帶沖孔切換的后門內板深拉深模研制

李 釗，溫承欽，溫志力，周紹鵬，陸潤明，鄭 玲

（1.廣西物流職業技術學院 教務處，廣西 貴港 537100；2.廣西物流職業技術學院 物流交通學院，廣西 貴港 537100；3.重慶大學 汽車系，重慶 400030）

0 引言

為了滿足不同消費者的購車需求，汽車主機廠在進行車型開發時，會對車型進行一些功能細分和配置的增減，以增加各個價位車型銷量，在進行對應的模具開發時，需要考慮能否在1 副模具中實現細節差異的零件成形，如頂蓋天窗的切換、門內板沖孔的切換等。劉春雨等[1]介紹了一種帶有/無側沖孔切換斜楔結構，通過模擬分析和制造加工，在儀表板支架沖模中進行了應用，降低了模具的開發成本，提高了工作效率。針對成形零件某一功能的切換機構設計，主要在于模具設計過程中切換方案的合理性，如氮氣缸驅動行程、斜楔運動行程的關系以及模具的結構空間，切換機構的復雜程度、經濟性以及切換過程中的穩定性等。隨著消費者對零件精度和品質的關注增加，切換過程中成形零件的缺陷也不容忽視，現以某后門內板為研究對象，針對模具開發過程中的零件有孔與無孔的切換需求，設計了1副氣動切換機構，并在調試出件中，由于側壁區域存在180 mm的深拉深，針對該切換部位的起皺缺陷，通過回彈仿真分析和工藝措施的改進，消除了成形零件的起皺，提高了成形零件的外觀精度。

1 后門內板成形分析

圖1 所示為某車型后門內板模型，矩形框內為需要進行切換的孔，一般主機廠為了降低模具開發成本，需要在1副模具中設計側沖孔的切換機構，以實現2種類型后門內板的量產。門內板由形狀復雜的空間曲面構成，具有結構尺寸大、外觀和尺寸精度要求高的特點，同時模具零件數控加工精度也關系門內板的出件品質。由于門內板側壁拉深深度深，根據實際調試可知，其B柱側壁區域容易起皺或開裂。

圖1 后門內板及側沖孔切換部位

車門內板的沖壓工藝為：先落料后拉深，后續對車門的周圈進行整體修邊以及對帶有包邊法蘭面進行整形等。成形該門內板模具最后一道工序上的6個側孔需要實現有孔和無孔的切換。針對成形零件工藝補充面的設計，其下角部的兩側需要設計余料，通過材料的補償以避免角部起皺。對于門內板窗框處拉深較深的部位，由于其剛性差，不僅會出現回彈翹曲，還會產生暗裂等質量缺陷。由于采用的是1 模2 件的工藝方案，坯料的中間廢料區需要設置廢料刀，避免拉深成形裕度低以及對半切邊后因為應力釋放造成回彈變形。

2 側沖孔切換機構結構設計

2.1 常規沖孔切換方案介紹

車門內板側沖孔較多，模具中常選用標準斜楔，不僅可以節約設計時間，還節約了設計空間，加工安裝面同時簡化為平面。在設計中針對標準斜楔的選擇，除了從設計參數、斜楔的角度、安裝空間、斜楔行程、沖孔力、退料力等考慮外，還應從標準斜楔材料進行選擇。

針對側沖孔的切換裝置，目前常規的是設計氣動凸模固定座，并根據凸模大小選擇標準斜楔，通過控制其充氣量的開合，使凸模與凹模進行接觸或分離來完成沖孔的切換。常規的切換機構不僅需要一定的活動空間，而且后期切換出現故障時，檢修花費的時間較多，該零件側壁周圍孔有些需要切換，導致采購氣動型凸模固定座成本較大。

2.2 自制斜楔側沖孔切換機構

設計的側沖孔切換裝置如圖2所示，驅動氣缸2通過A、B口組成氣動回路，當左側B口進氣完成后，往復推拉活動座18 在驅動氣缸2 的推力下，運動至預定的工作行程，使上、下驅動塊16、17接觸，當上、下驅動塊16、17 的斜面接觸完成到直線運動前，將成形座4驅動到限位塊5的底面，此時驅動氣缸2工作結束。

圖2 后門內板側沖孔氣動切換機構

上模座6 在沖壓載荷的作用下繼續下行，切換主體9上的楔形活動座8與楔形基座7接觸并滑動，為了保證沖孔質量，設計了浮動裝置12壓住零件端部，避免沖裁過程中造成坯料的滑移，最后切換主體9 上的凸模組件按照預定的沖孔方向進行側沖孔。沖孔完成后，上?；赝?，切換主體9回退到凸模與坯料分離的安全距離后，此時往復推拉活動座18在驅動氣缸2的拉力下，返回初始工作位置，至此單個沖孔工作周期結束。

