轿车发动机罩内板拉伸模精细模面设计.docx

轿 车 发 动 机 罩 内 板 拉 伸 模 精 细 模 面 设 计王忠华，李 悦，张 健，冯 岩，王 强，何文学 一汽模具制造有限公司（吉林长春 130011）【摘要】通过对轿车发动机罩内板拉伸模精细模面设计的概述，了解拉伸模精细模面设计要领，阐述精细模面设计在模具制造过程中的作用和重要性。关键词：精细模面；调试过程；不等间隙；补偿中图分类号：TG385.2文献标识码：BThe NC Date Design of the Fine Surface ofDrawing Die for the Engine Hood【Abstract】 By describing the design process of drawing die fine surface on engine hood，we understand the design essentials of fine surface on drawing die，and we also know the function and importance of the die fine surface design in the course of die manufacturing.Key words：die fine surface；bugging process；unequal clearance；equalize1引言随着时代的进步和科技的发展，过去长期依赖钳 工、以钳工为核心的的生产管理模式，正逐渐被以技 术为依托、以设计为中心的现代化生产管理模式所替 代。模具制造过程的前移，调试问题被提前到加工数 模设计、乃至冲压工艺设计阶段解决，已经成为当前 被广泛应用的模式。模具产品的传统概念也正被模 具高新技术产品的概念所替代。通过各工序模具生 产流程的转变，采用高级曲面逆向造型及分析处理软 件的开发与应用，与 atos 扫描设备相结合，在技术与 手段上获得突破，使模具产品成为高新技术制件。目 前，通过加工数据精细模面方案的制定，保证了模面 设计的科学性和合理性。在精细模面方案指示书设 计时，要考虑对制件数据特性分析，冲压工艺补充形 式及相关工序内容分析，详细了解冲压工艺 CAE 分析 结果及以往项目同类制件调试易产生的缺陷。精细 模面主要设计意图可归纳为：主要根据调试需求解决 清根、空开、强压等研修问题；根据 CAE 分析预先进行 回弹补偿的曲面设计；通过分析调试前后型面差异解 决模架受力变形造成的制造精度偏差问题。阐述发动机罩内板拉伸模精细模面设计过程。2.1模面设计方案指示书设计（1）方案指示书设计前相关要素分析。a.依据以往项目同类制件的虚拟合模结果进行比 较，了解加工精度及合模间隙。从已经完成的模具出 厂扫描备份结果可以看出，制件面边界以外至凹模口 原角的区域空开间隙在 0.150.5mm，而且从整体性来 看数据中间区型面紧压状态明显，如图 1 所示。图 1 同类制件合格模具虚拟合模结果b.根据 CAE 分析结果了解拉伸后材料变薄区域及变形量，压合边材料变薄 0.03mm 左右，RPS 面、涂 胶面变薄 0.07mm 左右，如图 2 所示。2发动机罩内板拉伸模精细模面设计过程以轿车发动机罩内板拉伸模加工数据设计为例，模具制造2013 年第 2 期 5 仕 泰 隆 国 际 工 贸 城全球招商热线址：中国 淮安（2）方案指示书内容简介。模面设计方案指示书涉及的标识内容有：项目名 称、制件名称、制件号、工序号、工序内容、方案设计 员、模面设计员、调装车间负责人签字。模面设计方案指示书涉及技术的通项内容、特定 要求。通项内容是在不等间隙规范中未最后确定的 内容，有待进一步验证和优化。在发动机罩内板拉伸 模设计中，通项内容包括：清 R 处理、凹筋空开、凹模 侧壁拔模面空开、压料面紧压。特定要求是对不同制 件的不等间隙型面设计的具体要求。如发动机罩内 板拉伸模模面设计方案中的特定要求包括：空开处理 及紧压处理两大项内容。如图 5 所示。2.2 根据模面设计方案指示书进行精细模面设计（1）空开处理。在做清 R 空开区域的型面处理时，经历了利用原 来 的 R 角 变 形 处 理 、指 示 说 明 数 控 直 接 降 刀 加 工 阶 段。