CN115351169A - 一种汽车门外板手扣拉延成型模具、方法和设备 - Google Patents
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Abstract
汽车门外板手扣拉延成型模具、方法和设备，涉及车门加工技术，解决了主棱线滑移与手扣破裂不能同时消除的问题。模具包括上模和下模，下模包括下底板、拉延凸模和压料圈，上模包括上底板，上模还包括拉延凹模、手扣成型镶块和动力元件，拉延凹模为分体结构，手扣成型镶块在开模状态下突出于拉延凹模的主型面，用于在合模状态下先行压覆板料与拉延凸模共同作用形成手扣形状，动力元件用于按设定行程和弹压力推出手扣成型镶块。成型工艺包括：拉延成型设计；CAE验证；对拉延成型设计CAE结果评价；设计手扣形状工具体，设定手扣工具体行程和作用力，开始CAE计算；CAE结果评价；加工手扣成型镶块；使用拉延模具加工板料完成拉延成型工作。
Description
技术领域
本发明涉及车门加工技术领域，具体涉及一种汽车门外板手扣拉延成型技术。
背景技术
在汽车外覆盖件中，门外板是车身外覆盖件中体现整车车身侧面整体造型关键一环，门手扣形状也是车门上体现整车人机工程之一的造型设计。可以被非专业用户感知的车辆外观棱线滑移缺陷和影响车辆功能性的手扣形状破裂都是被拒绝放行的汽车质量评审否决项。
门外板手扣区位置示意图见图1，门外板件的传统拉延通常是先完成高处的棱线部分和其它面上的主造形部分。到了拉延后期，才完成手扣特征的拉延成型(因为此时上面为凸形，下面为凹形，故也常称为向下反成型)。而手扣都有一定深度且与车门表面衔接的棱线圆角区域又不大，直接通过手扣区域的板料减薄难于实现成型。手扣的成型往往需要周围的材料流动过来补充，否则较容易出现缩颈和开裂等问题。而拉延后期手扣以外的产品主要造型基本已经接近成型到位，和拉延初期相比，板料流动阻力大大增加。此时手扣成型势必面临一定困难，即周围板料流动困难使得周围的材料难以补充过来参与成型，如遇到产品手扣造型较深且附近的主棱线圆角区域也较小时，就容易出现拉延手扣开裂的情况。此时优化的方法主要是放松附近正对着的拉延筋的约束，增加板料的流动性，能让周围的板料多流入一些，避免材料过度减薄而发生破裂。但松筋多进料往往就会带来另外一个不能接受的棱线滑移问题，直接导致面A类品缺陷。如果产品不能再优化，那就只能在调整避免手扣开裂和尽量减小棱线滑移之间寻求平衡，然而理想的平衡点实际上并不一定存在，即便存在现场往往也很难找到。这样就不得不牺牲一部分的滑移来保证手扣不开裂。
关于冲压领域汽车门外板手扣特征拉延成型，现有工艺为门外板拉延凹模为固定一体传统式样，(如图2～图5为现有工艺拉延成型的开模状态—手扣开始成型—手扣成型中途—合模到底手扣成型完成的过程示意图)，在门外板的拉延成型过程中，对于某些门手扣形状深度与主棱线间距的比例大于一定阈值的汽车门外板产品，在拉延成型过程中，为了避免主棱线板料滑移超出圆角区域范围需要控制板料流入量不能过大；同时为了手扣特征成型过程不超过板料的拉伸极限(板料开裂)，需要控制板料流入量不能过小；那么如果对应这两种控制板料流入量要求的成型工艺参数取值范围交集为空，也就是说基于这种工艺方法必然会出现主棱线滑移与手扣破裂质量缺陷不能同时消除。
发明内容
为了解决现有技术中主棱线滑移与手扣破裂质量缺陷不能同时消除的问题，本发明提出了一种汽车门外板手扣拉延成型模具、方法和设备。
本发明技术方案如下：
一种汽车门外板手扣拉延成型模具，包括上模和下模，所述下模包括下底板、拉延凸模和压料圈，所述上模包括上底板，所述上模还包括拉延凹模、手扣成型镶块和动力元件，所述拉延凹模为分体结构，所述手扣成型镶块在开模状态下突出于拉延凹模的主型面，用于在合模状态下先行压覆板料与拉延凸模共同作用形成手扣形状，所述动力元件用于按设定行程和弹压力推出所述手扣成型镶块。
优选地，所述动力元件为氮气弹簧。
一种汽车门外板手扣拉延成型方法，应用如上所述的汽车门外板手扣形状拉延成型模具，具体包括以下步骤：
