汽車覆蓋件模具零件間隙處理規(guī)范及應(yīng)用

宋洋sy 2024-12-25

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1 模具零件間隙與研合狀態(tài)

1.1 間隙狀態(tài)

一般情況下，模具上、下模的間隙為板料厚度t。為了減少模具零件研合工作量，同時(shí)保證零件成形質(zhì)量，會(huì)對(duì)沖模不同區(qū)域?qū)嵤┫鄳?yīng)的間隙處理，使上、下模不同區(qū)域?qū)崿F(xiàn)不等間隙。通過不等間隙的處理，可實(shí)現(xiàn)在需要強(qiáng)壓的部位壓緊，在無(wú)關(guān)緊要的部位避空，模具零件精加工完成后首次研合即可達(dá)到良好的著色狀態(tài)。根據(jù)模具零件間隙的大小可分為強(qiáng)壓、不處理、避空、過渡4種狀態(tài)，現(xiàn)分別對(duì)拉深模、切邊沖孔模、翻邊整形模的4種間隙狀態(tài)提出間隙處理的規(guī)范要求。

1.2 研合著色

在工序件表面均勻刷藍(lán)丹后，放入模具進(jìn)行沖壓，工序件表面的藍(lán)丹會(huì)附著在模具零件表面上，由于模具的上、下模間隙不同會(huì)導(dǎo)致模具零件表面附著的藍(lán)丹厚度不同，表現(xiàn)為顏色深淺也不同，這個(gè)過程稱為著色。模具的4種間隙狀態(tài)與著色形成對(duì)應(yīng)關(guān)系，根據(jù)著色程度可分為重著色、一般著色、不著色、輕微著色，與其對(duì)應(yīng)的模具零件研合狀態(tài)為重研合、一般研合、不研合、輕微研合。

2 拉深模間隙處理要求

2.1 強(qiáng)壓區(qū)域范圍及間隙要求

拉深模需在壓邊圈和零件型面分別進(jìn)行間隙處理。

壓邊圈的管理面、筋條外20~30 mm和壓料面局部等起皺風(fēng)險(xiǎn)大的區(qū)域?yàn)閺?qiáng)壓區(qū)域。壓邊圈管理面在間隙處理時(shí)，以模具的凹模為基準(zhǔn)，通過將壓邊圈管理面向上抬高，間隙減小，實(shí)現(xiàn)強(qiáng)壓0.05~0.1 mm；對(duì)于筋條外20~30 mm壓料面和局部起皺風(fēng)險(xiǎn)大的區(qū)域，需要強(qiáng)壓0.03 mm，如圖1所示。

圖1 壓邊圈強(qiáng)壓

對(duì)于零件型面區(qū)域（凸模范圍），間隙強(qiáng)壓的實(shí)現(xiàn)方式與壓邊圈不同，需以凸模為基準(zhǔn)，將凹模的型面向下偏移，如圖2所示。

圖2 凹模強(qiáng)壓

汽車覆蓋件外板與內(nèi)板的質(zhì)量要求不同，外板需保證A面（外觀面）質(zhì)量，內(nèi)板優(yōu)先保證匹配安裝面的尺寸精度，因此零件型面區(qū)域的強(qiáng)壓對(duì)于外板與內(nèi)板分別使用不同的規(guī)范。

成形外板零件型面的凹模在以下區(qū)域強(qiáng)壓：零件輪廓、造型特征線兩側(cè)、安裝面、匹配面、前后側(cè)門外板門把手周圍A面等表面質(zhì)量要求高或尺寸超差的區(qū)域，凹模向下強(qiáng)壓0.05~0.2 mm。

成形內(nèi)板零件型面的凹模在以下區(qū)域強(qiáng)壓：安裝面、匹配面、密封面、包邊面等質(zhì)量要求高或尺寸超差的區(qū)域，向下強(qiáng)壓0.05~0.2 mm。完成后的拉深模強(qiáng)壓區(qū)域如圖3中a區(qū)域所示。

圖3 拉深模間隙示例

2.2 不處理區(qū)域范圍及間隙要求

不處理區(qū)域的間隙為料厚t，該區(qū)域不能產(chǎn)生缺陷和接觸硬點(diǎn)。成形外板零件的凹模除需要強(qiáng)壓區(qū)域外的其余A面都為不處理區(qū)域；成形內(nèi)板零件的凹模除強(qiáng)壓區(qū)域外的其它平面都為不處理區(qū)域。完成后的拉深模不處理區(qū)域如圖3中b區(qū)域。

2.3 避空區(qū)域范圍及間隙要求

壓邊圈間隙避空應(yīng)以凹模為基準(zhǔn)，通過壓邊圈面向下避空實(shí)現(xiàn)。所有壓邊圈拉深筋外側(cè)50 mm以上的壓料面區(qū)域，向下避空0.2 mm或避空0.25°，如圖4所示。

