區域回彈最大,達40mm。回彈量反應了零件的尺寸精度,回彈量越大說明翻邊時內外側應力分布不均勻,不僅影響零件的外觀和前門總成的包邊質量,而且還影響整車尺寸的匹配。前門板類零件通常在切邊后進行翻邊,翻邊工序分為2種:直線段翻邊和弧線段翻邊。直線段翻邊時內外側應力基本一致,翻邊過程回彈量相對較均勻;弧線段翻邊時內側板料受拉應力,外側受壓應力,同一邊受力不均勻存在局部應力集中,翻邊后應力釋放產生回彈。窗框區域的翻邊是在最后工序完成,翻邊后窗框回彈導致尺寸不符合設計要求。通過在翻邊回彈區域增加工藝缺口或采用翻邊模夾料,使翻邊過程的應力大小及其分布發生變化,以控制或補償零件變形量,使彈性變形更均勻,降低零件回彈量。

      回彈產生原因分析

      零件翻邊高度與窗框寬度比例失衡,導致翻邊過程受力不均勻。

      圖3 窗框區域受力分析

      壓邊力直接影響零件翻邊質量及尺寸精度,壓邊力指翻邊鑲件與板料在翻邊過程中的作用力,壓邊力過大會導致板料產生拉傷缺陷。翻邊過程中前門外板窗框外側受拉應力,內側受壓應力,若只有上模翻邊鑲件作用于板料,板料下方沒有壓料板翻邊時,翻邊力不足且無法保證各區域翻邊力均勻,導致局部翻邊應力集中,如圖4所示,窗框弧面翻邊區域產生起皺和回彈。由于窗框內外側翻邊結構無法更改,在保證零件尺寸精度的前提下,只能最大程度減小回彈?;貜検且驗榇翱騾^域翻邊力較小且不受控制造成,若要控制回彈則要控制翻邊力的大小,使其滿足各段翻邊力需求且均勻分布。目前控制回彈的方法主要有3種:①前期CAE分析回彈補償計算;②減小零件翻邊高度;③翻邊模結構采用夾料翻邊。

      根據AutoForm軟件模擬零件的成形過程,預測翻邊回彈變形量并依據模面數據處理進行沖壓工藝回彈補償。對帶窗框前門外板零件進行CAE分析確定了最大回彈量、回彈區域及回彈趨勢變化,通過模面補償數據處理及型面研合強壓參數的修正后,再次采用CAE模擬計算其回彈變化,經過多次分析對比后確定各區域最佳的回彈補償量并以此進行模具零件型面加工。

      壓料板強壓翻邊

      圖5 自由狀態回彈量

      圖6 夾緊狀態回彈量

      前門外板窗框進行回彈補償后的自由狀態回彈量如圖5所示,最大回彈為7.86mm,夾緊狀態回彈量如圖6所示,最大回彈為6.07mm,回彈補償及強壓等對回彈均有改善,但是效果不明顯。

      減小翻邊高度/增加缺口釋放內應力

      (a)窗框區域增加缺口

      (b)B柱區域增加缺口

      減小翻邊高度是通過在窗框翻邊弧度不同位置增加缺口以釋放翻邊應力,使其分布均勻,減小回彈。缺口布置如圖7所示,缺口的高由9mm改為6mm,長度為10mm。

      圖8 增加缺口后回彈量(最大區域14 mm)

      實際調試現場驗證如圖8所示,最大回彈量由40mm降到14mm,說明增加缺口對回彈有抑制作用,但是不能完全解決回彈問題。

      增加夾料翻邊結構

      由于受到零件造型和翻邊力不均勻的影響,增加缺口及回彈補償都不能有效改善回彈??紤]翻邊力與回彈的正比關系,通過加大壓邊力來改善回彈,采用夾料翻邊??刂品吜捌浞植?。夾料翻邊是在凸模外側增加活動壓料裝置,翻邊時板料在翻邊鑲件和活動壓料機構的夾料狀態下成形,板料流動受到控制。翻邊力相對沒有夾料機構的模具時更大且均勻穩定作用于整個翻邊過程。零件翻邊區域由單側受力變成上、下兩側加壓受力,翻邊力加大;翻邊力大小可控制,內外側翻邊力及周圈區域的翻邊力,可以通過調整翻邊壓料區域的氮氣彈簧作用力(前期回彈補償計算需要)來滿足所需的翻邊力分布,同時根據需要對局部型面進行回彈補償和強壓等,使翻邊力均勻分布以解決回彈問題。

      (a)自由狀態

      (b)夾緊狀態

      采用夾料翻邊的同時結合CAE回彈補償計算回彈量,在此基礎上運用型面局部強壓控制零件回彈量,CAE模擬前門外板的回彈量。模具在實際調試后自由狀態回彈為2mm,夾緊狀態回彈為1~1.5mm,滿足零件尺寸精度要求,達到了預期的效果,尺寸精度由原來的80%提升到95%,模具成形零件狀態穩定,回彈得到改善。

      -END-

      智恩模具/設計師:皓辰

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