汽車覆蓋件前縱梁的模具設(shè)計及沖壓工藝

[摘 要]汽車覆蓋件前縱梁發(fā)揮承載作用，因此對其制造要求較為嚴格。其中，模具設(shè)計環(huán)節(jié)尤為重要，規(guī)范模具設(shè)計環(huán)節(jié)才能落實沖壓工藝，從而促使汽車覆蓋件前縱梁符合制造要求。文章介紹了汽車覆蓋件前縱梁的模具設(shè)計及其沖壓工藝，旨在解決其制造問題。

[關(guān)鍵詞]汽車覆蓋件；前縱梁；模具設(shè)計；沖壓工藝

[中圖分類號]U466 [文獻標志碼]A [文章編號]2095–6487（2024）06–0032–03

Die Design and Stamping Process of Front Longitudinal Beam of Automobile Covering Parts

HUANG Qihua

[Abstract]The front longitudinal beam of automobile covering parts plays a bearing role， so its manufacturing requirements are more strict. Among them， the mold design link is particularly important， and the standardization of the mold design link can implement the stamping process， so as to promote the front longitudinal beam of the automobile covering part to meet the manufacturing requirements. This paper introduces the die design and stamping process of the front longitudinal beam of automobile covering， aiming at solving the manufacturing problem.

[Keywords]automotive panels； front longitudinal beam； mold design； stamping process

1 汽車覆蓋件前縱梁的模具設(shè)計

1.1 確定拉深模結(jié)構(gòu)

根據(jù)使用的不同壓力機，既存在單動壓力機拉深模，也存在雙動壓力機拉深模。覆蓋件如果形狀比較簡單，深度較淺，應(yīng)使用單動壓力機，這樣設(shè)計模具較簡單，生產(chǎn)效率較高；覆蓋件如果形狀比較復(fù)雜、深度較深，應(yīng)使用雙動壓力機。

對前縱梁形狀結(jié)構(gòu)進行分析，發(fā)現(xiàn)拉延件屬于淺拉延，形狀簡單，因此，對拉延模進行確定，采用單動壓力機拉深模。該拉深模結(jié)構(gòu)簡單，既由凸模組成，也由凹模構(gòu)成，并由壓料圈集成。該拉深模表現(xiàn)為倒裝形式，不管是凸模與壓料圈之間，還是凹模和凸模之間，均存在倒向裝置。不管是模具外輪廓的尺寸，還是其閉合的高度，均應(yīng)符合壓力機的參數(shù)要求。

根據(jù)選擇的模具類型，不管是其凹凸模，還是其壓料圈，應(yīng)堅持實型鑄造。為了方便安裝，在不影響剛度前縱梁和強度的情況下，挖空非重要部分，以節(jié)約材料。在影響剛度和強度的部位，分別設(shè)計加強筋。

模具鑄件的壁厚與模具尺寸大小、零件批量生產(chǎn)及受力情況有關(guān)。該制件運用批量生產(chǎn)，該模具屬于中型模具。

根據(jù)汽車模具的要求，既要設(shè)計凹模，也要設(shè)計凸模，其他小零件選用標準件。對凹凸模的尺寸進行確定時，要考慮模具的磨損情況及拉延件的彈復(fù)情況。根據(jù)拉延件的三維數(shù)模尺寸，可確定凸模及凹模尺寸的大小。

1.2 設(shè)計凹凸模結(jié)構(gòu)

1.2.1 凹凸模圓角

合理的凹凸模結(jié)構(gòu)設(shè)計，拉延時應(yīng)不影響坯料金屬流動性。凹模圓角半徑R越大，材料越易進入凹模，但如果R太大，則易起皺。因此，為了促使材料不起皺，R=（6-8）t，t為板料厚度（mm）。

若凸模的圓角半徑R太小，則坯料易彎曲變形，導(dǎo)致危險斷面材料容易變薄，甚至拉裂；R太大，坯料則容易懸空，進而產(chǎn)生內(nèi)起皺情況。一般來講，R凸小于R凹，取R凸等于（0.7～1.0）R凹，根據(jù)所給的數(shù)模，R凸等于8 mm。

關(guān)于拉延凸模的圓角半徑，即拉延件的內(nèi)輪廓圓角半徑，等于拉延件的圓角半徑。

1.2.2 凹凸模間隙問題

對凹凸模間隙大小進行拉延，其影響著拉延力、制件質(zhì)量及模具壽命。間隙如果太大，則容易起皺。間隙如果太小，拉延件壁則容易變薄，甚至拉斷。

在拉延時，關(guān)于凹凸模之間的間隙，直邊部分z=t=1.5 mm，在圓角部分，由于對材料進行復(fù)原，所以，其間隙應(yīng)大于直角間隙0.1t，即z=1.65 mm（t為零件的厚度）。根據(jù)拉延件的尺寸大小，決定凹凸模的尺寸大小。在對凹凸模尺寸進行確定時，既要考慮模具的磨損情況，也要考慮拉延件的彈復(fù)情況。

