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            讓客戶更具全球競爭力!-MFC《金屬板材成形》雜志 | 金屬成形商務咨詢(北京)有限公司-MFC(深圳)沖壓與鍛造展覽會

            汽車沖壓熱成型模具定位設計

            基金項目:鍍鋅板熱成型技術研發與產業化(2211C004)

            翟海峰   閆巍鑫   賈向  趙永星  王立然

            精工汽車保定模具技術分公司,河北保定  071000

            摘要 汽車制件熱成型沖壓工藝,采用激光切割后的板料,板料加熱后快速轉移到沖壓模具內完成制件成型及板材淬火,以實現具有高強度性能的制件。隨著熱成型在車身制件應用范圍的擴大,基于不同制件成型過程材料流動變化,本文對定位布置形式的改進和定位結構的創新進行了總結,改善模具結構提升成型性能。

            關鍵詞 關鍵詞1;熱成型2;托料定位3;彈性定位 4;定位布置

            0 引言

            目前熱成型類型主要分為直接熱成型和間接熱成型兩種方式?;谝陨蟽煞N熱成型模具工藝,在模具開發過程中定位布置需要滿足以下5個條件。①板料投放位置準確,無塌料;②成型過程中板料位置穩定,無攢動;③板料投放至模具內,在成型前需避免板料或預成型制件接觸凸模型面,防止加熱后的板料快速降溫影響成型效果;④定位的布置不能破壞鑲塊冷卻水道的布置。⑤直接熱成型制件通過激光切割方式需設置孔定位保證定位精度。

            1. 熱成型主要應用制件

            車身的熱成型零件主要有A柱、B柱、防撞梁、側圍加強板等,隨著應用范圍加大,制件造型多樣性,成型過程中的定位穩定性和定位設計對鑲塊水道設計的完整性影響等問題,在模具開發中逐漸顯現出來。

            2. 熱成型工藝流程
            1.1 直接熱成型工藝方案

            沿送料方向依次為:開卷拆垛—剪切—上料—加熱—上料—成型冷卻—激光切割

            1.2 間接熱成型工藝方案

            沿送料方向依次為:開卷落料—多工序冷沖壓預成型—上料—加熱—上料—成型冷卻。

            3. 定位設計要求

            3.1激光切割定位形式改進

            在激光切割機設置有定位凸臺造型對制件位置進行定位,熱成型模具初期開發階段采用此定位形式,圖1為設備凸臺造型設置。采用圖2在制件邊界位置模具型面直接拉伸圓臺造型,進行造型定位。

            圖 1激光切割機定位凸臺

            圖 2圓臺造型定位?????????????圖 3翻孔定位

            隨著熱成型制件造型復雜程度增加,發現僅使用圓臺造型和型面定位方式,定位精度低,生產過程穩定性不滿足要求。因此對定位方式改進,在制件內部設置1處翻孔定位如圖3,通過孔定位和型面定位的方式滿足了制件的位置精度。

            3.2定位位置及類型選擇

            熱成型在隨形料片邊界設置定位:四周定位板定位+1處翻孔定位;當制件成型過程復雜,板料易發生竄動時,需增加定位孔位置,采用2處定位孔或邊界增加U型孔定位形式增加定位精度。

            3.2.1定位設置方案

            粗定位布置需滿足限制X向、-X向、+Y向、?-Y向,和Z向旋轉5個方向上的自由度,通常采用設置定位板的方式。②精定位布置:在制件靠中間位置設置1處翻孔定位,當制件內部無法設置孔定位時,在外周設置U型槽定位,如圖5,實現制件孔精定位的需求。

                備注:黑色箭頭粗定位限制制件移動方向,紅色箭頭精定位限制制件運動方向

            圖 4熱成成型定位基礎方案                            圖 5增加翻孔定位

            3.2.2不規則造型定位案例

            如圖7加強板制件成型過程中制件左右兩側不對稱,同時凸模位置2先觸料板材,成型過程產生側向力,需要設置精定位孔限制制件的Y方向移動和繞Z軸的旋轉。觀察制件內部無合適位置設置翻孔定位,因此在料片兩側增加U型槽孔定位,限制制件的Y向移動,提高生產穩定性。

            圖 7 成型過程受側向力時定位設置

            4. 定位板結構創新

            基于熱成型模具制作過程改進需求對熱成型定位板結構進行改進。

            4.1托料定位板設計

            4.1.1托料定位要求

            為滿足板料或間接熱成型制件投放至模具時,防止板料在成型前溫度降低,板料與模具不直接接觸,需設計托料定位板滿足板料與凸模型面之間距離min5mm,如圖8所示。

            圖 8 托料定位設置要求

            4.1.2托料定位結構創新

            當制件邊緣需要同時設置U型定位銷和托料定位板時,兩個定位部件的設置加大了熱成型鑲塊開口位置,增加了鑲塊水道布置難度,同時影響鑲塊冷卻效果?;诖隧椥枨?,創新定位板結構,滿足設置一處定位實現兩種定位的功能。改進后的定位結構如圖9,改進效果有①此定位可調節頂銷4的高度來調整托料板3的托料力,解決當板料加大托料力不足問題。②定位桿1的圓弧定位面可作為孔的精定位面。此結構既節約了成本又提升了模具品質。

            圖 9 新型定位板整體結構及定位桿1局部示意圖         

            4.2彈性定位設置

            4.2.1彈性定位設計需求

            常規定位銷結構為固定部件,下模鑲塊和上模鑲塊內部冷卻水道需斷開設計進行結構避讓,影響制件冷卻效果。此結構創新獎定位銷設計為彈性元件,上模鑲塊無需做出定位讓位,降低了鑲塊水路設計的復雜程度,解決制件局部冷卻不均勻,制件回彈和制件強度不足的問題。

            圖 10下模彈性定位布置           圖 11 上模鑲塊連貫水道

            4.2.2彈性定位結構

            彈性定位銷部件結構為①沿F1方向放入部件1,F2方向放入部件2,部件1與部件2通過螺紋連接在一起,部件2底部放入部件3復位彈簧,部件4螺塞擰入部件6下模鑲塊墊板。彈性定位銷安裝完成。②部件5下模鑲塊設置有限位面5-1,部件2限位柱上設置有限位臺2-1,彈性定位銷復位過程中通過部件2限位臺2-1與部件5下模鑲塊限位面5-1接觸,,限制定位銷的頂出距離,如圖12所示。

            圖 12 彈性定位銷結構

            5. 總結

            結合設計經驗和定位結構的創新,熱成型模具結構定位設計原則如下:

            序號類型設計要點
            1粗定位板限制板料+X向,+Y向,-X向,-Y向,Z向旋轉5個方向的自由度;
            2精定位孔設置1處翻孔定位,成型復雜的制件設計翻孔定位和U型槽定位或2處或以上U型槽定位。
            3托料定位新結構托料定位和U型孔定位需求時使用
            4彈性定位創新結構普通定位小受限時使用,保護上摸鑲塊冷卻水道的完整性。

            參考文獻:

            圖5,典眾機械微信公眾號,熱成型零件三維激光切割夾具

            創新點說明”,簡要說明要創新性成果。

            1. 優化定位銷布局
            2. 創新托料定位結構同時滿足托料定位和孔定位要求
            3. 定位結構創新,彈性定位銷

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