摘要:顶盖天窗较为常见的形式如图1所示,顶盖全景天窗面积较大,相对传统小天窗顶盖刚性差,同时造型复杂。针对无法兰顶盖天窗翻边,通常采用图2所示的方式成形,虽然采用上压料器进行压料翻边,但其变形始终在以A处为棱线的板料区域,镶件到达下止点后,由于A处截面发生较大的塑形
1普通顶盖天窗成形工艺
1.1 顶盖天窗的类别和成形方式
顶盖天窗较为常见的形式如图1所示,顶盖全景天窗面积较大,相对传统小天窗顶盖刚性差,同时造型复杂。针对无法兰顶盖天窗翻边,通常采用图2所示的方式成形,虽然采用上压料器进行压料翻边,但其变形始终在以A处为棱线的板料区域,镶件到达下止点后,由于A处截面发生较大的塑形变形,镶件卸载后会导致AB区域出现回弹。
图1 顶盖天窗常见形式
图2 无法兰的天窗成形方式
图3所示为有法兰的天窗成形方式,目前一般采用双压料器进行翻边,板料以A处为起点,在压料器1的作用下,将AB区域根据氮气缸行程等分,采取“阶梯式”分段进行翻边。由于板料变形区域应力变化均匀,能够获得较小的回弹值,不足之处在于增加了压料器2结构,使模具空间更加紧凑,且增加了模具设计和调试成本。另天窗存在法兰,其法兰的平面度、侧壁垂直度、法兰附近A面的回弹无法全部满足要求,需要对翻边有关的参数进行匹配,获得最优成形方案。
图3 有法兰的天窗成形方式
1.2 天窗翻边参数对回弹缺陷的影响分析
一般带天窗零件框内的前后侧、顶盖与侧围搭接的2个长边都需要侧整形,1道工序多个工作内容,增加了天窗翻边的难度,因此针对天窗在翻边过程中为了获得最优参数匹配,需要对单个参数进行数值仿真分析,以获得相关规律来指导实际调试,以下分析压料器1的压边力、镶件的翻边圆角、镶件与下模的间隙等因素对回弹的影响。
(1)压边力。翻边过程中根据AutoForm模拟分析,在一定的范围内,随着压边力的增大,卸载后回弹缺陷会降低。但当压边力低于某个临界值或压料器表面摩擦系数偏小时,在翻边过程中材料克服塑性变形会导致压边力反弹,影响零件成形精度,当压边力过大时,材料塑性流动过大会导致翻边棱线有开裂的风险。
(2)翻边圆角。经过试验研究,在压边力、侧壁间隙相同的情况下,翻边圆角半径越大,天窗附近的A面回弹值会降低,这是因为当翻边圆角半径较小时,翻边时圆角附近的塑性变形量较大,加剧了加工硬化,外力卸载后,板料回弹较大。在条件允许的情况下尽可能加大翻边圆角半径来降低加工硬化带来的负面影响。
(3)间隙。在以往顶盖天窗翻边过程中,翻边间隙对回弹有影响,一般采用1个料厚的间隙进行成形,当零件形状复杂时,间隙会不均匀,容易造成天窗G、H转角区域的塌陷和E、F棱线区域直线度扭曲,如图4所示。为了研究翻边镶件间隙对天窗附近A面回弹的影响规律,选择恒定的压边力,通过改变翻边圆角半径R和翻边间隙d进行AutoForm数值仿真分析,分别计算正间隙、零间隙和负间隙的翻边回弹数值大小。
图4 天窗4个区域的仿真回弹数值分析结果
选取E、F、G、H区域各5个回弹数值点,取平均值作为评判结果,表1所示为对应的不同翻边间隙与圆角半径的E、F、G、H区域的回弹平均值,通过分析可知:①当镶件圆角R=3 mm时,改变侧壁间隙大小对回弹缺陷影响不大,回弹数值波动不剧烈;②无论何种侧壁间隙,采用R=3 mm翻边圆角比R=1 mm产生的回弹数值小,说明镶件圆角半径R的变化比侧壁间隙产生的回弹缺陷更加敏感;③当镶件圆角R=3 mm、侧壁为负的材料厚度间隙0.65 mm时,E、F、G、H区域获得的回弹值最小,说明该组参数能够降低回弹缺陷。
表1 不同翻边间隙与圆角半径的4个区域的回弹平均值 mm
通过上述参数的优化匹配,在模具设计过程中可用于指导模具零件的型面加工,在调试过程中能降低翻边引起的回弹缺陷。
