1 零件结构及冲压工艺特点
1.1 零件结构分析
后纵梁一般由多个复杂的曲面和加强筋组成，形状不规则且尺寸较大，在某车型中，后纵梁为左右对称件，采用SP783-590B冷延高张力钢板裸材，料厚为2.0 mm，材料力学性能如表1所示。
表1 材料力学性能
零件如图1所示，外形尺寸为1 300 mm×205 mm×210 mm，从断面结构可知中间呈马鞍形，上下高度差达195 mm。在零件成形工艺初步分析阶段，发现中间凹陷处易出现材料堆积而起皱。由于零件成形高度差大，在冲压过程中材料需要经历较大程度的拉深和变形，易导致材料局部变薄甚至开裂。
图1 后纵梁结构
1.2 冲压工艺特点
后纵梁的冲压工艺一般包括落料、拉深、修边、侧修边、冲孔、侧整形翻边、侧冲孔修边等工序。拉深工序决定了后纵梁的基本形状和尺寸精度。由于后纵梁形状复杂，在拉深过程中需合理控制材料的流动，以避免出现起皱和开裂现象。同时，由于后纵梁尺寸较大，对冲压设备的压力和工作台面尺寸也有较高要求。
1.3 拉深上压料板组件设计
图2所示为拉深上压料板组件模拟结构，其由压料板、氮气弹簧、上模导向装置等组成。上压料板组件在冲压过程中，可以压紧并控制材料的流动，在拉深过程中对材料有一定的约束作用，采用拉深上压料板组件，可解决零件凹陷处起皱问题。
图2 拉深上压料板组件结构
1.4 成形模拟
为了优化后纵梁的冲压工艺参数，采用Think 3三维造型软件对零件进行数模型面延长补充，并采用JSTAMPR冲压仿真软件进行分析，设置了冲压方向，上压料板、压边圈、凸模、凹模为工具体，压边力为345 kN，摩擦系数为0.15，冲压速度为3 000 mm/s，建立的拉深有限元模型如图3所示。
图3 后纵梁拉深仿真模型
1.5 成形模拟结果分析
拉深成形极限仿真如图4所示，成形极限仿真是指板材在成形过程中，用来预测材料在弯曲或拉深过程中可能出现的开裂或起皱等情况。图4显示材料拉深充分，成形性良好，没有出现局部开裂或起皱的情况，满足成形工艺要求。
图4 后纵梁拉深成形极限仿真
2 冲压工艺布局
汽车后纵梁冲压工艺方案设计时，需考虑冲压设备自动化操作性、模具设计结构合理性、废料排出顺利性等，根据零件形状和质量要求确定为6道工序成形，分别为OP10拉深、OP20修边冲孔、OP30修边侧修边、OP40整形翻孔、OP50侧整形、OP60冲孔侧冲孔切边，如图5所示。零件落差大且中间呈马鞍形，需采用拉深成形解决起皱和开裂问题。
图5 冲压工艺布局
（1）拉深工序。为了防止开裂，OP10拉深工序采用两端开口拉深的成形方式，有利于材料的流动。
（2）修边冲孔工序。因为废料剪切角度过大，侧修边和正修边同工序加工有干涉，所以排布OP20和OP30两个修边工序，通过OP20冲孔作为后工序冲压定位孔，用2个工序完成零件的修边和侧修边。
（3）修边侧修边工序。由于废料剪切角度过大，OP20分割后剩下的废料在OP30工序剪切，中间凹陷处形状拉深未充分到位，剩下的部分工艺废料在OP40整形到最终形状后再剪切。
（4）整形翻孔工序。设定整形工序的冲压角度与OP10拉深工序保持一致，通过整形工序将法兰边整形到零件最终形状。在整形模中，机械手将材料放入整形模，此时整形模的2个浮料块呈顶出状态，工序件进入后，浮料块通过气动装置快速降落进行整形，由于氮气弹簧的作用，压料板压住材料向下成形，模具闭合到底，完成整形。
（5）侧整形工序。材料在成形过程产生塑形变形的同时还会产生弹性变形，在工艺设计时，需考虑回弹的影响，因此设定侧整形。零件成形时回弹较大且侧壁存在负角，应确保零件能顺利取出。侧整形下模主要包括浮料块、凸模、耐磨板、上下运动导向装置等，侧整形下模结构如图6所示。
图6 侧整形模下模结构
（6）冲孔侧冲孔切边工序。零件有11个正冲孔和8个侧冲孔及整形的工艺废料余料需侧切加工，工艺规划在该工序全部修剪完成，通过6道工序得到最终的零件形状。
经实际生产验证，成形后纵梁的工艺设计合理，成形的零件精度及质量稳定，总成装配性良好，达到设计工艺和品质技术要求，实际成形零件如图7所示。
图7 成形后纵梁实物
通过后纵梁冲压工艺分析及优化得出：①零件圆角半径不能过小，一般要大于R5 mm；②在开模时，注意压料板强度，厚度要大于20 mm；③OP30修边侧修边时，根据零件材料特性，正修边角度≤15°，否则采用侧修边设计；④在OP50侧整形工序，根据零件上表面情况，增加副压料板对材料进行有效控制。
▍原文作者：袁辉
▍作者单位：广州优尼模具科技有限公司
全部评论 （0）