提高翼子板棱線清晰效果的銳棱處理

提高翼子板棱線清晰效果的銳棱處理王忠華;王強(qiáng);楊德軍;李龍一;孫亮;張立彪【摘要】通過(guò)對(duì)翼子板拉伸模銳棱缺陷產(chǎn)生的原因分析和設(shè)計(jì)制造改善過(guò)程的控制,了解拉伸模銳棱精細(xì)模面設(shè)計(jì)和制造要領(lǐng)，闡述了銳棱設(shè)計(jì)在模具制造過(guò)程中的作用和重要性.【期刊名稱】《模具制造》【年(卷)，期】2014(014)006【總頁(yè)數(shù)】5頁(yè)(P29-33)【關(guān)鍵詞】銳棱;調(diào)試過(guò)程;精細(xì)模面;補(bǔ)償【作者】王忠華;王強(qiáng);楊德軍;李龍一;孫亮;張立彪【作者單位】一汽模具制造有限公司吉林長(zhǎng)春130011;一汽模具制造有限公司吉林長(zhǎng)春130011;一汽模具制造有限公司吉林長(zhǎng)春130011;一汽模具制造有限公司吉林長(zhǎng)春130011;一汽模具制造有限公司吉林長(zhǎng)春130011;一汽模具制造有限公司吉林長(zhǎng)春130011【正文語(yǔ)種】中文【中圖分類】TG385.21引言轎車市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)日趨激烈，用戶對(duì)轎車制件的夕卜觀質(zhì)量、個(gè)性化需求越來(lái)越高，這對(duì)轎車造型研發(fā)提出了更高的要求。高端轎車的夕卜觀給人以厚重、硬朗、流暢的感覺(jué)，這些成功的制件造型，與其沖壓模具加工數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)能夠?qū)崿F(xiàn)銳棱成形技術(shù)是分不開(kāi)的。翼子板作為轎車外覆蓋件，它的表面質(zhì)量及尺寸精度要求極高，不僅要求表面光順平滑，棱線清晰，為滿足匹配關(guān)系，周邊尺寸精度嚴(yán)格。在生產(chǎn)調(diào)試過(guò)程中經(jīng)常出現(xiàn)銳棱不清、棱線位移，增加了模具調(diào)試難度，提高制造成本，延長(zhǎng)了模具制造周期。所以設(shè)計(jì)階段采用翼子板銳棱處理和生產(chǎn)過(guò)程質(zhì)量控制成為模具快速制造的必然發(fā)展趨勢(shì)，也是提高模具質(zhì)量和制件質(zhì)量的重要方法，如圖1所示。圖1翼子板制件棱線2翼子板制件棱線缺陷產(chǎn)生的原因分析翼子板制件棱線缺陷產(chǎn)生的原因主要包括設(shè)計(jì)階段制件成形性缺陷問(wèn)題和生產(chǎn)過(guò)程的缺陷問(wèn)題。2.1設(shè)計(jì)階段制件成形性缺陷問(wèn)題主要包括棱線不清和棱線位移、材料破裂兩種情況。首先，棱線不清缺陷產(chǎn)生的原因主要是由于拐點(diǎn)太小應(yīng)力集中，板料形成自由狀態(tài)，沒(méi)有達(dá)到完全塑性變形，使制件棱線不清晰，從已經(jīng)完成的模具過(guò)程缺陷制件結(jié)果可以看出，制件棱線分段波浪直至過(guò)渡到棱線不清，如圖2所示。圖2翼子板制件棱線不清缺陷其次，棱線位移、材料破裂缺陷產(chǎn)生的原因主要是滑移線的形成?；凭€是指板料在外力作用下，接觸制件特征線拉伸凸模圓角時(shí)，由于板料受到不均一負(fù)荷、非對(duì)稱負(fù)荷等不均一拉伸，在制件特征線拉伸凸模處產(chǎn)生相對(duì)位置偏移，特征線拉伸凸模對(duì)板料的內(nèi)表面產(chǎn)生劃傷，在此過(guò)程中由于板料在特征線拉伸凸模處產(chǎn)生正反彎曲變形，當(dāng)變形由彈性變形變成塑性變形達(dá)到一定程度時(shí)在制件外表面會(huì)體現(xiàn)出來(lái)，形成痕跡，隨著板料成形結(jié)束，最終痕跡留在制件外表面造成嚴(yán)重的質(zhì)量缺陷。由于拉伸型面高低反差大，在成形初期，板料與拉伸凸模在銳棱處先接觸，易產(chǎn)生棱線剛性位移和與之相關(guān)聯(lián)的部位材料破裂，如圖3所示。