网信彩票~购彩大厅吉利汽车:超高强钢控制臂的冲压工艺与模具设计-网信彩票~购彩大厅-专注创新,值得信赖
首页>>产品中心>>产品分类三

网信彩票~购彩大厅吉利汽车:超高强钢控制臂的冲压工艺与模具设计

  • 型号
  • 类型产品分类三
  • 价格

文/邓献思,金成龙,王仓,陈云,徐荣峰,方淑芬·吉利汽车集团有限公司 悬架系统直接影响着汽车的行驶平顺性和操作稳定性,是汽车结构中至关重要的组成部分。如图1所示,前下控制臂总成作为前悬架系统中的重要组成部分,起到连接前制动器总成和前副车架总成作用,也是悬架重要的传力和导向...

文/邓献思,金成龙,王仓,陈云,徐荣峰,方淑芬·吉利汽车集团有限公司

悬架系统直接影响着汽车的行驶平顺性和操作稳定性,是汽车结构中至关重要的组成部分。如图1所示,前下控制臂总成作为前悬架系统中的重要组成部分,起到连接前制动器总成和前副车架总成作用,也是悬架重要的传力和导向部件,故要求其必须具备足够的强度、刚度和疲劳耐久性。为了确保产品外观、尺寸、性能合格稳定,对前下控制臂的生产工艺稳健性提出了更高的要求。冲压工艺及模具结构的优劣,决定了该产品的生产成本、产品符合性以及量产稳定性。本文从冲压工艺规划、工艺分析与设计,及模具结构的关键部位进行介绍,解决产品冲压工艺开发的难点。

图1 前下控制臂总成装配图

产品介绍前下控制臂总成及工艺介绍

前下控制臂总成由冲压的前下控制臂、加强板和套管焊接在一起,接着表面电泳,最后压装球头销、前衬套、后衬套而成,如图2所示。

图2 前下控制臂总成图

前下控制臂介绍

前下控制臂(后续简称产品或此产品),材料:宝钢FB780,料厚4.0mm,材料力学性能如表1所示。

表1 材料力学性能

从产品的使用及工艺过程控制要求,分析关键尺寸及技术要点,根据图3所示,要求如下:A区,3个基准面,每个单独基准面平面度0.2mm;主基准孔径

,副基准孔 。B1区,翻孔(与加强板搭接焊接),面轮廓度0.5mm。B2、B3、B4区,翻边(与加强板搭接焊接),面轮廓度0.5mm。C区,安装球头销的翻孔,翻孔沿周8mm内基面区域的面轮廓度为0.6mm,孔径

,高度

,翻孔轴线相对于基准的位置度0.8mm。D区,套管焊接区,面轮廓度1mm,线轮廓度0.5mm。E区,安装后衬套的翻孔,翻孔沿周10mm内基面区域的面轮廓度0.6mm,孔径

,高度

,翻孔轴线相对于基准的位置度0.8mm。剩余的孔为非重要孔:长圆孔为减重孔,圆孔为过孔。产品的特殊要求:不允许过渡圆角应力集中,不允许边缘接口凹陷、边缘齿状裂纹等缺陷,翻孔内壁需光滑平顺。

图3 前下控制臂区域划分图

冲压工艺分析与设计冲压工艺方案规划

根据此车型生产量纲,以及生产厂家的生产设备,规划出冲压生产采用手工放取件的方式。

由于产品材料为超高强度钢,回弹大,产品结构复杂。冲压工艺规划除了需要考虑产品的尺寸要求、特殊要求外,仍需要满足产品一般要求:冲压件表面要求光滑平顺,不允许开裂、颈缩、皱纹、边缘毛刺超差、材料减薄率(≤15%)超差等缺陷。结合过往产品的开发经验,在保证产品质量,冲压工艺可行的前提下,尽可能减少工序数量,降低成本,提高生产效率。依图3前下控制臂区域划分图,规划初步冲压工艺方案如下:

