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后盖外板牌照灯安装区域可制造性分析

时间:2021-02-05   来源:《模具工业》   作者:温媛媛   浏览次数:71

温媛媛

(上汽通用汽车有限公司)

摘要:对后盖种类进行总结,针对钢制两片式带牌照灯安装孔的后盖常见缺陷进行分析,分别从工艺和产品结构对后盖可制造性提出优化方案,并给出产品设计推荐值,供产品工程师和模具工程师参考,缩短后期模具调试时间及降低制造成本,提高汽车后盖成形质量。

关键词:后盖外板;牌照灯安装区域;工艺方案;产品设计

 

0 引言

随着经济的发展与科技的进步,汽车在日常生活中得到了普及。汽车相关产业作为我国第二产业的重要组成部分,在国民经济中占据重要的地位[1]。汽车的普及使消费者对汽车的认知越来越多,品牌的多样性使消费者的选择也更丰富,随之而来的是市场对汽车外覆盖件的质量要求也越来越高。轿车后盖由于外形复杂、高度差大而较难制造,尤其SUV掀背式后盖较多的弧面设计导致其制造难度加大,如牌照灯安装区域长翻边设计使翻边质量难以控制,牌照灯安装区域沉台过深导致翻边圆角棱线不顺等。

目前针对汽车后盖的研究多集中在刚度、空间布置、静态性能、对NVH(噪声、振动与声振粗糙度)的影响以及新材料的应用等,如周大光和蒲蕾等[2,3]对汽车后背门空气弹簧参数化设计方法和优化布置进行研究,刘孟和宋福强等[4,5]研究了后背门设计对NVH性能的影响,指导零件布置。工程师较少从冲压可制造性的角度对汽车后盖外板的工艺和产品设计进行分析,并给出产品设计推荐值。

现对后盖外板牌照灯安装区域的可制造性进行分析,首先对后盖进行分类,针对两片式带牌照灯安装孔式的后盖,从零件常见缺陷考虑,分析如何进行工艺设计及产品优化来控制并尽可能消除缺陷,为汽车后盖的同步工程分析及工艺设计提供参考。

1 汽车后盖分类及常见缺陷

1.1 汽车后盖分类

钢制汽车后盖材料多采用0.65mm的CR4。根据汽车造型不同,从冲压制造的角度将汽车后盖分为4类,如表1所示。第1类为一片式,后盖造型较简单,一般为4道工序成形,无需额外的连接,节约成本。第2类为普通两片式,因为零件阶差较大,一片式无法冲压成形,故分为外板上片和外板下片,通过焊接连接,但是外板上片的下部翻边长度较短,且无整形特征,一般4道工序成形。第3类也是两片式,但是外板上片底部带牌照灯安装孔,上、下两片通过焊接连接,上片底部由于翻边面较宽且有整形特征,翻边面附近的A面质量和焊接面质量较难控制,需要5道工序成形。第4类为三片式,在两片式无法满足冲压可制造性的情况下,将牌照灯区域单独分割,这样3个零件均易于冲压,但是零件数增加需要2次焊接,增加了模具与车身连接的成本。

1.2 第3类汽车后盖常见缺陷

第3类带牌照灯安装孔的后盖外板上片常见缺陷如表2所示,此类大翻边且带整形特征的后盖常见缺陷主要有搭接面卷曲、安装面波纹、翻边棱线不顺、整形特征角部起皱等,影响产品外观、尺寸和装配质量。

2 牌照灯安装区域工艺优化方案

2.1 第3类后盖上片常规工艺

第3类后盖上片冲压工艺通常为5道工序,如图1所示,分别为拉深、修边、翻边(牌照灯安装区域为侧翻边)、翻边及整形、侧冲孔。

2.2 工艺优化方案

随着后盖的设计越来越复杂,翻边长度和翻边棱线拱度越来越高(见图2),同一零件中既包含压缩曲面翻边,又包含伸长翻边。压缩类翻边过程中在翻边面容易产生波浪甚至叠料,因此为了控制翻边面卷曲,一般采用夹料翻边保证翻边面的平面度。翻边过程板料状态如图3所示,除了有利于保证翻边面平面度之外,夹料翻边还有利于控制回弹[6],因此长翻边零件一般采用夹料翻边的方式。

夹料翻边虽然有助于控制回弹,但是无法消除回弹,回弹后翻边面会出现卷曲,如图4所示,导致外板上片钎焊面不平整,影响上、下片的焊接质量。因此设计冲压工艺时,通常在产品边界增加整形沉台,修边时进行粗修,整形时产品整形特征和沉台同时整形,如图5所示,有助于保证焊接区域的平面度。带台阶整形和不带台阶整形的零件回弹和起皱趋势对比如表3所示,图6(a)所示为带台阶的翻边工序件,图6(b)所示为带台阶整形的最终工序件。由表3和图6可知,采用带台阶整形的方式可以在整形工序消除零件卷曲,有效控制翻边面平面度,保证焊接质量,同时利于降低起皱风险。

3 牌照灯安装区域优化方案

牌照灯安装区域优化方案主要是保证压料宽度与减小波纹及起皱趋势,由于整形特征深度深、过渡急剧、压料宽度较窄等原因导致整形时出现波纹、角部起皱、棱线不顺等缺陷,现从2个实际案例出发,对产品优化提出建议。

3.1 案例1分析

案例1的整形区域特征及局部尺寸如图7所示,沉台最深为5.6mm,B-B截面处沉台深度为1mm,上部压料宽度最窄处为2mm,实际零件出现3处缺陷(图中①、②、③处),如图8所示,分别为棱线不顺、平面上出现波浪、钎焊面上特征角部出现起皱。受钎焊面宽度和匹配零件的尺寸限制,无法更改上部压料区域宽度,因此对特征内部平面宽度和过渡区域进行更改,如图9所示,将波纹平面宽度L1由40mm缩短为10mm,角部过渡长度L2由8mm增大到20mm,D-D截面处将凹槽高度差H从1mm增加到2.5mm,起到卡料的作用,消除翻边棱线不顺的问题。

优化后的实际零件如图10所示,优化方案有效消除了零件成形缺陷。

3.2 案例2分析

案例2的整形特征和缺陷如图11所示,零件在A处出现角部起皱,判断为B处台阶(两侧对称)过渡急剧引起,因此对过渡区域进行更改。

优化后的零件如图12所示,将B处台阶过渡区域宽度由8mm增加至15mm,优化后实际零件无起皱。

3.3 产品设计推荐值

根据若干零件前期同步工程阶段的仿真分析以及现场零件的实际状态对比,针对牌照灯安装区域给出设计推荐值如图13和表4所示。限制L1A1A2是为了保证过渡平缓,限制L2L3宽度是为了保证整形时有足够的压料区域,防止整形时板料窜动;H1太大会导致角部过渡急剧,存在开裂风险;在保证L2具有足够压料宽度的情况下,应尽量将L设计得更长,使板料过渡平缓,可有效消除角部起皱与翻边面波纹。

结束语

(1)相对于一片式和三片式后盖,两片式带牌照灯安装孔类后盖的制造难度更大,安装面回弹较大且易出现搭接面卷曲、翻边面波纹、角部起皱、翻边棱线不顺等缺陷,采用粗修→夹料翻边→增加整形台阶→精修的工艺可有效控制回弹和搭接面卷曲。

(2)通过实际零件现场整改案例可知,严格控制整形压料宽度、整形特征深度、增加整形特征过渡区长度可有效控制整形角度起皱和翻边面波纹。

参考文献(略)

 
 
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