圖3翼子板制件棱線位移和材料破裂缺陷根據(jù)沖壓工藝補(bǔ)充形式及CAE分析結(jié)果，分析制件成形性缺陷和材料變薄情況，從沖壓工藝CAE分析結(jié)果中可以看出，板料在成形過(guò)程中，為了滿足銳棱處拉伸成形不破裂，拉伸成形時(shí)該區(qū)材料向里流動(dòng)，這種材料流動(dòng)產(chǎn)生沖擊線和棱線區(qū)域滑移，缺陷突顯，局部形狀過(guò)渡變薄，側(cè)壁滑移區(qū)變薄趨勢(shì)明顯，變薄量在0.1mm以上，因此這些區(qū)域需要著色比一般區(qū)域重一些，才能保證表面質(zhì)量，如圖4所示。圖4翼子板制件棱線滑移CAE分析結(jié)果2.2生產(chǎn)過(guò)程的缺陷問(wèn)題生產(chǎn)過(guò)程使制件產(chǎn)生缺陷的因素很多，主要介紹兩種情況，一種是模具型面加工精度差，導(dǎo)致的模具型面缺陷；另一種是對(duì)模具型面蹭光不仔細(xì)及研配方法不當(dāng)，會(huì)導(dǎo)致模具型面缺陷。首先，模具型面加工精度差，導(dǎo)致的模具型面缺陷。翼子板制件表面質(zhì)量，更多的取決于沖壓模具的制造精度。而模具的制造精度，基本依靠數(shù)控設(shè)備的精度來(lái)保證。所以，要提高模具型面的加工精度，對(duì)設(shè)備精度要求較高。在翼子板曲面精加工過(guò)程中，以往采用整體加工的編程方式，缺少程序質(zhì)量的控制，精加工過(guò)程中的人工參與，機(jī)床精度、刀具磨損、手工接刀等問(wèn)題對(duì)曲面精加工質(zhì)量產(chǎn)生很大影響，如圖5所示。其次，對(duì)模具型面蹭光不仔細(xì)及研配方法不當(dāng)，會(huì)導(dǎo)致模具型面缺陷。蹭光是冷沖壓模具制造過(guò)程中必不可少的一部分，是模具制造和調(diào)試一個(gè)非常關(guān)鍵的環(huán)節(jié)。在型面上分析，由于翼子板制件的型面全是光滑的曲面，蹭光的方法不當(dāng)很容易影響曲面的光順性，這種缺陷所產(chǎn)生的暗坑，其實(shí)就是一個(gè)相對(duì)光滑的曲面上形成一個(gè)小平面，而就是這個(gè)小平面壓出的表面件，用油石蹭和用手摸都是一個(gè)暗坑。所以，模具蹭光的好壞直接影響到模具的調(diào)試和制件的表面質(zhì)量，如圖6所示。圖5翼子板制件模具加工精度差虛擬合模結(jié)果圖6翼子板制件模具光潔度較差結(jié)果3模面設(shè)計(jì)方案指示書(shū)設(shè)計(jì)根據(jù)用戶的生產(chǎn)線和相關(guān)技術(shù)要求，翼子板模具沖壓工藝分為單件模具和雙槽模具兩種形式。但無(wú)論哪種模具結(jié)構(gòu)形式，翼子板銳棱設(shè)計(jì)的思路和理念是一致的。隨著時(shí)代的進(jìn)步和科技的發(fā)展，過(guò)去長(zhǎng)期依賴鉗工、以鉗工為核心的生產(chǎn)管理模式，正逐漸被以技術(shù)為依托、以設(shè)計(jì)為中心的現(xiàn)代化生產(chǎn)管理模式所替代。模具制造過(guò)程的前移，調(diào)試問(wèn)題被提前到加工數(shù)模設(shè)計(jì)、乃至沖壓工藝設(shè)計(jì)階段解決，已經(jīng)成為當(dāng)前被廣泛應(yīng)用的模式。模具制造的傳統(tǒng)概念也正被模具高新技術(shù)制造的概念所替代。在精細(xì)模面方案指示書(shū)設(shè)計(jì)時(shí)，要對(duì)翼子板制件棱線缺陷產(chǎn)生的原因進(jìn)行充分的分析，再考慮消除缺陷的對(duì)策，主要是在設(shè)計(jì)階段沖壓工藝造型合理性的基礎(chǔ)上，通過(guò)加工數(shù)據(jù)精細(xì)模面方案的制定，保證模面設(shè)計(jì)的科學(xué)性和合理性，提高模具質(zhì)量，減少模具調(diào)試難度，從而加快模具調(diào)試進(jìn)程。針對(duì)上述翼子板制件棱線缺陷，主要通過(guò)制件數(shù)據(jù)、沖壓工藝、CAE分析結(jié)果、以往項(xiàng)目同類制件缺陷、合格模具掃描備份虛擬合模結(jié)果，對(duì)成形性缺陷問(wèn)題和生產(chǎn)過(guò)程的缺陷問(wèn)題進(jìn)行充分的分析之后，作為加工數(shù)據(jù)精細(xì)模面方案設(shè)計(jì)的主要依據(jù)。