但上述方法 R 角变形处理由于型面的处理不够精 细导致凹 R 区域难以加工完全或空开效果不够理想， 必须由钳工手工再次修整。这样使工作有重叠也不 衔接，浪费大量时间，目前已基本不采用。而数控直 接降刀加工方法缺点是在保证凹角空开的同时，使非 圆角面过切过多，编程控制不好，容易出问题。一般 在表面质量要求不高的厚板料冲裁类模具型面或非 重要内板件模具型面，可以考虑采用此加工方式，这 可以减少模面设计工作量。目前清 R 工作完全由加工 数据设计阶段完成。在清 R 工作基础上，对部分型面（包括设计意图 的结构尺寸空开、填充面、拔模面、工艺补充的大余肉 等）做出加工的空开区域及型面改造。随着空开区域 型面设计的工作量的增多，模面设计周期会大幅延 长，但更加进一步使调试人员劳动强度的降低及设备 占用时间的下降。目前精细模面设计的空开区域细化处理包括如 下几个方面：a.在精细模面设计过程中，进行拉伸凸模、凹模、 压 料 圈 的 凹 角 清 R、凹 筋 空 开 处 理（ 一 般 空 开0.5mm）。能够达到设计效率高，空开 R 型面质量好， 保证曲面 R 角相切连续。据现场反馈，目前所做的凹R 空开，大副降低工人的劳动强度和调试周期，可使调 试周期减少 45 天，同时也使模具的外观质量明显提 升。如图 6 所示。压合边涂胶面RPS 面图 2 冲压工艺 CAE 材料变薄分析结果c.了解制件几何信息特性和模具结构形式。根据制件的几何信息分析功能区特性，确定 CAE 结果的变 薄对合模着色的影响。发动机罩内板制件 CAE 结果 中板料变薄多数产生在功能部位，在制件搭接型面， 变薄量在 0.030.07mm，在精细模面设计中应予以考 虑。同时还要了解拉伸模具结构形式是单动还是双 动（本实例属单动拉伸模），以确定变形驱动元素定义 的补偿量方向性。如图 3、图 4 所示。图 3制件几何信息凹模补偿 方向拉伸凹模图 4 单动拉伸模具结构d.确定合理的模面变形补偿方案，在模面设计方案指示书中明确表达。 6 正 泰 隆 国 际 工 贸 城全球招商热线址：中国 昆山图 5 模面设计方案指示书压料圈压料筋空开空开 R图 6 凹角及压料圈压料筋空开设计b. 拉 伸 凹 模 工 艺 补 充 的 拔 模 面 、大 余 肉 做 空 开处理。凹模圆角位置要求重构保证相切连续，其他 位置尽量做出渐变区。同时，对于高硬度加工引起 的工艺补充侧壁让刀问题已得到解决。在模面设计 时 ，在 拉 伸 凹 模 上 考 虑 让全，造成上下模合模间隙小于一个料厚，所以模面设计时拉伸凹模侧壁做空开处理，避免合模间隙过紧 的情况发生。目前此技术已广泛应用到生产中，取 得良好效果。如图 7、图 8 所示。余肉空开刀 量 。 侧 壁 让 刀 是 指 刀具 在 加 工 模 具 部 件 时 ，由 于 模 具 的 材 质 硬 度 较 高 ， 刀 具 受 到 模 具 的 反 作 用 力 ，尤 其 是 模 具 侧 壁 立 陡 的 拔 模 面 ，其 反 作 用 力 相 对 较 大 ，导 致 加 工 不 完工艺补充拔模面空开图 8调试合格后的模具扫描备份虚拟合模结果图 7 凹模空开区域的设计模具制造2013 年第 2 期 7 仕 泰 隆 国 际 工 贸 城全球招商热线址：中国 淮安c.在不影响拉伸成形的基础上，对非制件面的填充部分型面在凹形上做空开处理（内板件稍多）。由于 调试对入调前模具状态的要求不断提高，空开间隙处 理的结果，可以突出调试工作重点，减少模面研修量， 一般从制件轮廓向外延伸 515mm 作为拉伸凹模工艺 补充填充面的空开区域。如图 9、图 10、图 11 所示。（2）紧压处理。 轿车零部件的表面质量及尺寸精度要求极高，不仅要求表面光顺平滑，为满足匹配关系，周边尺寸精 度严格。发动机罩内板制件型面精度, 直接影响与发 罩外板的压合件精度。所以制件的质量要求不断提 高使模具调试成了重点、难点。为了减缓模具调试难 度，提高一次试模成功率，精细模面设计的变间隙处 理及不断优化成为快速产出的必然发展趋势。所以 精细模面设计的凹模紧压处理，是实现制件设计、工 艺要求，以及弥补制件及模具制造缺陷的重要环节之 一。发动机罩内板是一个比较大而平坦的制件，中间 区域塑性变形比较困难，易产生回弹，而且在修边后 制件的刚性差。