汽車前頂橫梁內(nèi)板的工藝研究

汽車前頂橫梁內(nèi)板的工藝研究

1dp鋼在生產(chǎn)30年來(lái)，dp鋼板的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用已經(jīng)廣泛使用，包括熱懸釘、電泳和熱塑錫。dp鋼的主要成分是c和mn，可以適當(dāng)添加cr、mo和其他元素。主要組織是鐵素體和馬氏體,其中5%~20%為馬氏體,鋼材冷卻時(shí)應(yīng)避免析出珠光體和貝氏體等組織,隨著馬氏體含量的增加,強(qiáng)度范圍為500~1,200MPa。眾所周知,鋼板的強(qiáng)度越高,塑性就越低,成形性越差,回彈就更難以控制,大量采用高強(qiáng)板制造車身制件,其成形工藝和模具制造將面臨著更大的挑戰(zhàn)。除了成形裕度差、容易破裂之外,最重要的是冷作硬化后產(chǎn)生的回彈非常難修復(fù),DP鋼的冷作硬化達(dá)40%以上,通常使用的回彈修復(fù)方法已不再適用。DP鋼主要用于需高強(qiáng)度、高抗撞吸能,且成形要求也較嚴(yán)格的汽車制件上,如車輪、保險(xiǎn)杠、懸掛系統(tǒng)加強(qiáng)件及部分汽車內(nèi)外板等制件上。本文是針對(duì)高級(jí)別的DP鋼,應(yīng)用帶活動(dòng)拉伸筋的過(guò)拉伸模成形方法,作一些有益的探索,旨在為汽車大量采用高強(qiáng)度DP鋼板時(shí),突破其工藝瓶頸提供新的思路和參考。2鋼板的結(jié)構(gòu)和制作汽車超高強(qiáng)度鋼板的制件結(jié)構(gòu)一般都相對(duì)簡(jiǎn)單,容易成形,但抗回彈能力差?，F(xiàn)以前頂橫梁內(nèi)板為例進(jìn)行詳細(xì)研究。前頂橫梁內(nèi)板制件結(jié)構(gòu)如圖1所示,長(zhǎng)度1,325mm,縱向呈弧形,弦高92mm,橫向最大凸起高度30mm,臺(tái)階高22mm,制件上分布3個(gè)壓坑和2處壓包。制件材料為北歐瑞典的DOCO1DP780超高強(qiáng)度冷軋鋼板,相當(dāng)中國(guó)牌號(hào)CR780DP,為雙向先進(jìn)高強(qiáng)度鋼板,其屈服強(qiáng)度為420~550MPa,抗拉強(qiáng)度為:780~820MPa,延伸率為14%~18%。該件是轎車頂棚前沿一個(gè)受力構(gòu)件,在汽車發(fā)生正向碰撞時(shí),將承受絕大部分載荷,起到保護(hù)駕駛員的作用。3拉伸成形分析制件的縱向呈現(xiàn)大曲率弧形,成形時(shí)變形程度很小,基本上是在彈性變形范圍內(nèi),卸載后呈恢復(fù)平板狀態(tài)的趨勢(shì)。橫向凸起較高,對(duì)克服縱向回彈有較大的幫助,凸起的材料主要由寬度方向流入,前側(cè)呈凹曲線壓形,流入材料將被拉長(zhǎng),后側(cè)呈凸曲線翻邊,流入材料將逐漸壓縮。由此可見(jiàn),前側(cè)屬伸長(zhǎng)類變形,后側(cè)屬壓縮類變形,卸載后的殘余應(yīng)力將使制件產(chǎn)生扭曲回彈,這是工藝方案制定時(shí),需要努力克服的。根據(jù)制件形狀和上述分析,決定用如下工藝方案成形:(1)拉伸。使用塊料進(jìn)行過(guò)拉伸成形,拉伸時(shí)兩端開(kāi)口,如圖2所示,拉伸開(kāi)始時(shí)不壓料,材料可以自由流入,距離拉伸結(jié)束前10~15mm時(shí),布置在前后兩側(cè)的活動(dòng)拉伸筋凸出壓邊圈壓出高筋,強(qiáng)力拉伸使制件兩側(cè)均產(chǎn)生大于2%的伸長(zhǎng)變形,從而減小或消除因殘余應(yīng)力產(chǎn)生的回彈。(2)修邊沖孔。