在沖壓工藝設(shè)計(jì)時(shí)，為了提高制件剛性，在鄰近缺陷區(qū)域的工藝補(bǔ)充都要造凹坑形狀以提高制件塑性變形。此區(qū)域一般拉伸深度相對(duì)較深，拔模角應(yīng)設(shè)計(jì)較大，以免拉伸時(shí)側(cè)壁先開(kāi)裂，影響制件整體剛性。在方案指示書(shū)設(shè)計(jì)中，根據(jù)項(xiàng)目特性要求將拉伸凸模的圓角設(shè)計(jì)優(yōu)化為尖角，翼子板的燈口處既有制件本身的夕卜觀要求，又通常為車身〃腰線”的匯聚處，拉伸型面的高低反差大，在板料成形時(shí)局部聚料而引起暗坑。預(yù)測(cè)表面缺陷部位，對(duì)外板件易出現(xiàn)暗坑的特殊區(qū)域和銳棱兩側(cè)，拉伸凹模實(shí)行緊壓。增大此區(qū)域進(jìn)料阻力，使高低點(diǎn)板料流動(dòng)速度一致，控制棱線區(qū)域缺陷的產(chǎn)生，使壓出制件的棱線清晰效果會(huì)較好。所以，在方案指示書(shū)設(shè)計(jì)時(shí)，考慮凹模相應(yīng)區(qū)域沿型20~50mm將曲面強(qiáng)壓0.15~0.3mm，使局部間隙小于料厚間隙，達(dá)到消除型面缺陷，提高棱線清晰效果和制件表面質(zhì)量的目的，如圖7、圖8所示。4模面設(shè)計(jì)員根據(jù)模面設(shè)計(jì)方案指示書(shū)具體設(shè)計(jì)加工數(shù)據(jù)在模具加工數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)時(shí)，特征線的弧長(zhǎng)不超過(guò)2.5mm,棱線半徑R<6.5mm，或整條棱線最小R<6.5mm時(shí)，就必須考慮銳棱設(shè)計(jì)和加工，在設(shè)計(jì)前期要保證滿足條件的特征線，將拉伸凸模的圓角設(shè)計(jì)優(yōu)化為尖角，在設(shè)計(jì)過(guò)程中，保證尖角線的曲率，避免波浪起伏，進(jìn)行優(yōu)化，并形成翅膀曲面，避免編程加工時(shí)破壞銳棱。在拉伸凹模對(duì)應(yīng)銳棱位置做相應(yīng)的0.15~0.3mm的強(qiáng)壓處理作為設(shè)計(jì)初期對(duì)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試過(guò)程的缺陷預(yù)測(cè)和補(bǔ)償。為防止模具閉合時(shí)壓傷銳棱，以往做銳棱部位要求拉伸凹模圓角空開(kāi)0.7mm以上（大于1倍料厚以上）。拉伸凹模做緊壓設(shè)計(jì)時(shí)，注意根部要延伸至圓角面，暫不考慮緊壓過(guò)渡區(qū)，只將緊壓面延伸至R角（與R角相接）。緊壓區(qū)僅針對(duì)全凸形表面，內(nèi)凹表面暫不考慮。一般緊壓模面應(yīng)取在非成形表面部件上。目前，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試習(xí)慣及特定要求，緊壓面均取在拉伸凹模上，如圖9所示。設(shè)計(jì)階段的主旨是，一方面，保證在編程加工時(shí)實(shí)現(xiàn)翼子板銳棱造型制件模具的加工制造同時(shí)，提高型面質(zhì)量，不破壞棱線精度；另一方面通過(guò)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)的預(yù)測(cè)強(qiáng)壓補(bǔ)償，大幅減少鉗工研修工時(shí)和制造成本，靠科學(xué)有效的設(shè)計(jì)推動(dòng)調(diào)試進(jìn)程，所以翼子板銳棱處理，成為快速產(chǎn)出的必然發(fā)展趨勢(shì)，也是提高模具質(zhì)量和制件質(zhì)量的重要方法。圖7拉伸模具設(shè)計(jì)過(guò)程圖8模面設(shè)計(jì)方案指示書(shū)圖9凸模銳棱及凹模緊壓區(qū)域的設(shè)計(jì)5翼子板拉伸模銳棱質(zhì)量生產(chǎn)過(guò)程控制翼子板拉伸模生產(chǎn)過(guò)程中，銳棱質(zhì)量要靠設(shè)計(jì)理論數(shù)據(jù)的合理性保障，還要靠生產(chǎn)過(guò)程控制來(lái)加強(qiáng)質(zhì)量的提升。