圖4 壓邊圈避空

零件型面及工藝補(bǔ)充區(qū)域的避空以凸模為基準(zhǔn)，通過改變凹模型面設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)。內(nèi)、外板零件凹模的工藝補(bǔ)充區(qū)域需要向上避空0.2~0.5 mm，如圖5所示。

圖5 凹模工藝補(bǔ)充避空

外板和內(nèi)板零件型面的凸模圓角同樣需要避空0.2 mm，如圖6所示，已完成的拉深模避空區(qū)域如圖3中c區(qū)域。

圖6 凹模圓角避空

2.4 過渡區(qū)域范圍及間隙要求

在強(qiáng)壓與避空之間，強(qiáng)壓與不處理之間需形成逐漸過渡區(qū)域。從強(qiáng)壓區(qū)域逐漸過渡至避空區(qū)域，過渡范圍距離為30 mm，模具零件間隙要求為（t-0.1） mm線性變化至（t+0.2） mm，當(dāng)空間距離不足時(shí)，可適當(dāng)減小為10 mm，如圖7所示。從強(qiáng)壓區(qū)域逐漸過渡至不處理區(qū)域，過渡范圍距離10 mm，模具零件間隙要求為（t-0.1） mm線性變化至t。已完成的拉深模過渡區(qū)域示例如圖3中d區(qū)域。

圖7 過渡區(qū)域

3 切邊沖孔模間隙處理要求

3.1 強(qiáng)壓區(qū)域范圍及間隙要求

壓料芯的切邊線10~20 mm、沖孔線5~20 mm內(nèi)需強(qiáng)壓，以凸模為基準(zhǔn)，將壓料芯型面向下強(qiáng)壓0.05~0.2 mm。如果壓料芯在下模，強(qiáng)壓范圍不變，需以凹模為基準(zhǔn)，下壓料芯向上強(qiáng)壓0.05~0.2 mm。已完成的切邊沖孔模強(qiáng)壓區(qū)域如圖8中e區(qū)域。

圖8 切邊沖孔模間隙示例

3.2 不處理區(qū)域范圍及間隙要求

壓料芯除強(qiáng)壓型面外，其它與凸模符型的區(qū)域?yàn)椴惶幚韰^(qū)域，其間隙為料厚t，切邊沖孔模不處理區(qū)域如圖8中f區(qū)域。

3.3 避空區(qū)域范圍及間隙要求

壓料芯的非工作區(qū)域向上避空1.5~2 mm，如圖9所示。如果壓料芯在下模，避空范圍不變，為保證零件在凹模有足夠的型面支撐，只需向下避空0.05~0.2 mm。已完成的切邊沖孔模避空區(qū)域如圖8中g(shù)區(qū)域。

圖9 切邊沖孔模避空

3.4 過渡區(qū)域范圍及間隙要求

在強(qiáng)壓與避空之間需形成逐漸過渡區(qū)域，過渡范圍為30~50 mm，模具零件間隙要求為（t-0.2）mm線性變化至（t+2） mm，如圖10所示。已完成的切邊沖孔模過渡區(qū)域如圖8中h區(qū)域。

圖10 切邊沖孔模過渡

4 翻邊整形模間隙處理要求

4.1 強(qiáng)壓區(qū)域范圍及間隙要求

對(duì)于翻邊整形模，壓料芯的翻邊線60 mm、整形線80 mm范圍內(nèi)，上模的整形刀塊需強(qiáng)壓，以整形凸模為基準(zhǔn)，將壓料芯和整形刀塊向下強(qiáng)壓0.05~0.2 mm。已完成的翻邊整形模強(qiáng)壓區(qū)域如圖11中j區(qū)域。

圖11 翻邊整形模間隙示例

4.2 不處理區(qū)域范圍及間隙要求

壓料芯除強(qiáng)壓型面外，其它與凸模符型的區(qū)域，整形刀塊側(cè)壁為不處理區(qū)域，其間隙為料厚t。已完成的翻邊整形模不處理區(qū)域如圖11中k區(qū)域。

4.3 避空區(qū)域范圍及間隙要求

與切邊沖孔模類似，壓料芯的非工作區(qū)域?yàn)楸芸諈^(qū)，但因翻邊整形模沖壓過程中存在走料過程，翻邊整形模壓料芯非工作區(qū)域只向上避空0.5 mm。已完成的翻邊整形模避空區(qū)域如圖11中m區(qū)域。

4.4 過渡區(qū)域范圍及間隙要求

與切邊沖孔模類似，翻邊整形模在強(qiáng)壓與避空之間需形成逐漸過渡區(qū)域，過渡范圍為30 mm，模具零件要求為（t-0.2） mm線性變化至（t+0.5） mm，如圖12所示。已完成的翻邊整形模過渡區(qū)域如圖11中n區(qū)域。