周邊除二角不修給傳遞夾手留出夾料空間之外,共分8塊修掉,沖孔共有4個(gè),如圖3所示,由于拉伸高度較小,用形狀定位不可靠,增加外形定位。(3)側(cè)修邊側(cè)沖孔。側(cè)修邊2塊,側(cè)沖孔5個(gè),如圖4所示,定位用已沖的2個(gè)圓孔。本方案的關(guān)鍵是拉伸工序,拉伸件設(shè)計(jì)是將制件的前后法蘭面延長(zhǎng),在廢料區(qū)設(shè)置活動(dòng)拉伸筋拉料,兩端開(kāi)口拉伸。成形分析是利用由法國(guó)引進(jìn)的PAM-STAMP2G高級(jí)分析軟件進(jìn)行的,分析結(jié)果如圖5所示,圖5中深色區(qū)域是變形效果較好的區(qū)域,沒(méi)有破裂和起皺,由FLD可知,制件全部在安全區(qū)域,未變形的淺色區(qū)域很大,回彈不可避免。對(duì)于回彈采用活動(dòng)拉伸筋進(jìn)行調(diào)整,并通過(guò)數(shù)字仿真方法修復(fù)90%以上的回彈,留下極小的回彈,由模具調(diào)試消除。該副模具按傳遞模具(Transfer)要求設(shè)計(jì),模具用在800t多工位(5工位)壓力機(jī)上,下模高度控制在785mm,傳遞橫桿(FEEDBAR)在800mm高度等待,抓手進(jìn)入模具200mm抓件,抬高100mm,傳遞桿前行600mm送到下個(gè)工位,落下100mm放件,然后抓手退出模具外并壓件,返回原來(lái)位置,整個(gè)過(guò)程模具制件、制件和傳遞桿抓手,都在運(yùn)動(dòng),但不能發(fā)生干涉,設(shè)計(jì)要用干涉曲線審核。上述3副模具分別安裝在機(jī)床第1、3、5工位上,2、4工位是空工位,空工位上要安裝簡(jiǎn)易的過(guò)渡模。4拉壓料的拉伸過(guò)拉伸這個(gè)名詞,早已有之,但以前所說(shuō)的過(guò)拉伸與高強(qiáng)板成形的過(guò)拉伸不是一個(gè)概念,以前所說(shuō)的過(guò)拉伸是指外板件的過(guò)拉伸,外板過(guò)拉伸是將制件的外形向外延伸1~2mm分型拉伸,拉伸時(shí)板件上會(huì)出現(xiàn)由于沖模撞擊材料而產(chǎn)生的沖擊線,沖擊線會(huì)影響外板件表面質(zhì)量,需要在以后的翻邊工序把加大量翻下,沖擊線被翻到包邊以里,制件的表面質(zhì)量不受影響?，F(xiàn)在所說(shuō)的過(guò)拉伸是指高強(qiáng)度板成形的一種工藝方法,它和小圓角成形、FO(成形)代替DR(拉伸)、開(kāi)口拉伸和工藝儲(chǔ)料筋等工藝,都是高強(qiáng)度板成形研究中的最新成果。通常過(guò)拉伸是指在拉伸的初期和中期,對(duì)板料基本不進(jìn)行壓料,只是到拉伸快結(jié)束時(shí),才在板料的邊緣部分上壓筋或階梯,施以較大的拉應(yīng)力,使板料產(chǎn)生等于或大于2%的拉伸變形,從而克服回彈。過(guò)拉伸工藝是國(guó)際領(lǐng)先的板料成形新技術(shù)。目前,常用的過(guò)拉伸有如下幾種形式:(1)上下壓力墊型式。模具為倒裝結(jié)構(gòu),凹模在上,上壓力墊行程較大,拉伸時(shí)壓住中間的不變形區(qū),下壓力墊行程較小,在法蘭邊緣之外的廢料區(qū)做成階梯形狀,在拉伸結(jié)束之前和凹模閉合先壓料,然后壓出階梯,使之產(chǎn)生大于2%的拉伸變形,消除回彈。(2)上壓力墊型式。模具倒裝結(jié)構(gòu),凹模在上,上壓力墊行程較大,拉伸時(shí)壓住中間的不變形區(qū),下模在法蘭邊緣之外的廢料區(qū)作成階梯形狀,在拉伸結(jié)束之前和凹模壓出階梯,使之產(chǎn)生大于2%的拉伸變形,消除回彈。(3)下壓邊型式。模具和單動(dòng)拉伸模類似,只是在壓邊圈的形狀上有所區(qū)別,仍制成階梯形狀。