在生產(chǎn)過(guò)程中，如何保證加工精度和如何使用正確的模具型面蹭光研配方法是提高翼子板拉伸模銳棱質(zhì)量的兩個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)。（1）保證加工精度。翼子板制件的表面質(zhì)量，與沖壓模具的制造精度有直接關(guān)系。通過(guò)審核、校對(duì)、自查等方式，完善優(yōu)化加工數(shù)據(jù)內(nèi)容，保證加工數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)與方案指示書(shū)要求一致，確保3D幾何信息精準(zhǔn)。與編程人員溝通使用正確的加工方法，銳棱尖角在數(shù)控加工中的實(shí)現(xiàn)，只有通過(guò)掌握加工程序編制方法，需要程序預(yù)設(shè)合理的加工參數(shù)，才能完成銳棱曲面的加工。通過(guò)收集整理模具加工、檢測(cè)、調(diào)試過(guò)程中的數(shù)據(jù)記錄，根據(jù)數(shù)據(jù)分析確定制件面、工藝補(bǔ)充面的加工分區(qū)規(guī)范，通過(guò)分區(qū)規(guī)范指導(dǎo)翼子板模具曲面精加工程序的編制，能夠有效地解決大型曲面精加工中刀具損耗、機(jī)床精度等問(wèn)題對(duì)型面質(zhì)量的影響。重點(diǎn)掌握凸模、凹模棱線加工工藝、輔助工藝補(bǔ)充面、編程方式、加工參數(shù)等技術(shù)難點(diǎn)。在程序編制過(guò)程中實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化，利于程序質(zhì)量的控制。減少了精加工過(guò)程中的人工參與，實(shí)現(xiàn)了精加工過(guò)程程序化、自動(dòng)化，如圖10所示。大大提高了模具曲面的加工質(zhì)量，并達(dá)到模具制造精度要求。模具曲面精細(xì)化加工，可以顯著提升沖壓件表面質(zhì)量，縮短模具制造周期，這也是行業(yè)技術(shù)的主要發(fā)展方向。（2）與車間反饋研究規(guī)范模具型面蹭光及研配方法。蹭光是冷沖壓模具制造過(guò)程中必不可少的一部分，是模具制造和調(diào)試一個(gè)非常關(guān)鍵的環(huán)節(jié)，模具蹭光的好壞直接影響到模具的調(diào)試和制件的表面質(zhì)量。模具蹭光前要先對(duì)模具的型面進(jìn)行檢查，盡早發(fā)現(xiàn)型面是否存在各種質(zhì)量缺陷。在拉伸及成形類沖壓模具中，粗糙度值過(guò)高會(huì)造成板料的成形性不能充分展現(xiàn)，會(huì)使制件出現(xiàn)開(kāi)裂、縮頸現(xiàn)象，蹭光不良會(huì)影響夕卜表面件的表面精度，制件表面會(huì)出現(xiàn)暗坑、凸起。為了使模具表面形成光滑的曲面，接近理想狀態(tài)，蹭光時(shí)必須要掌握一定的技巧和方法。用細(xì)油石（320#以上）蘸煤油蹭光，直到消除粗蹭痕跡。粗糙度值達(dá)到Ra0.叩m,然后用細(xì)砂紙精蹭（400#以上）。R處光潔度達(dá)到Ra0.叩m（鏡面狀）注意：靠近棱線處不允許有排氣孔。研磨時(shí)尖頭部粘貼膠帶，以保護(hù)棱角。在膠帶與下方連接的部位需用小油石小心推光（棱線兩側(cè)），按住油石在型面上做45°交叉運(yùn)動(dòng)，這樣的蹭光方法很容易找到高低點(diǎn)，有不平的地方此方法都可以蹭掉。這種方法實(shí)際上就是將缺陷區(qū)擴(kuò)大，達(dá)到光順連接的目的。如圖11、圖12所示。圖10凸、凹模、壓料圈加工后虛擬合模精度狀態(tài)和實(shí)際模具型面質(zhì)量圖11規(guī)范蹭光方法和實(shí)際蹭光后模具表面質(zhì)量圖12調(diào)試過(guò)程著色件及合格拉伸工序件6結(jié)束語(yǔ)在多個(gè)項(xiàng)目中采用了提高