OP05落料冲孔;OP10拉深成形(成形大面、大面上的凸包及B4区的翻边);OP20修边冲孔;OP30侧修边+冲孔(侧修B4区的边线;正冲E区翻孔的底孔);OP40翻边整形;OP50侧整形(全周侧整形);OP60翻孔;OP70冲孔;OP80翻孔(C区的翻孔);OP90修边+侧修边(冲C区边缘轮廓线多余的废料);OP100冲孔+侧修边(侧修D区另一侧面的边线)。

冲压工艺CAE成形模拟分析

⑴规划初步冲压工艺方案,进行全工序CAE成形模拟分析。分析结果是:(a)成形过程不起皱,产品局部增厚在可接受范围内;主要风险点是最大减薄率不满足要求,B4区最大减薄率19.6%,大于15%。(b)冲压力的校核,OP10总冲压力6394kN,大于现有的生产压力机公称力6300kN,现有设备不满足。其他各工序的总冲压力小于现有生产压力机公称力的80%。

⑵根据初步的CAE成形模拟分析结果,调整冲压工序内容:把OP10工序内容进行拆分,大面上的凸包分2次成形;在产品的B4区也分2次成形(第1次加大转角预成形,第2次成形到位),以消除减薄缺陷。

⑶工序内容调整后,再次进行全工序CAE成形模拟分析。如图4所示:(a)B4区最大减薄率5.5%;除了翻孔边缘外,产品其他部位最大减薄率13.6%,小于15%;没有开裂、颈缩现象;成形过程不起皱,产品局部增厚在可接受范围内。(b)B1区、C区、E区翻孔最大减薄率分别是16.9%、18.8%、18.1%,都大于15%;为规避边缘齿状裂纹质量缺陷,需要在翻孔底孔边缘增加压C角后再冲翻孔,或使冲翻孔底孔与冲翻孔冲压方向相反,使冲翻孔底孔的冲裁断面光亮带在翻孔外边缘。(c)冲压力的校核:把OP10工序内容进行拆分后,第1次拉深成形总冲压力2570kN,第2次成形整形总冲压力4822kN, 以及其他各工序的总冲压力均小于现有生产压力机公称力的80%,现有生产设备满足要求。

图4 CAE变薄率分析报告

冲压工艺方案确定

⑴如图5所示,二次修边产生的工艺接刀采用凸刀方式,保证模具冲头及凹模刃口的强度,同时避免工艺接刀影响产品强度。接刀位置不得设计在产品疲劳、强度热点区域。

图5 工艺接刀结构尺寸图

⑵为了减少生产冲压工序,把初步规划的OP50侧整形内容拆分到其他工序中。

⑶产品的型面回弹量通过模具型面做补偿和整形工序完成,确保产品的关键尺寸满足要求。大面的回弹主要在前两工序完成回弹补偿,翻边面的回弹主要通过整形工序完成回弹补偿。

⑷最终确定的冲压工艺方案,如图6所示。工序件定位:OP10~OP30采用工艺孔定位,OP40~OP100采用产品基准孔精定位。冲压工序内容为:OP05落料冲孔(需要CAE分析计算和模具调试确定毛坯尺寸);OP10拉深成形;OP20成形整形;OP30修边冲孔;OP40修边冲孔+侧修边;OP50翻边整形+压C角;OP60翻孔+压字印;OP70冲孔;OP80翻孔+整形;OP90侧修边冲孔;OP100侧修边+侧整形。

图6 冲压工艺方案

模具结构设计要点

根据已确定的最终冲压工艺方案,进行模具结构设计。此产品是超高强度钢,比普通薄板冲压生产所需冲压力更大,由此产生的侧向力也更大;模具成形零件易磨损、模具修边冲孔刃口易崩裂;此产品表面积小,模具压料结构易产生受力偏载,不平衡。因此需要厚实可靠的模具结构,确保冲压生产稳定。