圖12 翻邊整形模過渡

5 拉深模間隙處理的應(yīng)用實(shí)例

5.1 以往項(xiàng)目出現(xiàn)的問題

拉深模是零件成形的第一步，零件型面研合影響成形零件的面品與尺寸，壓邊圈的研合狀態(tài)影響成形過程中的材料流入量，是決定零件充分拉深的關(guān)鍵。以往車型項(xiàng)目的頂蓋模具制造過程中，未重視模具零件間隙的處理，精加工完成后模具出現(xiàn)以下問題。

（1）壓邊圈筋條外間隙偏小，導(dǎo)致壓邊圈管理面很難均勻研合重著色，無(wú)法管控材料的流入狀態(tài)。

（2）零件型面的凸、凹圓角避讓不到位，在研合強(qiáng)壓區(qū)域的過程中出現(xiàn)凸、凹模R角相互頂住的問題，導(dǎo)致強(qiáng)壓區(qū)域無(wú)法均勻著色，因此整體研合率差。

（3）重著色與不著色區(qū)域的過渡距離不合理，為解決外板零件過渡區(qū)的壓痕問題，鉗工需花費(fèi)大量的時(shí)間進(jìn)行修磨。

因整體研合的工作量大，修整過程模具易發(fā)生其它損傷變異，當(dāng)完成某部位研合時(shí)，其它部位又出現(xiàn)著色不良的現(xiàn)象，因此連續(xù)研合較長(zhǎng)時(shí)間，仍無(wú)法達(dá)到預(yù)期的著色要求，如圖13所示。

圖13 拉深模不良著色

5.2 間隙處理的實(shí)例驗(yàn)證

以某項(xiàng)目頂蓋拉深模為例，參照模具零件間隙處理規(guī)范的要求，對(duì)其間隙按以下步驟進(jìn)行處理。

（1）板料在拉深成形過程中，壓邊圈每個(gè)位置的材料流入量不一致，同時(shí)零件在成形過程中厚度方向受壓，不同部位的應(yīng)變不一致，材料沿UV方向變形量不一致，零件各部位的減薄率不一致，如圖14所示，因此需對(duì)模具零件進(jìn)行不等間隙處理。

圖14 CAE分析減薄率

（2）零件的不等厚度決定了模具零件間隙需為不等間隙，模具零件間隙的處理以最終成形零件的厚度為基礎(chǔ)。在Autoform軟件中進(jìn)行零件的仿真成形，得到成形后的零件厚度云圖如圖15所示，將其作為間隙處理的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

圖15 CAE仿真分析的零件厚度

（3）以零件厚度云圖為基礎(chǔ)，按模具零件間隙方法要求對(duì)凹模和壓邊圈的型面進(jìn)行間隙處理面重構(gòu)。完成重構(gòu)后將處理后的數(shù)模與原來數(shù)模進(jìn)行重合對(duì)比，結(jié)果顯示為模具零件型面各個(gè)區(qū)域的間隙變化值狀態(tài)，其中正值為間隙強(qiáng)壓值，負(fù)值為間隙避空值，如圖16所示。

圖16 間隙處理后與原數(shù)據(jù)對(duì)比的變化值

（4）加工數(shù)據(jù)根據(jù)間隙處理后的數(shù)據(jù)進(jìn)行精細(xì)化處理，并以間隙處理的變化值結(jié)果輸出模具零件的研合要求，研合要求以4種顏色表示，分別與4種間隙狀態(tài)對(duì)應(yīng)，對(duì)于著重研合與一般研合要求是85%以上，如圖17所示。

圖17 模具研合要求

對(duì)2個(gè)項(xiàng)目的同類頂蓋拉深模實(shí)行差異化的間隙處理，并在模具制造過程中進(jìn)行研合工作量跟蹤驗(yàn)證，如表1所示。從2個(gè)方面與以往項(xiàng)目的數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比：①精加工后首次開展研合的研合率狀態(tài)；②從開始研合到研合率達(dá)到85%所需累計(jì)研合工時(shí)。從表1和圖18可以看出，模具零件精加工后首次研合率能夠提升約25%，效果明顯，且鉗工研合較短時(shí)間就達(dá)到了所需的研合狀態(tài)，累計(jì)研合工時(shí)減少76 h，整體的效率提升37.5%。

表1 模具零件間隙處理研合工時(shí)對(duì)比

圖18 2項(xiàng)目首次研合率與累計(jì)研合工時(shí)對(duì)比

在模具研合過程中，鉗工以圖17所示的模具研合要求作為現(xiàn)場(chǎng)對(duì)照檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)，通過目視化處理，有針對(duì)性地提升模具零件整體研合率，提高了現(xiàn)場(chǎng)工作效率。最終完成的模具零件研合狀態(tài)如圖19所示，經(jīng)評(píng)估達(dá)到項(xiàng)目預(yù)期要求。

圖19 經(jīng)過間隙處理后的模具零件研合狀態(tài)

▍原文作者：李東生，李麗坤，蘇飛宇，陽(yáng)學(xué)，梁迪迪

▍作者單位：上汽通用五菱汽車股份有限公司

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