铝制车门外板冲压成形模具及回弹控制方法技术

本发明专利技术提供了一种铝制车门外板冲压成形模具及回弹控制方法，包括上模部分和下模部分，所述上模部分包括上模座、翻边镶块和压料芯，所述翻边镶块和上模座固定连接，所述压料芯与上模座弹性连接，所述下模部分包括下模座、翻边凸模和托料芯，所述翻边凸模和下模座固定连接，所述托料芯与下模座弹性连接。本发明专利技术具有如下的有益效果：本发明专利技术提供的回弹控制方法，通过在翻边工序引入拉形，对车门产品区材料进行二次拉伸，从而有效控制产品区的回弹；本发明专利技术提供的模具，结构简单，托料芯拆卸方便，一套模具可以同时实现传统翻边以及引入拉形的翻边，有效降低模具成本。

Stamping die and Springback Control Method for outer panel of aluminum car

【技术实现步骤摘要】
铝制车门外板冲压成形模具及回弹控制方法
本专利技术涉及金属塑性加工及模具
，尤其涉及一种有效控制铝制车门外板冲压成形回弹的方法及模具，可以大幅降低铝制覆盖件的回弹量，实现铝制覆盖件冲压生产的尺寸精度控制。
技术介绍
当今汽车行业越来越注重舒适、耐用、轻量化以及节能环保等整车性能的考量，铝板材料以其密度小、利于吸能、防腐性能好等优点使其在汽车工业范围内能替代传统钢铁材料。铝板与钢板相比成形性差，弹性模量仅为钢板的三分之一，回弹量约为钢板的3倍，导致铝板成形过程面临着更大的开裂风险和回弹量。以发动机罩外板、门外板等为代表的车身覆盖件，具有轮廓尺寸大、外形平坦、表面质量要求高等特点，这类零件在变形过程中的塑性变形量较小，变形分布不均匀，会导致回弹的发生。以铝代钢，回弹量成倍增大，因此回弹控制是铝质车身覆盖件模具开发中最为关键的一点。目前，常见的回弹控制方法可以归结为两类：一是制定合理工艺，改变应力状态，使板料发生充分塑性变形，抑制回弹变形的发生；二是模具补偿，利用回弹规律，通过修正型面或模具结构使其形状与期望形状相符或相近。其中，回弹补偿法在实际生产中应用最为广泛。但铝板的大回弹量会加大实际回弹补偿的难度，通过制定合理的工艺方案来改善板料成形过程的应力状态，控制铝板回弹在可补偿的范围内，方能保证铝制覆盖件的尺寸精度。对现有专利技术文献检索发现，已有很多实现板料回弹控制的方法及模具。申请号为CN200810035574.7的专利技术，专利名称为车顶顶部型面回弹控制方法，该专利技术专利中，满车顶和带天窗车顶共用具有同一补偿型面的一套模具，仅在最后工序更换共用模具的部分模芯和卸料板，以实现两种状态车顶形状的回弹补偿。该专利技术旨在提供型面补偿方法，并不对零件冲压过程进行工艺控制。申请号为CN201210135523.8的专利技术，专利名称为先进高强钢冲压件侧壁卷曲回弹控制方法，该专利技术专利通过将凸凹模侧壁加工成圆弧型面，将与法兰边接触的凹模模面加工成斜面，使材料预先产生反向变形，来补偿侧壁卷曲回弹，该专利技术不适用于车门的冲压成形。申请号为CN201110287803.6的专利技术，专利名称为一种加工高张力板零件的成型模具，该专利技术专利通过在压料板和上模刀块上制造锁死单元，使压料芯和锁死单元之间的板料发生充分的拉伸塑性变形，从而克服成形后的大回弹量，该专利技术并不适用于铝板。综上所述，现有技术大多是针对钢板或高强钢板开发的零件回弹控制方法，主要通过对模具型面进行补偿或者更改模具结构的方式来控制零件的回弹，而基于拉形原理改变零件的变形应力状态，从而控制铝制覆盖件大回弹的方法则未见报道。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种汽车铝制车门外板冲压成形过程中的回弹控制方法，通过在翻边工序引入拉形，对车门产品区材料进行二次拉伸，从而有效控制产品区的回弹；本专利技术的另一目的在于提供一种实现该方法的模具，可以实现拉形的夹持与加载。本专利技术是通过以下技术方案实现的：一种铝制车门外板冲压成形模具，其包括上模部分和下模部分，所述上模部分包括上模座、翻边镶块和压料芯，所述翻边镶块和上模座固定连接，所述压料芯与上模座弹性连接，所述下模部分包括下模座、翻边凸模和托料芯，所述翻边凸模和下模座固定连接，所述托料芯与下模座弹性连接。作为优选方案，所述压料芯与上模座之间、托料芯与下模座之间均由氮气缸连接。一种基于前述的铝制车门外板冲压成形模具的回弹控制方法，其包括如下步骤：a)固定铝制车门外板冲压成形模具，并使所述铝制车门外板冲压成形模具处于开启状态；b)进行制件定位；c)控制压料芯和翻边镶块向下运动，直至上模座、下模座相接触，完成模具闭合；d)对制件的型面实施拉形；e)控制镶边模块继续向下运动至翻边镶块的最大行程，进行制件的二次拉伸；f)控制翻边镶块回程，先后带动托料芯和压料芯回程；g)模具复位开启，取出制件。