拉延模具--少研修解决方案

拉延模具少研修解决方案引言冷冲模制造中，拉延模调试周期最长，加快它的产出速度关系到整个项目的模具交付。现在CAE技术已紧密融合到制造过程当中，前期模拟结果通过的制件在调试时基本没有大的问题，因此研修量的问题成为制约产出的关键。经统计，以往模具型面研修工作占整个压力机设备上工作70%以上时间，真正调试工作占用压力机时间并不很长。因此减少手工研修量成为当务之急。本文就精修制造基准，确保有效研修、模面变间隙设计，减少研修量、虚拟合模控制综合制造精度三方面做论述。1、精修制造基准，确保有效研修此处所说制造基准包括拉延凸模、平衡块、限制器。通常，模具研修是以一个型面为基准研修另一个型面，所以基准面的自身精度绝对影响研修后的结果，基准面的修整是上设备研修的前提。凸模基准的修整主要包括清根、蹭光、淬火后蹭光、淬火后研修，以此保证凸模型面的光顺、平整，凸R的圆滑、光顺，及较高的光洁度。1.1、凸模基准清根，凹R作合理空开工件在数控加工清根时，通常采用小直径刀具的多笔清根，且与型面加工区域有一定重叠，理论上满足要求，但由于受加工对刀、切削余量等方面原因，凹R区域难以加工完全，必须由钳工再次修整。而钳工在设备下手工清根，保证不了凹R完全到位。所以，模具在压力机设备上研模时，往往还要根据实际状态进一步清根。由于板料成型由凸型决定，因此可对凹R作合理空开。凹R空开方法可以在数学模型中做出，也可以在加工时将清根程序沿Z轴下降，相比较而言，前一种方法虽然增加了一些设计工作量，但实际制造效果明显优于后者，对模具调试更为有益。手工清根后的效果不好设备上清根占用台时凹R空开示意图以门内板拉延模为例：一套未做凹R空开模具，钳工在压力机设备下手工清根时间约需要28小时，且修整的往往还不到位，上设备后还要再进一步清根研修。即占用了设备又浪费了时间。使生产周期延长。如果做凹R空开，就可使调试周期减少32--40小时。1.2、凸模蹭光在冷冲模制造和调试中，蹭光的质量直接影响到模具的制造和调试。蹭光一般分为淬火前粗蹭光和淬火后的精蹭光。淬火前蹭光选择质地较粗的油石（240#以下），将型面反复交叉蹭光，直到不见数控加工刀痕。淬火后蹭光选择质地较细的油石（320#以上），将型面反复蹭光，直到不见粗蹭痕迹。外表面件还要用研板精修淬火区域，使淬火区与未淬火区光顺连接。并用细油石（320#以上）蘸煤油蹭光，直到不粗蹭痕迹，光洁度达到0.8。然后用细砂纸精蹭（400#以上），R处光洁度达到0.8（镜状）。注意：气孔处不要用手拿砂纸直接蹭，一定要用一块质地较硬的，而且平整的块包上砂纸去蹭，防止气孔周围塌角。1.3、平衡块、限制器平衡块是保证上下模架部件平行度的基准，一定程度上改善压机上滑块与下工作台并行度的偏差。在研修前一定要将平衡块的状态做好，它是上下部件进行研修工作的前提。并且在研修过程中始终以平衡块的状态为基准研修。限制器在某些情况下起到同样的作用，也是保证上下部件平行精度的基准如：研修单动拉延凹模、压刃口等。平衡块着色好平衡块着色不好研修基准制造精良，是保证全部研修工作有效的前提。研修过程中还必须认真观察，确证研模件两面都着色，避免单面着色造成的假象。2、模面不等间隙设计减少研修量模面不等间隙设计是指模具上下模的间隙并非完全一个料厚，有些区域间隙小于料厚，有些区域间隙大于料厚。不等间隙的结果，可以突出调试工作重点，并可极大的减少型面加工，减少钳修，减少工时，它的作用非同小可。主要包括这样几项内容：模具型面区域的不同间隙值、及型面空开（铸造或加工空开）。2.1、压料面的里紧外松设计在调试过程中，通常使压料筋内部着色优于压料筋外部着色，这样可控制板料在流动过程中的起皱趋势，尤其对于浅拉延类，更要与拉延筋配合，将板料锁死，避免走料。等间隙加工时，由于钳工研配手法不一,很难短期做到里紧外松。所以在模面设计时将压料筋内部压料面比外部多0.1mm的预留研配量，可减少压料面的研修周期。（顶盖）压料着色不均匀状态（顶盖）压料着色均匀状态，里紧外松（侧围）压料面数模经变间隙处理后，模具制造时的首轮压料面着色图，着色达面积70%压料面的里紧外松示意图2.2、凹模型腔的变间隙处理对于表面质量要求高的外板类制件，如果凹模相对于凸模没有合理空开，不仅研配量大，且易造成凸模表面损伤，不易修复，并且冲压件的表面质量也很难控制，常出现暗坑等缺陷，导致调试时占用压力机设备时间长。