所以在拉伸冲压工艺设计过程中，就 要考虑提高制件塑性变形，使制件具有足够的强度、 刚度是工艺补充的难点。a.根据冲压工艺 CAE 分析结果，均匀厚度的板料在拉伸成形过程中会发生材料减薄，而且材料减薄量会因制件型面特征的差异而不同。数控加工完全到 位的模具凸凹模型面理论状态为均匀的等料厚间隙， 当板料经过拉伸成形发生减薄时，型面与板料间隙就 发生变化，要大于一个料厚，这样就影响到制件的合 模着色率。压合边材料变薄 0.03mm 左右，RPS 面、涂 胶面变薄 0.07mm 左右。对发动机罩内板的 RPS 面、涂胶面、焊夹定位面、 压合面等功能面做紧压处理。由于冲压件某些特殊 位置属于 RPS 面、涂胶面、焊夹定位面、压合面等功能 面,在模面设计时要根据不同情况取公差的极限或公 差 的 50% 偏 置 曲 面（根 据 材 料 变 薄 ，一 般 紧 压 量 在0.10.2mm），紧压模面应取在非成形表面部件上，目 前，根据现场调试习惯及特定要求，紧压面均取在拉 伸凹模上。如图 12、图 13 所示。b.对压料面紧压处理。板料成形过程中筋内部板 料也会变薄，靠调试钳工手工研修效率非常低，为缩 短压料面的研修周期，在精细模面设计阶段，考虑研 修与板料流动控制需求的压料面紧压处理，以压料筋 为边界，将压料筋内部压料面比外部多 0.10.2mm 的 预留研配量。达到里紧外松的压料效果。这样的压 料面才能随着板料的流动仍能保证压料力不减小，而拉伸凸模空开拉伸凹模空开图 9 拉伸凸模空开区域设计图 10 拉伸凹模空开区域设计图 11 调试过程制件局部着色制件压合边紧压制件 RPS面紧压图 12 拉伸凹模紧压区域设计图 13 调试过程中的制件局部着色 8 ）正 泰 隆 国 际 工 贸 城全球招商热线址：中国 昆山材料变薄相对减弱了凹模口处的压料力，采用这种里紧外松的原则，既保证进料阻力相同，控制板料在流 动过程中的起皱趋势，又可防止走料太快有暗坑和起 皱现象出现。如图 14、图 15 所示。c.对于模架受力变形的拉伸凹模考虑整体变形补 偿处理。模具在成形力的作用下，由静态的刚体转变 成动态过程的弹性体，发生微小的弹性变形，下模发生 凹陷，模具凹陷的变形量由模具中心向四周逐渐减 小。产生该种变形的主要原因是：当压力机上滑块的 压力施加到模具本体上时，压力经过下模传导至压床 工作台面，随着工作台面的变形从而带动下模发生变 形，严重影响制件的着色率和尺寸精度。现在生产模 具调试过程中，也是靠合模着色率来判定模具型面的 贴合率，汽车主机厂在模具验收时也会严格要求贴合 率状态。目前，在加工数据设计阶段，考虑采用拉伸凹 模整体变形补偿处理方式，是提高合模着色率的重要 手段之一。因此，为避免模具动态变形而产生的调试 钳工手工研修量的增加，采取拉伸凹模整体变形补偿 处理方法。模面设计考虑拉伸凹模整体变间隙，根据制件的几何结构来设定变形量及变形中心。发动机罩内板属中型制件，中间紧压 0.150.2mm，四周渐变逐渐 过渡至 0mm，本实例模具的变形中心基本是制件的几 何中心或模具的冲模中心。考虑拉伸凹模整体型面的 变形区与非变形区相接处的曲率连续，以保证冲压模 具型面的光顺连续，从而保证冲压出的制件型面质 量。保证补偿量的充分，并采用参数化驱动变形，使补 偿结果快速、准确。通过模面设计的精细改造来补偿模 架弹性变形造成的变化，改造后的模具首轮调试着色面 积约 80%以上，而且着色均匀。如图 16、图 17 所示。压料筋里侧压料面紧压区压料筋里侧压料面紧压区图 14 压料面紧压设计图 15 现场调试压件压料面着色状态3结束语图 16 凹模变形补偿设计图 17 调试合格的拉伸工序件试和对上述方法合理性的优化验证，以及调试跟踪和现场了解，寻求经验反馈，使精细模面设计的变间隙 处理方法和补偿方法在不断研发、不断优化中逐步成 熟，目前已在公司全面推广实施，使模具的质量和周 期再上新台阶。通过上述空开及紧压等模面变间隙处理，数模所做紧压区在拉伸工序件上清晰可见，大大提高了着色 率，而且中间着色效果最为明显。另外，通过不等间 隙设计的结果可以看出，极大地减少了不必要型面的 加工，简化了形状，不需清根加工，并且使刀具轨迹减 少起伏；设计阶段采用制件缺陷预测，消除了以往制 件关键部位所产生的质量缺陷，能