工作時(shí)壓邊圈抬起和凸模等高,凹模壓料,但壓力很小,直到最后壓出階梯時(shí),才產(chǎn)生較大的拉應(yīng)力。壓邊圈抬起主要是起毛料定位和舉起抓手抓件的作用。此制件設(shè)計(jì)的過(guò)拉伸模是個(gè)帶活動(dòng)拉伸筋的過(guò)拉伸模,如圖6、圖7、圖8、圖9所示。本模具和下壓邊型式類似,但壓料面沒(méi)做階梯,而是直接設(shè)計(jì)了活動(dòng)拉伸筋,用其壓筋產(chǎn)生拉應(yīng)力消除平面扭曲回彈。5活動(dòng)筋底部和壓邊圈金塊齊平壓邊圈活動(dòng)拉伸筋是本模具的精髓。拉伸筋細(xì)長(zhǎng),不能設(shè)計(jì)為整體結(jié)構(gòu),現(xiàn)分為6段,每段還要作角型加強(qiáng),拉伸筋下方設(shè)置有支桿和卡箍,在壓邊圈座中可以上下活動(dòng),當(dāng)開(kāi)模后壓邊圈升起時(shí),活動(dòng)筋靠自重縮回壓邊圈內(nèi),卡箍控制其行程,使其吊在壓邊圈座中,這時(shí)活動(dòng)筋上端和壓邊圈鑲塊齊平。當(dāng)合模后壓邊圈下行開(kāi)始?jí)杭r(shí),并不壓筋,材料可以順暢流入,壓邊圈繼續(xù)下行直到快結(jié)束時(shí),活動(dòng)拉伸筋下支桿頂?shù)侥Ｗ系膲|板時(shí),活動(dòng)筋將逐漸露出壓料面,壓出拉伸筋,使之產(chǎn)生徑向拉應(yīng)力,發(fā)生大于2%的伸長(zhǎng)變形?；顒?dòng)拉伸筋的組合系統(tǒng)是活動(dòng)拉伸筋鑲塊、支桿和卡箍組成,調(diào)整卡箍位置控制活動(dòng)筋行程,就可控制壓筋的高低,從而獲得不同的拉應(yīng)力和伸長(zhǎng)變形。各活動(dòng)拉伸筋的壓筋高度可以任意調(diào)整,前后可以不同,左右也可以不同,即可中間高,兩頭低,也可兩頭高中間低,模具調(diào)整時(shí)可以設(shè)定幾個(gè)方案,只要更換支桿即可達(dá)到目的,免去了模面修補(bǔ)的工作?；顒?dòng)拉伸筋修模時(shí),不用修整壓料面,只需調(diào)整壓筋高度,就可以達(dá)到修整回彈目的。這是一個(gè)十分新穎的構(gòu)思,在國(guó)內(nèi)尚屬首次,國(guó)際上也未見(jiàn)報(bào)導(dǎo),是過(guò)拉伸工藝方法和模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的創(chuàng)新點(diǎn)。6現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試結(jié)果由于制件形狀較為簡(jiǎn)單,調(diào)試不會(huì)產(chǎn)生破裂現(xiàn)象,主要缺陷將是平面扭曲回彈,CAE分析得出回彈方向是制件兩端上翹嚴(yán)重,最大達(dá)15mm,仿真修復(fù)13mm,其余2mm顯示極不規(guī)律,由現(xiàn)場(chǎng)用活動(dòng)拉伸筋微調(diào)解決?，F(xiàn)場(chǎng)調(diào)試方案壓筋高度取13mm、11mm、9mm共3檔,另加中間低兩端高和不用筋兩個(gè)方案,共5個(gè)方案,調(diào)試結(jié)果見(jiàn)表1。對(duì)比結(jié)果:方案5最好,方案2次之。拉伸筋高度應(yīng)適中,過(guò)高與過(guò)低都不好,余下微量回彈通過(guò)模面調(diào)整很快達(dá)到合格要求。測(cè)量筋單面間隙為1.25mm。7雙相鋼板壓料面的修復(fù)回彈工藝帶活動(dòng)拉伸筋的過(guò)拉伸模。對(duì)調(diào)整