下图为顶盖拉延凹模数学模型的处理：一个料厚间隙料厚间隙-0.1mm一个料厚间隙过渡区空开2mm区域一个料厚间隙区域为成型工作区，料厚间隙-0.1mm区域为防止制件表面缺陷的强压区，过渡区为防止凹模型面直接空开时边界对制件表面造成损伤，空开2mm区域为减少型面加工及研修，可只做到半精加工或直接在铸造时空开10mm。对于某些外表面拉延的凹模，只需将棱线和反凸附近的30mm区域内研修着色，而其余部分空开。如门外板及行李箱外板处理区域，凹模可直接加工空开。红色区域可作空开，不需要着色2.3、特殊区域的负间隙处理内部内部冲压件某些区域由于在板料成型时局部聚料，会产生暗坑缺陷，因此这些区域需要着色比一般区域重一些，才能保证表面质量（如门外板扣手部位、行李箱外板灯口及中心厂标处、侧围油箱口处等易出现暗坑的特殊区域）。等间隙制造时需要把其它区域型面去掉很多才能达到着色重的效果，加上技能水平不一等原因，造成工作量很大且效果不好。鉴于这种情况，可在凹模相应区域沿型20mm-50mm将曲面偏置0.1，使局部间隙小于料厚间隙，达到消除研修量，避免制件缺陷，提高表面质量的目的。以下四张图片为侧围模具调试时常出现的表面缺陷：油箱口处缺陷C柱处暗坑B柱处差10mm到底时多料现象最终形成暗坑缺陷下图为经过负间隙处理的模具，门扣手部位无缺陷2.4、凹模型面的整体变形处理：模面设计时的不等间隙，一般是中心处为料厚间隙，向两端逐渐过渡至料厚加0.2---0.3mm。下图为凸、凹模CAD间隙分析云图：下图为实际制造时压铅丝所测间隙值：（红色标记）从实际结果可看出，虽然模面设计时间隙差为0.3mm，但上下模间隙值趋近料厚，仅0.05mm偏差，这种做法是考虑补偿铸件受力变形和淬火变形。对发罩外板作处理，几何中心处一个料厚间隙，由几何中心向边缘使间隙渐变为一个料厚加0.2mm，并且压料面改造成“里紧外松”。调试效果良好。端头间隙均值约为1.1mm中心间隙均值约为1.05mmm端头间隙均值约为1.1mm下图为双动模具首轮调试着色图，着色面积约80%下图为地板模具凹模整体变形数学模型，深蓝色区域由一个料厚间隙渐变至料厚加0.3mm经过实际调试验证，凹模型面的整体变形处理，尤其是工艺补充部分略大于料厚间隙的处理，大大的减少了研修时间，对加快模具产出意义很大。由于受铸件强度、淬火后变形、压力机精度等因素影响，导致等料厚加工的模具在实际调试时间隙不均匀，着色差。而着色差的模具不能保证稳定性，造成与最初冲压工艺设计、CAE结果不相符，所以不等间隙设计是补偿措施。另外还要根据装车匹配及品标要求，在模面设计时考虑公差要求，将公差值体现在数学模型上，确定出重点区域着色，保证冲压件质量。3、虚拟合模控制制造精度，减少研修量3.1、虚拟合模目前光学扫描技术日趋成熟，使得利用其技术获得复杂零件表面数据成为可能，在模具制造中，可分别扫描模具的凸、凹模型面，通过对齐到设计用坐标系下，可直观、准确地分析出模具的间隙状态，这一过程即虚拟合模过程。一汽模具利用超过一年的时间，在大量模具制造精度监控过程中，发现淬火对模具造成的变形较大，在以往常规检测条件下，无法获取全面数据，虚拟合模控制方法可快捷获取实际结果。一汽模具采用的光学扫描仪为Gom公司ATOS设备，通过数据合模，在调试前分析合模间隙，力争控制累积误差在±0.08mm以内，减少手工研修工作量，确保制造周期。淬火前扫描数据合模间隙分析淬火后描数据合模间隙分析侧围拉延凸模淬火后光学检测结果侧围拉延模淬火后扫描数据合模间隙分析针对以上结果，将制造工艺加以改变，将表面淬火提前到模具精加工之前，然后进行超硬度加工，实际检测结果令人满意，合模精度在0.1mm以内。模具工艺进行改进，侧围综合制造精度可控制在0.1mm左右双槽翼子板综合制造精度控制在0.1mm以内ATOS数据合模可有效地监控模具制造误差，通过不同生产阶段的监控，可直观的分析出每个阶段的问题，力争在调试前就预测并较少偏差，以到达减少手工研修的目的。通过改变淬火与精加工的顺序，使得即使长度大于4米的模具综合误差仍可控制在0.1mm以内，极大程度上减少了手工修模。四、结束语：由此可见，拉延模具研修量大虽然是制约产出的一大顽疾，通过在制造过程中重视研修基准、设计阶段的变间隙设计可一定程度上解决此问题，并且在无法消除淬火变形的当前阶段，采取数控半精加工后淬火，然后进行精加工，虽然增加了部分数控台时，但可以最大限度保证模具制造精度，不失为一种权宜解决方案。作者简介：冯岩，1971年9月生于吉林长春，1993年7月毕业于武汉工学院机械工程一系，现任职于一汽模具制造有限公司调装车间现场工程师，从事汽车车身覆盖件模具制造。参加多个车型模具的设计及制造，熟练运用CAD/CAM/CAE软件，具有丰富冲压工艺和模具制造经验。