S1、拉延成型设计：设定拉延方向和模面构造；
S2、CAE验证：载入模面构造数据，设定板料参数，设定成型参数，开始CAE计算；
S3、对拉延成型设计CAE结果评价，若合格则按现有工艺开始模具结构设计和加工制造交付；若不合格则更改模面构造数据和成型参数，进行重新计算和评价，同时记录更改次数N；
S4、判断更改次数N超过阈值则停止应用原有工艺方法，执行步骤S5；
S5、设计拉延凹模侧的手扣形状工具体，设定手扣工具体的行程和作用力，开始CAE计算；
S6、对拉延成型设计CAE结果评价，若不合格则更改手扣工具体的行程、作用力参数设定，然后重新进行计算和评价；若合格则拉延成型设计工作完成；
S7、根据手扣形状工具体加工手扣成型镶块，动力元件的选型和行程按CAE中手扣工具体的作用力和行程设定；
S8、使用拉延模具加工板料，手扣镶块先行压覆板料形成手扣形状，随着合模过程手扣成形镶块缩入拉延凹模内直至下死点，完成拉延成型工作。
优选地，步骤S2中所述CAE结果评价的方法为：
①变薄率指标范围3％～20％；
②失效指标＜0.75；
③起皱指标＜0.03；
④棱线滑移不超出产品圆角区域；
⑤主应变指标＞0.02且次应变指标≥0；
⑥冲击线指标，外表面件凹模圆角冲击线与产品可见表面间距＞5mm；
若以上六项要求同时满足，则评价合格，否则不合格。
优选地，按照所述手扣工具体的作用力的120％以上选型氮气弹簧压力规格。
优选地，所述氮气弹簧的充气压力设定值＝150×手扣工具体的作用力/氮气弹簧标称压力(单位bar)。
优选地，按照手扣工具体的行程的110％和手扣工具体的行程+5mm中的最大值以上选型氮气弹簧行程规格。
优选地，模具闭合状态下所述氮气弹簧压缩量＝手扣工具体的行程。
一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质用于存储计算机程序，所述计算机程序执行如上所述的所述汽车门外板手扣拉延成型方法。
一种汽车门外板手扣拉延成型设备，包括如上所述的拉延成型模具，所述拉延成型设备具备下液压垫闭锁功能。
与现有技术相比，本发明解决了主棱线滑移与手扣破裂质量缺陷不能同时消除的问题，具体有益效果为：
本发明提供的成型工艺方法，在基于薄板有限元成形分析(CAE)验证条件下，在拉延凹模中设置可动的手扣成形镶块，在开模状态下手扣成形镶块突出拉延凹模主型面，合模过程手扣成形镶块先行压符板料与拉延凸模共同作用形成手扣形状，此过程中拉延凸模和拉延凹模尚留有大于手扣镶块行程的间隙，板料流动阻力小避免了板料开裂现象发生；随着合模过程，手扣成形镶块逐渐缩入拉延凹模内，这个过程由于手扣形状已经被成形完成此处的板料不再流动，避免了现有工艺拉延凹模固定一体技术所引发的手扣形状与主棱线之间的板料被强制流向手扣——板料流过主棱线引发零件面品质缺陷，从而达到同时消除主棱线滑移和手扣形状破裂质量缺陷的目的，获得外观质量和产品功能性合格的车门外板零件，有利于完美展现车身艺术造型效果，强化整车视觉冲击力，取得产品市场竞争优势。
附图说明
图1为门外板手扣区位置示意图；
图2为现有拉延成型工艺中开模状态示意图；
图3为现有拉延成型工艺中手扣开始成型状态示意图；
图4为现有拉延成型工艺中手扣成型中途状态示意图；
图5为现有拉延成型工艺中合模到底手扣成型完成状态示意图；
图6为本发明所述拉延成型工艺中开模状态示意图；
图7为本发明所述手扣开始成型时拉延模具状态示意图；
图8为本发明所述手扣成型完成时拉延模具状态示意图；
图9为本发明所述合模到底时拉延模具状态示意图；
图10为本发明所述拉延成型工艺中手扣开始成型状态示意图；
图11为本发明所述拉延成型工艺中手扣成型中途状态示意图；
图12为本发明所述拉延成型工艺中合模到底手扣成型完成状态示意图。
具体实施方式
为使本发明的技术方案更加清楚，下面将结合本发明的说明书附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，需要说明的是，以下实施例仅用于更好地理解本发明的技术方案，而不应理解为对本发明的限制。
实施例1.