2顶盖全景天窗翻边成形工艺
2.1 采用延时氮气缸压料翻边工艺
普通天窗由于尺寸小,采用最优参数匹配,在一定程度上能够消除回弹缺陷,但对于全景天窗,由于尺寸占据了顶盖的一半,如图5所示的天窗尺寸为1 350 mm×860 mm,常规的成形工艺无法保证翻边后A面的形状精度,同时全景天窗口部沿周均存在负角, 前、后、左、右翻边法兰的整形大都需要使用斜楔机构,针对图3所示的工艺方案,考虑采用延时氮气缸参与成形和保压。
图5 延时氮气缸在全景天窗上的布置
延时氮气缸结构复杂,工作过程中温度较高,需要散热,目前市场上常用的延时氮气缸散热有自身式散热和辅助式散热2种,考虑延时氮气缸自身散热体积大,模具空间排布困难,采用辅助式散热,为了使压料受力均匀,采用8组延时氮气缸进行压料,其中两边各3组,中间区域2组的布置见图5所示。
图6所示为延时氮气缸翻边示意图,在工作过程中翻边镶件压缩压料器2下的延时氮气缸,板料逐渐翻边,当镶件到达下止点时,延时氮气缸发挥作用进行保压,此时“零回弹装置”将空腔和软管的油压进行稳定性控制,使氮气缸行程在延时保压过程中波动在1 mm以内,延时氮气缸的温度依靠控制器上的风扇进行控制。
图6 延时氮气缸翻边示意图
2.2 延时氮气缸成形结果分析
图7(a)所示为采用延时氮气缸后的首次试模回弹检测结果,与采用图7(b)所示的AutoForm翻边回弹模拟结果有差别,其中天窗4个转角A面出现不同程度的上凸,达到0.5~1 mm,两侧直边的A面下陷0.5~2.2 mm,上述数值超差与常规翻边缺陷有差别。
图7 顶盖天窗翻边结果
根据以往延时氮气缸在常规顶盖天窗上的应用,延时氮气缸的使用会降低回弹的缺陷,进一步分析排除了翻边间隙、镶件圆角的影响因素。由于浮顶器形式较多,气缸支路压力波动大,根据以往研究浮顶器顶料不同步容易造成成形零件变形,发现在翻边过程中8组压料器1的压边力不均匀以及浮顶器不同步是上述缺陷的主要原因。分析发现8组延时氮气缸在实现“零回弹”控制时,由于是采用手动冲压线上的调试,在上模冲压压料、成形过程中,一方面压力机运动时序与PLC编程电信号无法实现精确匹配;另一方面在气体压缩过程中,气动冲击载荷也会造成压料载荷的波动。
2.3 延时氮气缸组件同步保压调试
针对上述状况,采用提高延时氮气缸零回弹的同步性设计,主要组件包括零回弹装置、气路系统、气控换向阀、连接板等,如图8所示,在工作过程中,连接块1随着模具的冲压上下往复运动。
图8 零回弹控制装置
1.连接块 2.感应接触器 3.气路管道 4.气控换向阀 5.延时控制阀
(1)当上模往下运动时,零回弹系统处于关闭状态,模具闭合时开始进行天窗法兰的翻边成形。
(2)当模具闭合时,连接块1触发感应接触器2动作,气体经过气控换向阀4内部的第5通道口通气,第4通道口闭合、第2通道口开启,使延时控制阀5接通,通过零回弹装置开启进行保压,保压时间依靠延时控制阀的计时功能。
(3)当上模回退行程小于翻边行程时,在开模过程中,连接块1与触发感应接触器2缓慢分离,在未完全分离时,零回弹装置持续工作,直到上模回退行程大于翻边行程时二者完全分离,延时控制阀5关闭,此时延时保压状态结束。
由于8组零回弹装置采用了同1套气路控制系统,在手动调试中实现了延时控制的同步动作,对现有成形零件型面进行了回弹补偿,将补偿后的型面进行了型面修改和重新加工研配,图9所示为修改后的下模结构。
图9 修改后的下模结构
调试后的零件天窗周边的回弹缺陷得到了改善,修改完成后采用三坐标测量仪得到的顶盖天窗尺寸测量结果如图10所示,天窗翻边区域的回弹缺陷满足±0.5 mm的要求。
图10 顶盖天窗翻边修改后的回弹检测结果
来源:汽车与梦想