托架沖壓工藝方案的分析及模具設(shè)計(jì)

莫宏政

摘 要：沖壓工藝方案的分析是一個(gè)復(fù)雜的環(huán)節(jié)，關(guān)系著制件成形的質(zhì)量。對(duì)托架的沖壓工藝方案進(jìn)行了分析，對(duì)模具設(shè)計(jì)展開(kāi)了研究，探討了原有工藝方案中存在的問(wèn)題，詳細(xì)介紹了新的工藝方案設(shè)計(jì)，旨在為其他托架工藝方案及模具的設(shè)計(jì)提供參考和借鑒。

關(guān)鍵詞：托架；沖壓工藝；模具設(shè)計(jì)；車輛模具

中圖分類號(hào)：TG386 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2017.01.084

隨著車輛制造業(yè)的快速發(fā)展，車輛模具企業(yè)也取得了極大的進(jìn)步，對(duì)其工藝方案及模具設(shè)計(jì)也提出了更高的要求。其中，托架作為駕駛室中的重要組成部分，其制件的質(zhì)量直接影響著駕駛室左右縱梁總成的裝配質(zhì)量，在車輛制造中占據(jù)著一定的地位。因此，對(duì)托架的沖壓工藝方案進(jìn)行分析，并優(yōu)化模具設(shè)計(jì)具有十分重要的意義。某托架如圖1所示，本文對(duì)其沖壓工藝方案及其模具設(shè)計(jì)進(jìn)行了介紹。

1 原有工藝方案存在的問(wèn)題

該加長(zhǎng)托架是F2000駕駛室中的一種零件，原方案成形工藝為：下料一切邊沖孔（切端頭、沖4個(gè)大孔，底面3個(gè)小孔），一切邊沖孔壓彎（切邊，壓90°小邊、沖長(zhǎng)圓孔和2小孔）。

該制件在生產(chǎn)中一直存在以下質(zhì)量問(wèn)題：①壓彎角度超差，圖紙要求角度為90°，實(shí)測(cè)為92°～93°，甚至能達(dá)到94°～95°；②OP20工序切邊壓形后毛刺較多，必須打磨毛刺；③OP30工序壓成U形后兩邊高度不一致，相差最大超過(guò)2 mm，造成兩側(cè)孔錯(cuò)位嚴(yán)重，U形開(kāi)口尺寸為66 mm，實(shí)測(cè)為70 mm，對(duì)后續(xù)駕駛室左右縱梁總成的裝配質(zhì)量造成了影響。

由于存在以上問(wèn)題，對(duì)該制件沖壓工藝進(jìn)行了分析。

OP10工序分析：該工序主要為切邊沖孔，基本無(wú)問(wèn)題。

OP20工序分析：該工序主要包含切邊、沖孔、壓彎內(nèi)容，即在1副模具中要同時(shí)實(shí)現(xiàn)上述3個(gè)工序。機(jī)床滑塊下行時(shí)，上模壓料板壓住坯料，滑塊繼續(xù)下行，制件開(kāi)始成形，同時(shí)開(kāi)始切邊、沖孔。由于壓彎時(shí)存在一定的側(cè)向力，導(dǎo)致模具的壓力中心與機(jī)床的壓力中心不重合，在壓料力不足的情況下，制件發(fā)生了一定的滑動(dòng)現(xiàn)象，進(jìn)而導(dǎo)致在模具下行切邊沖孔時(shí)凸、凹模之間的間隙發(fā)生變化，產(chǎn)生了毛刺，影響了凹模、凸凹模的壽命。實(shí)際生產(chǎn)中，每生產(chǎn)1 500件左右就需要維修一次，大約生產(chǎn)10 000件左右就需要更換一次。此外，由于該壓彎模的凸模及凹模采用垂直結(jié)構(gòu)，實(shí)際生產(chǎn)中壓彎角度約為93°。

OP30工序分析：在壓U形時(shí)，一般要求托料塊與凹模之間的間隙為滑配，坯料是固定在托料塊上的。如果托料塊與凹模兩邊的間隙過(guò)大，則在沖壓過(guò)程中因模具中心與機(jī)床壓力中心不重合導(dǎo)致側(cè)向力生成，進(jìn)而導(dǎo)致在沖壓過(guò)程中坯料隨托料塊向間隙小的一側(cè)滑動(dòng)，造成壓U形后兩邊高度不一致。此外，該工序模具采用彈簧托料，導(dǎo)致托料力不能調(diào)整，因此，制件壓形的開(kāi)口尺寸只能通過(guò)更換彈簧調(diào)整。