本实施例提供了一种汽车门外板手扣拉延成型模具，包括上模和下模，所述下模包括下底板1、拉延凸模2和压料圈3，所述上模包括上底板4，所述上模还包括拉延凹模5、手扣成型镶块6和动力元件7，所述拉延凹模为分体结构，所述手扣成型镶块6在开模状态下突出于拉延凹模5的主型面，如图6所示，用于在合模状态下先行压覆板料与拉延凸模共同作用形成手扣形状，所述动力元件7用于按设定行程和弹压力推出所述手扣成型镶块6。
实施例2.
本实施例为对实施例1的进一步举例说明，所述动力元件为氮气弹簧。
实施例3.
本实施例提供了一种汽车门外板手扣拉延成型方法，应用如实施例1或2所述的汽车门外板手扣形状拉延成型模具，具体包括以下步骤：
S1、拉延成型设计：设定拉延方向和模面构造；
S2、CAE验证：载入模面构造数据，设定板料参数，设定成型参数，开始CAE计算；
S3、对拉延成型设计CAE结果评价，若合格则按现有工艺开始模具结构设计和加工制造交付；若不合格则更改模面构造数据和成型参数，进行重新计算和评价，同时记录更改次数N；
S4、判断更改次数N超过阈值则停止应用原有工艺方法，执行步骤S5；
S5、设计拉延凹模侧手扣形状工具体，设定手扣工具体的行程和作用力，开始CAE计算；
S6、对拉延成型设计CAE结果评价，若不合格则更改手扣工具体的行程、作用力参数设定，然后重新进行计算和评价；若合格则拉延成型设计工作完成；
S7、根据手扣工具体加工手扣成型镶块，动力元件的选型和行程按CAE中手扣工具体的作用力和行程设定；
S8、使用拉延模具加工板料，手扣镶块先行压覆板料形成手扣形状，随着合模过程手扣成型镶块缩入拉延凹模内直至下死点，完成拉延成型工作。
本实施提供的成型工艺，所述手扣开始成型时拉延模具状态示意图见图7所示，手扣成型完成时拉延模具状态示意图如图8所示，合模到底时拉延模具状态示意图如图9所示。对应地，开始成型状态手扣板料与模具位置关系示意图见图10，成型中途状态手扣板料与模具位置关系示意图见图11，合模到底手扣成型完成状态手扣板料与模具位置关系示意图见图12。
本实施例提供的成型工艺方法在基于薄板有限元成形分析(CAE)验证条件下，手扣工具体对应手扣成形镶块，在拉延凹模中设置可动的手扣成形镶块，在开模状态下手扣成形镶块突出拉延凹模主型面，合模过程手扣成形镶块先行压符板料与拉延凸模共同作用形成手扣形状，此过程中拉延凸模和拉延凹模尚留有大于手扣镶块行程的间隙，板料流动阻力小避免了板料开裂现象发生；随着合模过程，手扣成形镶块逐渐缩入拉延凹模内，这个过程由于手扣形状已经被成形完成此处的板料不再流动，避免了现有工艺拉延凹模固定一体技术所引发的手扣形状与主棱线之间的板料被强制流向手扣——板料流过主棱线引发零件面品质缺陷，从而达到同时消除主棱线滑移和手扣形状破裂质量缺陷的目的，获得外观质量和产品功能性合格的车门外板零件，有利于完美展现车身艺术造型效果，强化整车视觉冲击力，取得产品市场竞争优势。
实施例4.
本实施例为对实施例3的进一步举例说明，步骤S2中所述CAE结果评价的方法为：
①变薄率指标范围3％～20％；
②失效指标＜0.75；
③起皱指标＜0.03；
④棱线滑移不超出产品R区域；
⑤主应变指标＞0.02且次应变指标≥0；
⑥冲击线指标，外表面件凹模圆角冲击线与产品可见表面间距＞5mm；
若以上六项要求同时满足，则评价合格，否则不合格。
实施例5.