模具结构共同的设计要点

⑴外导向方式:成形类模具采用导板结构;修边冲孔类模具采用导板+导柱结构。

⑵工序件定位按冲压工艺方案规划的方式设计结构。

⑶模具材料选用及热处理:成形类模具工作部位零件选用Cr12MoV,热处理硬度为56~60HRC,与制件摩擦剧烈的模具零件表面TD处理;为减少冲压生产冲击的刃口崩裂,提升模具寿命,落料刃口选用Cr12MoV,上模刃口热处理硬度为55~58HRC,下模刃口热处理硬度为56~60HRC;异形修边类刃口选用Cr12Mo1V1,上模刃口热处理硬度为55~58HRC,下模刃口热处理硬度为56~60HRC;冲孔冲头选用厚板冲头,表面TiCN处理。冲孔冲头固定板材料选用45钢,调质处理硬度为28~32HRC;侧切冲头固定板材料选用45钢,淬火处理硬度为45~50HRC。

⑷快拆快换:在与制件摩擦剧烈的成形部位,在异形、尖锐、薄弱的刃口都需要小型化设计,以便量产维护维修,快速调整更换。

⑸压料板受力平衡:压料板需设计增加平衡块或锥形定位销,避免压料受力不平衡;成形类模具的压料板导向方式采用导板结构。

⑹弹性元件的选用:选用的压料元件采用氮气弹簧,确保产品质量的稳定性。

每套模具结构的设计要点

⑴OP05落料冲孔模:落料先于冲孔工作,落料刃口设计斜刃,以降低冲裁力及噪声。

⑵OP10拉深成形模及OP20成形整形模:根据CAE分析模型,采用压力机的气垫压力成形大面后,凸模再成形凸包及B4区,凸模设计防侧向力结构。凸模TD处理。压料板底部增加镦死垫块,在模具运动到底位置时,实现对产品整形。

⑶OP30修边冲孔模:冲孔的位置度影响后工序翻孔底孔边缘导角的均匀度,冲裁间隙影响冲裁断面的光亮带;而翻孔底孔边缘压C角的均匀度及冲裁断面的光亮带直接影响翻孔质量(翻孔高度均匀度、翻孔边缘的齿状裂纹及开裂缺陷),因此压料板选用φ40mm导柱套导向,增加锥形定位销导正防倾斜;冲翻孔底孔的冲头增加衬套导向,冲头与衬套单边间隙0.02~0.04mm。冲翻孔底孔的凹模设计成镶块结构,位置可快速调整。如图7所示。

图7 局部区域工作结构剖视图

⑷OP40修边冲孔+侧修边模:压料板选用φ40mm导柱套导向,设计锥形定位销导正防倾斜;冲翻孔底孔导向结构按OP30要点设计。为避免受冲压生产时的振动及侧向力影响,导致制件在侧修边处冲裁断面分层开裂,应满足以下关键点:(a) 斜楔滑块设计大宽高比(大于1.2倍)保证运行的稳定性;侧修边冲头侧面、底面增加反侧块,以平衡侧向力。(b)三面包围安装侧修边凹模,并选用M12mm螺栓紧固;(c) 侧修边凹模镶块两侧封闭,与正面刃口形成门形结构,刀背设计深度尽量浅,保证刃口强度;刃口与侧壁设计圆角过渡大于R3mm,避免热处理及冲压生产时崩裂;(d) 侧修边冲头同步切入侧修边凹模。如图8所示。

图8 侧修边局部工作结构

⑸OP50翻边整形+压C角模:翻边凹模镶块侧面紧固,在模具调试时,可以快速调整模面间隙,并且增加正面锁紧加大紧固力。凹模镶块TD处理。压料板底部增加镦死垫块,在模具运动到底位置时,实现对产品整形。压C角冲头先穿入底孔导正,再压C角;压C角冲头的结构,在模具调试时,方便高度上的调整,可以快速调整压C角的大小。如图9所示。

图9 局部区域工作结构剖面图

⑹OP60翻孔+压字印模:翻孔冲头先穿入底孔导正,再翻孔;翻孔冲头设计成圆球形状结构,表面TD处理。翻孔凸凹模间隙影响翻孔质量(翻孔高度均匀度、翻孔壁厚的均匀度、翻孔垂直度,翻孔边缘的齿状裂纹及开裂缺陷),因此,冲翻孔冲头导向结构按OP30要点设计;翻孔凹模口设计84.5°锥度,以缩小凸凹模间隙,保证翻孔垂直度、孔内壁表面光滑平顺。翻孔凹模结构设计成镶块结构,可快速调整凸凹模间隙。如图10所示。