通過(guò)以上分析，該制件的主要問(wèn)題存在于OP20工序、OP30工序。OP20工序產(chǎn)生的毛刺必須打磨，否則會(huì)降低生產(chǎn)效率；OP30工序因側(cè)向力的存在而造成制件兩側(cè)孔邊距超差，且因托料力造成壓形開(kāi)口尺寸超差。

2 新工藝方案設(shè)計(jì)

根據(jù)以上分析，對(duì)OP20工序進(jìn)行了相關(guān)試驗(yàn)：①對(duì)該模具的壓型部分結(jié)構(gòu)進(jìn)行了改進(jìn)，將原設(shè)計(jì)的彈簧更換為重載彈簧，并增加了彈簧的數(shù)量，以此來(lái)增加壓料力，同時(shí)，在模具凹模上增加了壓彎回彈的補(bǔ)償量。通過(guò)試壓，最終顯示制件毛刺高度有所降低，但仍然存在，壓彎角度超差問(wèn)題沒(méi)有得到解決，因此，認(rèn)定壓彎角度不足及毛刺的存在主要是因工藝不合理導(dǎo)致的。②將OP20工序拆分。將原切邊沖孔壓彎工序拆分為兩個(gè)工序切邊沖孔+壓彎（采用通用壓彎），拆除壓彎凹模鑲塊，調(diào)整好切邊沖孔凸模、凸凹模間隙，生產(chǎn)了約2 000件，毛刺基本消除，通用壓彎模具壓彎角度為90°，尺寸基本符合公差要求。

根據(jù)以上分析，對(duì)該制件沖壓工藝進(jìn)行了改進(jìn)，取消可OP10工序切邊沖孔，改為全封閉落料沖孔，OP20工序采用壓彎模壓90°角，OP30工序壓U形彎，具體如下。

OP10工序采用落料沖全部孔，原工藝未采用落料沖全部孔的主要原因是考慮到?jīng)_裁力可能超過(guò)機(jī)床噸位。因此，對(duì)改進(jìn)后的沖裁力進(jìn)行了計(jì)算。其中，落料周長(zhǎng)為1 030 mm，沖孔周長(zhǎng)為907 mm，總周長(zhǎng)為1 937 mm，取τ=0.8，則δb=328 MPa，F(xiàn)沖=2 477 kN（小于3 150 kN）?？刹捎肑D31-315機(jī)床，模具結(jié)構(gòu)如圖2所示。

OP20工序采用通用壓彎模壓彎，結(jié)構(gòu)如圖3所示，可保證壓彎角度為90°。

對(duì)OP30工序模具進(jìn)行了以下改進(jìn)：①壓形凸模與凹模間隙按單面間隙Z取一個(gè)料厚，同時(shí)，在凸模上制作出1.5°補(bǔ)償角，以托料塊上定位銷定位，凸模上增加2處導(dǎo)正銷導(dǎo)正。②重新配做托料塊，凹模與托料塊間隙按滑配控制，二者之間單面間隙小于等于0.3 mm，同時(shí)，應(yīng)注意保證凹模與模座間固定可靠；將模具彈簧托料機(jī)構(gòu)改為采用機(jī)床氣墊+頂桿方式托料，通過(guò)調(diào)整氣墊壓力來(lái)保證U形件開(kāi)口尺寸。

3 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，托架是駕駛室中的重要組成部分，其沖壓工藝方案及模具設(shè)計(jì)與產(chǎn)品的質(zhì)量密切相關(guān)，且對(duì)駕駛室的性能有十分重要的影響。因此，要對(duì)托架制件沖壓工藝進(jìn)行分析，并對(duì)其模具進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計(jì)，認(rèn)真分析各種問(wèn)題出現(xiàn)的原因，并采取相應(yīng)的措施處理，從而確保制件的質(zhì)量。本文中的托架沖壓工藝及模具已投入使用，托架成形的質(zhì)量及模具壽命均滿足使用要求，取得了良好的效果。

參考文獻(xiàn)

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〔編輯：張思楠〕