橫梁加強板的模具設(shè)計

劉永艷，張篤佳，徐紀(jì)鵬

(山東唐駿歐鈴汽車制造有限公司，山東 淄博 255100)

0 引言

隨著汽車行業(yè)的飛速發(fā)展，汽車設(shè)計逐漸向輕量化發(fā)展，汽車上的某些零部件不是簡單的U形,而是設(shè)計有凸包、橫筋、豎筋等，該類制件對模具設(shè)計提出了更高的要求。本文以橫梁加強板為例，對此類制件的模具設(shè)計進行分析。

1 制件分析

橫梁加強板為左右對稱件(如圖1所示)，材料為DC04，料厚t=1.5 mm。該制件屬于汽車底板橫梁的加強部件，對其尺寸、強度、剛度等都有相當(dāng)高的要求。此件類似于U形件，但不同于U形件，我們將其稱為帶翻邊的U形件。

2 工藝分析

2.1 改變制件的狀態(tài)

板料在成形的過程中容易發(fā)生塑性變形，其外緣表層的切向拉應(yīng)力最大，當(dāng)外層的合成應(yīng)力σ超過板料抗拉強度σb時，就會沿板料折彎線方向拉裂[1]。若將該件缺口高度降低(如圖2所示)，角部在成形的過程中就不易出現(xiàn)開裂問題，模具設(shè)計簡單，在后續(xù)的調(diào)試過程中易于出件。但經(jīng)與設(shè)計者聯(lián)系，綜合考慮強度問題，放棄此種更改。

圖1橫梁加強板左/右 圖2更改缺口圖

2.2 采用拉延—修邊—翻整的工藝路線

該件為軸對稱左、右件，根據(jù)制件特性，可采用拉延—修邊—翻整工序。首先對該件進行工藝補充，在拉延過程中，必須保證坯料是個完整的封閉整體，否則拉延時由于受到復(fù)雜的拉伸或收縮力的作用容易使得有開口處的形狀發(fā)生變形，進而影響產(chǎn)品質(zhì)量。因此，在修復(fù)數(shù)模時，需要將覆蓋件上的窗口填平，將開口部分連接成封閉形狀；有凸緣的需要進行平順改造，使之成為有利于成型的壓料面。無凸緣的需要增補壓料面，工藝補充面和壓料面的設(shè)計是否合理是保證覆蓋件成形質(zhì)量的前提條件[2]，其造型修改是否方便是影響設(shè)計效率的重要因素。

Autoform軟件是專門用于金屬成形分析的CAE工程軟件，它在整個模具開發(fā)過程中起著校對審核的作用。將數(shù)模IGS導(dǎo)入Autoform軟件，通過對工具體的凸模(punch)、凹模(die)、壓邊圈(binder)的設(shè)置，并定義每個工具體的運動，將其導(dǎo)入翻整工序，并對此模型進行模擬分析，分析結(jié)果如圖3所示。通過分析可以看出在角部位置容易發(fā)生開裂。

圖3 模擬結(jié)果分析

2.3 采用落料—成形—切邊工序

由前文分析可知，拉延在圓角部出現(xiàn)開裂，后序在翻整過程中出現(xiàn)開裂，于是更改此工藝流程，采用成形的方式。在成形的過程中，為防止板料的自由流動，采用壓邊圈壓料設(shè)計，由于成形時板料的流動不一致，因此在成形后增加切邊工序，以保證制件尺寸。

3 成形模具結(jié)構(gòu)設(shè)計

由于此件為左、右對稱件，采用對稱沖壓成形然后剖切成兩件[3]的工藝。采用該工藝，避免了側(cè)向力的影響，延長了模具壽命。成形模的主要結(jié)構(gòu)如圖4所示。

1-下模座總成；2-壓邊圈；3-成形凹模；4-凹模墊板；5-上模座；6-圓柱銷；7-成形凸模；8-模柄；9-內(nèi)六角螺釘；10-導(dǎo)套；11-導(dǎo)柱；12-圓柱螺旋彈簧；13-卸料螺釘；14-打料銷；15-定位銷

成形模主要完成工件的成形工序，為防止板料自由流動，采用帶有彈性壓邊圈的結(jié)構(gòu)，利用8個圓柱螺旋彈簧對凸、凹模進行壓緊，板料在成形的過程中由于板料被壓邊圈壓住不易出現(xiàn)起皺問題；模具采用8個定位銷定位，保證定位準(zhǔn)確。模具由上模和下模兩部分組成，上模通過模柄安裝到壓力機上，下模通過固定板緊固到壓力機的工作臺上。通過壓力機的往復(fù)運動完成制件的成形。

4 模具調(diào)試

模具制作完成后，需進行調(diào)試驗證模具。模具調(diào)試過程如下：裝調(diào)模具，上模采用模柄固定，下模通過壓板壓緊、螺栓固定在沖壓設(shè)備上；把預(yù)先裁好的毛坯料放在下模上，開動壓力機，隨著上模下行，毛坯料在上模和下模中成形。根據(jù)成形件的狀態(tài)對模具進行調(diào)整，生產(chǎn)出合格樣件。

橫梁加強板成形模制作完成后，采用切割料片對成形模具進行驗證，發(fā)生角部開裂，如圖5所示。經(jīng)分析為由于角部板料尺寸長，致使板發(fā)生塑性變形，因此在角部出現(xiàn)開裂。針對此問題，改變料片形狀，將原來的料片由一體成形出左、右件改為單件成形，通過修磨圓角，成形無問題。

5 結(jié)束語

本文通過對橫梁加強板左、右件的分析，提出了工件成形的工藝流程，通過實踐證明，該方案是正確的。同時通過對該制件的方案分析，對翻邊U形件模具的設(shè)計起到了探索的作用。利用該方案生產(chǎn)，降低了生產(chǎn)成本，提高了產(chǎn)品質(zhì)量。

圖5 角部開裂圖