图10 局部区域工作结构剖视图

⑺OP70冲孔模:按OP30要点设计冲孔结构。

⑻OP80翻孔+整形模:按OP60要点设计翻孔结构。B3整形区,翻边面与冲压方向角度0°,不具备正向冲压角度来实现产品整形,因此采用摆块凹模实现整形。B4整形区,翻边面与冲压方向角度11°,具备正向冲压角度实现产品整形,因此采用正向凹模实现整形。整形凹模结构,设计成在模具调试时,可以实现快速调整凸凹模间隙。

⑼OP90侧修边冲孔模:侧修边采用吊楔结构。产品D区侧修结构,关键要点是确保冲压过程,冲头受力的平衡。采用弹性元件在侧修边冲头另一侧设计反顶,以及增加反侧块抵消侧修边时的侧向力,避免冲切时刃口咬边、崩裂。如图11所示。

图11 上下模具结构图

⑽OP100侧修边+侧整形模:侧修边+侧整形采用下置式斜楔结构。侧修边模具结构按照OP90要点设计。

模具制造、调试与量产注意事项模具制造注意事项

模具成形圆弧处、工作表面要光滑,镶块的拼接缝隙不大于0.05mm,不能有明显接痕。粗糙度要求:安装贴合面Ra1.6μm;与产品贴合面/滑配面Ra0.8μm;冲翻孔底孔及冲翻孔的冲头、凹模的工作部分表面粗糙度Ra0.4μm。

模具调试注意事项

首先排查模具部件之间、模具与制件之间的干涉情况;其次锁定模具闭合高度进行调试,验证每套模具的工序件定位、防错防呆的功能;调整模具零间隙贴合面(如:外限位柱、平衡块、锥形定位销、镦死块等),使其贴合面接触良好;调整相对运动部件(如:导向结构、滑块等),使其导向面接触良好、运动顺畅;接着研配工作部件的型面,研合率不低于85%,确保制件稳定后,方可开始修改产品回弹。在OP10及OP20模具上调试整改产品大面的回弹量,把产品大面的回弹量调试整改到1mm以内,再进行其他工序件尺寸精度的调试。另外,为确保翻孔质量,必须保证冲翻孔底孔光亮带均匀,翻孔底孔边缘压C角深度不可过大且均匀,翻孔凸凹模间隙均匀。产品调试合格后,在与制件摩擦剧烈的模具零件表面TD处理。

模具量产注意事项

模具必须安装限位柱,以确保模具每次在生产时闭合高度的一致性,确保产品稳定。模具定期维护保养。模具量产需要在相对导向、相对运动部件的导滑面涂润滑油。根据设计规划的易损备件,结合生产实际情况,完善易损备件清单,制定最低安全库存量,以便模具量产维护维修,快速调整更换。

冲压之后的焊接、压装工序调试验证

在产品冲压工序完成后,接着焊接,再电泳,最后压装球头销、前后衬套。经过压脱试验,压出力满足要求。如图12所示,产品的翻孔未造成球头销、前后衬套表面划伤,且表面接触均匀。

图12 压脱试验后的零件

结束语

此产品的模具调试过程比较顺利,实际效果与CAE成形模拟分析的结果基本一致。如图13所示,模具经过小批量的生产验证,工作过程可靠稳定,冲压生产的产品尺寸合格稳定,产品壁厚、外观质量满足要求,该模具已经正式投入到批量生产。通过对该产品的冲压工艺和模具结构设计,参照模具制造、调试、量产的注意事项,有效解决了超高强度钢板拉深、成形、修边冲孔的模具强度弱、产品尺寸要求高、翻边翻孔质量要求高等问题,为后续超高强钢的底盘件开发提供了借鉴。

图13 产品实物

—The End—

文末相遇,感谢阅读!

举报/反馈

电话:401-234-5678 邮箱:[email protected]

地址:山东省临沂市沂蒙国际财富中心

Copyright © 2022 网信彩票~购彩大厅-专注创新,值得信赖 本站资源来源于互联网 ICP备460265号-1