作为优选方案，步骤b具体包括如下操作：将修边序制件置于翻边凸模上方，通过制件上的孔位与安装在翻边凸模对应位置的销钉配合，完成制件定位。作为优选方案，步骤d具体包括如下操作：控制压料芯不动，使翻边镶块继续向下运动，翻边镶块与托料芯夹持住制件同步向下运动。本专利技术是基于如下原理实现的：回弹的产生机理板料在外载荷作用下发生任何一种塑性变形时，其变形都是由弹性变形和塑性变形两部分组成，图1为钢板和铝板两种材料的应力应变曲线示意图。如果将试件拉伸超过屈服点A，到达某点B时卸载，应力应变的关系就按照一条直线逐渐降低至载荷为零，卸载直线BC与加载直线OA平行。卸载后重新加载，直到B点应力达到σ1(或σ2)，材料再次屈服，应力应变关系继续沿着加载曲线变化。当外载去除时，加载时的总应变会由于板料弹性恢复而部分消失，板料发生回弹，塑性变形区的材料保存残余变形而使零件成形。板料卸载后的弹性恢复应变量与卸载曲线的斜率有关，即板料回弹量Δε与材料的弹性模量相关，弹性模量越小，板料回弹越严重，这也说明铝板回弹的控制难度很大。拉形降低回弹的机理拉形一般用于大尺寸双曲率的零件，拉形过程示意图如图2所示，以拉形模固定，夹钳夹紧板料两端，在工作缸的拉力作用下逐步与拉形模贴合成形。其中，预拉伸的目的是为了消除淬火产生的变形，使零件更加平直，保证后续成形零件两侧变形均匀；弯曲变形过程，零件在切向拉力的作用下逐步贴模成形；最后进行补拉伸，将更多的弹性变形转换为塑性变形，减少拉形后的回弹，从而保证零件的型面精度。拉形回弹控制的关键，一方面是通过拉弯变形减少弯曲回弹，另一方面是通过二次拉伸减少拉形回弹。板料拉弯变形的受力状态和截面应力分布如图3所示，其中，F为切向拉力，M为弯矩，t为板料厚度，Rm为初始中性面曲率半径，Rn为偏移后中性面曲率半径。拉弯变形控制回弹的原理是在板料弯曲的同时加以切向拉力，致使板料中性层内移，截面内的应力分布全部变为拉应力，以达到减少回弹，提高零件成形精度的目的。引入拉形实现车门零件冲压成形回弹控制的方法车门外板是典型的浅拉深小曲率零件，成形特征区主要包括产品面区、四周翻边区及法兰区，如图4所示，针对此类零件的轮廓特征，冲压成形过程一般包括拉延、切边、翻边和整形四道工序，拉延序制得零件绝大部分产品面区的轮廓形状；修边序切除为保证零件拉深成形而在冲压零件周围和内部添加的工艺补充部分和压料凸缘的多余料；翻边序将半成品工件的一部分材料相对于另一部分材料发生翻转，制得零件侧壁局部轮廓形状；整形序修复零件的局部変形，保证最终产品尺寸精度，典型工序实施如图5所示。铝制车门外板零件在拉延序的绝大多数产品面区的塑性变形量仅2％左右，因此制件在修边序会产生很大的回弹。车门外板零件周边有不同形式的翻边及法兰结构，翻边结构成形过程需要布置翻边刀块，法兰结构成形过程需要布置整形刀块。鉴于车门外板翻边成形过程四周力学状态近似对称，提出在翻边工序引入拉形，车门外板零件的力学状态如图6所示。对车门产品面区材料进行二次拉伸，增大塑性变形量，抑制产品型面回弹；对车门翻边区材料进行拉弯变形，改变截面应力分布，抑制翻边区回弹。拉形在车门覆盖件冲压成形回弹控制的实现途径如下：(1)工件夹持。引入拉形的翻边模具工件夹持设计如图7所示。在产品翻边区添加托料芯模块，翻边镶块同托料芯相互作用夹紧制件端部，实现夹钳对修边序制件两端本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种铝制车门外板冲压成形模具，其特征在于，包括上模部分和下模部分，所述上模部分包括上模座、翻边镶块和压料芯，所述翻边镶块和上模座固定连接，所述压料芯与上模座弹性连接，所述下模部分包括下模座、翻边凸模和托料芯，所述翻边凸模和下模座固定连接，所述托料芯与下模座弹性连接。

【技术特征摘要】
1.一种铝制车门外板冲压成形模具，其特征在于，包括上模部分和下模部分，所述上模部分包括上模座、翻边镶块和压料芯，所述翻边镶块和上模座固定连接，所述压料芯与上模座弹性连接，所述下模部分包括下模座、翻边凸模和托料芯，所述翻边凸模和下模座固定连接，所述托料芯与下模座弹性连接。2.如权利要求1所述的铝制车门外板冲压成形模具，其特征在于，所述压料芯与上模座之间、托料芯与下模座之间均由氮气缸连接。3.一种基于权利要求1所述的铝制车门外板冲压成形模具的回弹控制方法，其特征在于，包括如下步骤：f)固定铝制车门外板冲压成形模具，并使所述铝制车门外板冲压成形模具处于开启状态；g)进行制件定位；h)控制压料芯和翻边镶...

【专利技术属性】
技术研发人员：刁可山，谷珊珊，李言波，胡晓，路旭，
申请(专利权)人：宝山钢铁股份有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31