本实施例为对实施例3的进一步举例说明，按照所述手扣工具体的作用力的120％以上选型氮气弹簧压力规格。
实施例6.
本实施例为对实施例5的进一步举例说明，所述氮气弹簧的充气压力设定值＝150×手扣工具体的作用力/氮气弹簧标称压力(单位bar)。
实施例7.
本实施例为对实施例3的进一步举例说明，按照手扣工具体的行程的110％和手扣工具体的行程+5mm中的最大值以上选型氮气弹簧行程规格.
实施例8.
本实施例为对实施例7的进一步举例说明，模具闭合状态下所述氮气弹簧压缩量＝手扣工具体的行程。
实施例9.
本实施例提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质用于存储计算机程序，所述计算机程序执行如实施例3-8中任意一项所述的所述汽车门外板手扣拉延成型方法。
本申请实施例中的存储器可以是易失性存储器或非易失性存储器，或可包括易失性和非易失性存储器两者。其中，非易失性存储器可以是只读存储器(read only memory，ROM)、可编程只读存储器(programmable ROM，PROM)、可擦除可编程只读存储器(erasablePROM，EPROM)、电可擦除可编程只读存储器(electrically EPROM，EEPROM)或闪存。易失性存储器可以是随机存取存储器(random access memory，RAM)，其用作外部高速缓存。通过示例性但不是限制性说明，许多形式的RAM可用，例如静态随机存取存储器(static RAM，SRAM)、动态随机存取存储器(dynamic RAM，DRAM)、同步动态随机存取存储器(synchronousDRAM，SDRAM)、双倍数据速率同步动态随机存取存储器(double data rate SDRAM，DDRSDRAM)、增强型同步动态随机存取存储器(enhanced SDRAM，ESDRAM)、同步连接动态随机存取存储器(synchlink DRAM，SLDRAM)和直接内存总线随机存取存储器(direct rambusRAM，DR RAM)。应注意，本发明描述的方法的存储器旨在包括但不限于这些和任意其它适合类型的存储器。
在上述实施例中，可以全部或部分地通过软件、硬件、固件或者其任意组合来实现。当使用软件实现时，可以全部或部分地以计算机程序产品的形式实现。所述计算机程序产品包括一个或多个计算机指令。在计算机上加载和执行所述计算机指令时，全部或部分地产生按照本申请实施例所述的流程或功能。所述计算机可以是通用计算机、专用计算机、计算机网络、或者其他可编程装置。所述计算机指令可以存储在计算机可读存储介质中，或者从一个计算机可读存储介质向另一个计算机可读存储介质传输，例如，所述计算机指令可以从一个网站站点、计算机、服务器或数据中心通过有线(例如同轴电缆、光纤、数字用户线(digital subscriber line，DSL))或无线(例如红外、无线、微波等)方式向另一个网站站点、计算机、服务器或数据中心进行传输。所述计算机可读存储介质可以是计算机能够存取的任何可用介质或者是包含一个或多个可用介质集成的服务器、数据中心等数据存储设备。所述可用介质可以是磁性介质(例如，软盘、硬盘、磁带)、光介质(例如，高密度数字视频光盘(digital video disc，DVD))、或者半导体介质(例如，固态硬盘(solid state disc，SSD))等。在实现过程中，上述方法的各步骤可以通过处理器中的硬件的集成逻辑电路或者软件形式的指令完成。结合本申请实施例所公开的方法的步骤可以直接体现为硬件处理器执行完成，或者用处理器中的硬件及软件模块组合执行完成。软件模块可以位于随机存储器，闪存、只读存储器，可编程只读存储器或者电可擦写可编程存储器、寄存器等本领域成熟的存储介质中。该存储介质位于存储器，处理器读取存储器中的信息，结合其硬件完成上述方法的步骤。为避免重复，这里不再详细描述。
应注意，本申请实施例中的处理器可以是一种集成电路芯片，具有信号的处理能力。在实现过程中，上述方法实施例的各步骤可以通过处理器中的硬件的集成逻辑电路或者软件形式的指令完成。上述的处理器可以是通用处理器、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。可以实现或者执行本申请实施例中的公开的各方法、步骤及逻辑框图。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。结合本申请实施例所公开的方法的步骤可以直接体现为硬件译码处理器执行完成，或者用译码处理器中的硬件及软件模块组合执行完成。软件模块可以位于随机存储器，闪存、只读存储器，可编程只读存储器或者电可擦写可编程存储器、寄存器等本领域成熟的存储介质中。该存储介质位于存储器，处理器读取存储器中的信息，结合其硬件完成上述方法的步骤。
实施例10.
