【启飞汽车知识系统分享-学术篇-底盘47】汽车车身冲压工艺与模具技术

摘要

    随着人们生活水平不断提高，汽车已成为人们日常生活中不可缺少的一部分。因此对相关人员而言，必须要重视对汽车生产工艺的研究，确保能进一步满足人们需求。汽车车身模具尤其是覆盖件模具，是整个汽车车身开发的重要组成部分，其设计质量对整个汽车运行产生深远影响。由此可见，当前开展有关汽车车身冲压工艺与模具关键技术的研究具有实际意义。

一、冲压工艺研究

1.项目介绍

    在本次研究中，以国内某自主品牌SUV汽车车身为项目，在开发协议中，明确提出了模具的寿命要达到50万次，这就对模具工艺提出了较高的技术要求。其中后背门具有内板具有尺寸大、形状复杂等问题，是典型的汽车覆盖件，因此是本文研究的重点。

2.冲压工艺分析

2.1冲压方向

    冲压方向主要解决了车身模具的拉伸方向问题，是整个生产工艺的基础。对于后背门内板而言，考虑到零件局部存在反成形，因为这种结构上经常出现死区问题（如图1所示）。根据图1的结构，当使用拉伸方向从A方向进入后，会发现凸模不能直接进入到凹模中，导致零部件方向的右下角出现死区；而在对拉伸方向顺时针旋转一个角度后，以B方向的角度进入时，就能有效的进入凹模，解决死角问题。因此，在确定冲压方向时，可以按照图1c的结果进行设计。同时，为了进一步确定冲压方向，在技术条件允许的情况下，可以将零件模型导入到 Autofrom 中，依靠该软件的几何造型功能，对冲压供给进行补充，并定义冲压方向。为了保证在冲压过程中，压力机滑块与冲压方向是一致的，在构建冲压坐标系中，可以将Z轴设定为冲压方向表示轴，达到处理负角目的。
 

2.2工艺补充

    工艺补充的主要目的，就是保证在冲压之后整个工件能顺利拉伸成形。一般在后背模板生产工艺中，主要的设计部分包括：

    （1）翻边展开。生产中根据实际条件将后背门内板需要上翻的位置进行展开，对于存在的异形孔窗框内的凸起物，可以去掉后生成空孔；随后分别从左右侧向下展开，并在展开过程中要保证展开方向与冲压方向相一致。

    （2）补满空洞、窗口。由于后背门内板上存在一个大窗框和多个空洞，因此在拉伸工序中，对于工序中不能处理的窗口或空洞，需要在后背门内板模型上按照其边缘轮廓的形式填充进去。

3.修边工艺

3.1工艺内容

    修边工序主要是将拉伸成形时在工件共轴的工艺补充部分切除掉的一个生产工序，其质量对工件精度产生重要影响。因此在开展修边处理中，需要严格确定修边线的尺寸与形状，对于不存在翻边的现象，那么零件外轮廓线就是工件修边线；对于存在翻边的现象，需要严格按照翻边展开的位置特征确定修边线位置，保证在修边结束后，工件能达到生产所需要的形状。

3.2具体工艺研究

    在修边中，依靠 Autoform 软件确定修边线，在此基础上，将修边线内容进行处理，明确为周圈修边，确保能一次性冲出窗口与异型孔。同时，考虑到后背门内板的整体尺寸较大，想要一次性将所有边都修整难以实现。针对这种情况，在冲压工艺已经确定的情况下，可以分别布置修边侧修边冲孔与修边冲孔两道工序，这是因为上述两道工序的内容基本相同，再加之关联度较大，因此可以进行工艺处理。

    确定修边线后，需要有序设置上述两道工序。需要注意的是，由于前后修边线存在一处尖锐的立切，为了解决这个问题，在改善其立切状态之后，保证立切能在下一道工序中改变冲压方向，并使其被冲裁。但按照这一方法进行操作会发现，由于工件修边线中两段角度过大，因此难以实现有效冲压；此时可以先在初始工序上做一切口，并保证能在下一道工序中切断。

一些在翻边面与翻边线附近的孔，在翻边之后经常会对孔的精度产生影响。因此在整个生产工艺中，需要先在翻边前冲出，避免在后续工序中发生变形，导致孔形态受到影响。

二、修边冲孔模设计工艺研究

1.设计过程

（1）废料刀

    使用UG软件中的相关功能模块，按照后背门的具体结构，绘制废料刀。在参数设计过程中，需要严格控制凸凹模与废料刀之间的模量关系，此时可以用“2-3-2”的结构对这种关系进行阐述。其中第一个“2”代表凹模避让位置的凸模入模量；“3”代表凹模与废料刀之间的距离，代表在生产中废料刀所能避让的具体工件；第二个“2”代表凹模切入废料刀的入模量。在设计中，结合坯料收缩线长度，再其基础上增加20~25mm就是废料刀的长度，这样能在最大程度上保证废料能被切断。

（2）上模镶块

    在设计上模镶块过程中，依靠UG软件的相关模块开展设计，由于凹模镶块的整体难度较大，更是模具设计的关键环节，因此在设计中需要重点关注以下问题：

    a.设计中尽量保证修边线与分块线为垂直状态，但允许存在一定的变差，其具体的取值范围为 80°~100°之间。

    b.若修边线以直线形式存在并且连接曲线之后，将分块线设置在直线上，并始终与直线切点保持5mm左右距离。

    c.凹模镶块长度一般为 250~350mm，若镶块过长，会影响加工效率，若过短，可能会对固定结果产生影响。同时在没有特殊要求情况下，刃口形状为直线的镶块长度可以相应的增加，且对于刃口形状较为复杂的镶块，要尽量减小其体积，方便后期更换。

（3）下模镶块

    常见的下模镶块主要分为分块式与整体式的两种结构，由于本次研究中的后背门型面起伏明显，且凸模镶块容易损坏。因此在充分考虑提高生产效率的要求下，决定实施分块设计方法。其中在设计凸模镶块中，为避免异型孔废料能下滑，在设计中重点做好二级背孔，并且能保证背孔会逐级增加；在设计下模镶块时，需要将下面的背孔设计为具有一定斜度的背孔，并制作成喇叭形状，如图2所示。

2.模具设计难点

（1）布置废料刀

    考虑到冲压工艺本身具有特殊性，在布置废料刀是需要形成“背靠背”的形式，构建成“U”字结构，导致废料经常被卡主，排除困难。因此在整个模具设计中，需要重点关注废料刀问题。