當后門內板該部位的其他批次不需要沖孔時，可調整驅動氣缸2 由A 口進氣，往復推拉活動座18在驅動氣缸2 的推力下，使上、下驅動塊16、17 為斜面配合，保證成形座4處于最低位置，這樣在上模繼續下行成形過程中，切換主體9 上的楔形基座7 與楔形活動座8 將不會接觸和滑動，當卸下凸模13后，凸模安裝板11 不會與坯料接觸，此時成形不需要沖孔的后門內板零件。

在實際沖壓切換過程中，由于自制斜楔能夠整體實現所有孔的切換，易于檢測和維護，其次自制斜楔的主體部件都采用鑄件，相比采購標準件成本更低。

3 全工序回彈分析與補償

車門內板零件普遍存在剛性回彈的難題，相比前門內板，后門內板后輪處呈現拱起的特征，不僅四周輪廓的拉深高度不一致，更重要的是側壁拉深深度較深，達到180 mm，導致成形過程中拉深深度不均勻，輪拱以上的區域出現內縮、外翹等缺陷。圖3 所示為采用AutoForm 軟件進行的零件回彈分析，右邊梁由于剛度差，回彈變形量最大達到了約4.746 mm。

圖3 后門內板回彈分析

設計的后門內板模具采用1 模2 件的方案，對中沖裁后使拉深工序中零件內部的部分殘余應力被釋放。針對回彈分析，在后門內板型面設計階段，對其回彈變形超差的部位進行反向補償，尤其是窗框回彈翹曲部位，進行了最大補償量為3 mm，如圖4所示。

圖4 回彈補償量

經多次回彈補償迭代后，其回彈分析結果的回彈量控制在±0.5 mm，回彈補償后窗框和轉角等關鍵部位的回彈數值分布如圖5所示。

圖5 回彈補償后關鍵部位回彈數值

4 后門內板調試

由于后門內板在拉深過程中拉深深度深，材料的塑性變形復雜，其中B柱側壁區域（側沖孔切換部位）的起皺是車門內板成形難點，如圖6所示。在對門內板拉深起皺的原因進行分析中，根據后門內板的特點，由于拉深深度深，形狀復雜，B 柱側壁區域造型變化急劇，拉深深度達到180 mm，仿真過程中通過考察其主應變數值，拉深成形過程中由于材料的流動性問題，零件易起皺或開裂。

圖6 門內板側壁成形起皺

根據實際調試參數可知，壓邊力為2 000 kN、成形力為16 000 kN，采用板料成形仿真軟件進行成形性分析，考察該部位的拉深筋和拉深坎的流入量數值。流入量是板料在拉深過程中材料流動的直觀表現，是成形過程中各種因素綜合的結果[2]。

選取該部位7 個測量點，如圖7 所示，通過測量實際出件后材料流入量并與理論仿真流入量對比，發現側壁起皺部位存在2～5 mm 的誤差，最大相對誤差位于測量點3，約12.3%的差距，如表1 所示。一般設置拉深筋或拉深坎是控制零件成形時材料流入量的重要方法，因此需要通過調整該部位拉深過程中的進料阻力分布以及材料的流動性來抑制起皺。

表1 測量點的實際材料流入量和理論仿真流入量對比

圖7 拉深筋和拉深坎的流入量分析

在修改方案中，結合仿真分析與實際出件情況，在零件型面設計中，為了鎖定材料在該部位的流入，對凸、凹模所在的側沖孔切換側壁部位的拉深坎進行2～4 mm 的加高堆焊，并對起皺部位拉深筋R4 mm 的圓角增大到R6 mm，R6 mm 的拉深筋圓角增大到R9 mm，如圖8 所示。對拉深坎和拉深筋修改后進行了精細化的研配拋光，模具重新上機床后，零件拉深成形時側沖孔切換側壁部位材料流入量得到了有效控制，起皺現象明顯改善，如圖9所示。

圖8 拉深坎和拉深筋的調整

圖9 起皺消除的側壁區域

5 結束語

采用氣動側沖孔切換機構能一次整體實現所需孔的沖裁與切換，易于檢測和維護，具有經濟性好的優點。由于側沖孔切換側壁部位拉深較深，達到了180 mm，成形中容易起皺或開裂，需要考慮仿真分析和實際沖壓下拉深筋和拉深坎的流入量，其兩者的差值需小于10%，否則應采取工藝措施優化，即在零件型面設計階段對回彈變形超差的部位進行反向補償。針對側壁起皺缺陷，從材料流入量不均的角度考慮，零件修改中可通過增大拉深坎的高度，優化拉深筋R大小來消除起皺缺陷。