本实施例提供了一种汽车门外板手扣拉延成型设备，其特征在于，包括如实施例1或2所述的拉延成型模具，所述拉延成型设备具备下液压垫闭锁功能。
Claims (10)
1.一种汽车门外板手扣拉延成型模具，包括上模和下模，所述下模包括下底板(1)、拉延凸模(2)和压料圈(3)，所述上模包括上底板(4)，其特征在于，所述上模还包括拉延凹模(5)、手扣成型镶块(6)和动力元件(7)，所述拉延凹模(5)为分体结构，所述手扣成型镶块(6)在开模状态下突出于拉延凹模(5)的主型面，用于在合模状态下先行压覆板料与拉延凸模(2)共同作用形成手扣形状，所述动力元件(7)用于按设定行程和弹压力推出所述手扣成型镶块(6)。
2.根据权利要求1所述的汽车门外板手扣拉延成型模具，其特征在于，所述动力元件(7)为氮气弹簧。
3.一种汽车门外板手扣拉延成型方法，其特征在于，应用如权利要求1或2所述的汽车门外板手扣形状拉延成型模具，具体包括以下步骤：
S1、拉延成型设计：设定拉延方向和模面构造；
S2、CAE验证：载入模面构造数据，设定板料参数，设定成型参数，开始CAE计算；
S3、对拉延成型设计CAE结果评价，若合格则按现有工艺开始模具结构设计和加工制造交付；若不合格则更改模面构造数据和成型参数，进行重新计算和评价，同时记录更改次数N；
S4、判断更改次数N超过阈值则停止应用原有工艺方法，执行步骤S5；
S5、设计拉延凹模(5)侧的手扣形状工具体，设定手扣工具体的行程和作用力，开始CAE计算；
S6、对拉延成型设计CAE结果评价，若不合格则更改手扣工具体的行程、作用力参数设定，然后重新进行计算和评价；若合格则拉延成型设计工作完成；
S7、根据手扣形状工具体加工手扣成型镶块(6)，动力元件(7)的选型和行程按CAE中手扣工具体的作用力和行程设定；
S8、使用拉延模具加工板料，手扣镶块先行压覆板料形成手扣形状，随着合模过程手扣成形镶块缩入拉延凹模内直至下死点，完成拉延成型工作。
4.根据权利要求3所述的汽车门外板手扣拉延成型方法，其特征在于，步骤S2中所述CAE结果评价的方法为：
①变薄率指标范围3％～20％；
②失效指标＜0.75；
③起皱指标＜0.03；
④棱线滑移不超出产品圆角区域；
⑤主应变指标＞0.02且次应变指标≥0；
⑥冲击线指标，外表面件凹模圆角冲击线与产品可见表面间距＞5mm；
若以上六项要求同时满足，则评价合格，否则不合格。
5.根据权利要求3所述的汽车门外板手扣拉延成型方法，其特征在于，按照所述手扣工具体的作用力的120％以上选型氮气弹簧压力规格。
6.根据权利要求5所述的所述汽车门外板手扣拉延成型方法，其特征在于，所述氮气弹簧的充气压力设定值＝150×手扣工具体的作用力/氮气弹簧标称压力(单位bar)。
7.根据权利要求3所述的汽车门外板手扣拉延成型方法，其特征在于，按照手扣工具体的行程的110％和手扣工具体的行程+5mm中的最大值以上选型氮气弹簧行程规格。
8.根据权利要求7所述的所述汽车门外板手扣拉延成型方法，其特征在于，模具闭合状态下所述氮气弹簧压缩量＝手扣工具体的行程。
9.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质用于存储计算机程序，所述计算机程序执行如权利要求3-8中任意一项所述的所述汽车门外板手扣拉延成型方法。
10.一种汽车门外板手扣拉延成型设备，其特征在于，包括如权利要求1或2所述的拉延成型模具，所述拉延成型设备具备下液压垫闭锁功能。
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