1.3 設(shè)計壓邊圈

拉延時，壓料效果由壓邊圈質(zhì)量決定。本次設(shè)計的壓料面，設(shè)置8個上導(dǎo)擋料板，對毛坯進行定位，為了方便送料，上導(dǎo)擋料板應(yīng)以汽模QM3115—2002導(dǎo)板為標準。8個小凸臺對平衡板進行安裝，調(diào)整壓料圈與凹模之間的間隙及進料阻力。平衡塊使用標準件，以QM1623—2002墊塊為標準。該模具屬于中型模具，選取平衡板的直徑為60 mm，高度為20 mm。

1.4 導(dǎo)向裝置

使用導(dǎo)滑板導(dǎo)向，其不僅結(jié)構(gòu)相對簡單，造價也相對較低。期間，既要對凹凸模進行導(dǎo)向，也要對壓邊圈進行導(dǎo)向。根據(jù)模具的實際結(jié)構(gòu)及結(jié)合其拉延深度，以QM1301-2002擋料板為標準，凹凸模8個導(dǎo)板以C100 mm×100 mm為標準，凸模和壓邊圈8個導(dǎo)板以C100 mm×125 mm為標準。

1.5 卸料裝置

拉延毛坯外形，均勻分布8根頂桿，在液壓缸的驅(qū)動下，促使壓力圈向上運動，使得凸?？尚读希诎寄Ｗ膬?nèi)部，存在兩個卸料頂銷，使得凹?？尚读稀＿@樣可提升生產(chǎn)的自動化程度，模具運行方面也比較穩(wěn)定，使得設(shè)備延長了使用壽命，工件質(zhì)量得到了提升，噪聲有所減少。

2 汽車覆蓋件前縱梁的沖壓工藝

2.1 汽車覆蓋件前縱梁的工藝性分析

2.1.1 結(jié)構(gòu)分析

前縱梁沖壓件選用材料以SPRC440冷軋鋼板為主，材料厚度大約為1.6 mm，實施大批量生產(chǎn)。

地板加強板以矩形拉延件為主。該零件選用材料以SPRC440冷軋鋼板為主，進而實施拉延較為合適。為促使拉延不具備缺陷（褶皺），應(yīng)對毛坯實施補充面的設(shè)計工藝。

前縱梁沖壓件的基本特點表現(xiàn)為工件尺寸相對較長、尺寸精度相對一般以及材料強度相對較高。其外形結(jié)構(gòu)左右對稱，既有凹凸狀態(tài)，也有其他狀突變，屬于經(jīng)典的板料沖壓件，易拉延成型。

就前縱梁沖壓件的形狀而言，雖然該零件具有相對復(fù)雜的整體形狀，但拉延部分比較規(guī)則，因拉深存在較大的深度，無法一次拉伸到位，還需整形工序。工件的主要變形表現(xiàn)為拉深但不變薄，材料具有較大的流動量。

2.1.2 沖壓工藝性分析

（1）成形件的形狀比較復(fù)雜，但也相對對稱。其模具容易加工，工藝相對簡單。

（2）拉延成形具有較大的變形程度，如拉伸高度可達163 mm，但變形部分相對比較勻稱。

（3）該零件屬于加強部件，外廓尺寸不具備較高的精度。

（4）該零件具有12個孔位，發(fā)揮促使汽車總裝固定的作用，不管是模具設(shè)計，還是零件加工，應(yīng)確保其孔位精度。

（5）在沖壓工藝中，不僅有拉延工藝，還有成型等工藝，結(jié)合材料所體現(xiàn)的不同異性，在各變型工序中，材料既可能出現(xiàn)回彈、翹曲、起皺問題，也可能出現(xiàn)變薄、劃痕等問題。為避免類似問題，除要設(shè)計出合適的模具結(jié)構(gòu)外，還要設(shè)計出合理的沖壓工藝，進而生產(chǎn)出符合使用標準的產(chǎn)品。

2.2 確定工序方案

由于該零件不管是修孔，還是沖壓，均具有復(fù)雜性，所以，應(yīng)選定先落料，再拉延，然后修邊沖孔，接著整形沖孔，最后側(cè)修邊翻孔沖孔的工序方案。

采用該工序方案的原因：①該零件屬于梁類零件。在汽車覆蓋件中，其成形具有較大難度。②材料以高強度鋼板為主，原因為汽車應(yīng)具備車身輕量化以及高強度化的特點。該零件材料屬于新型材料，其特點表現(xiàn)為成型性相對較差、反彈相對嚴重，因此有必要采取相應(yīng)的整形方法。③該零件拉延成形具有較深的深度，局部產(chǎn)品擁有相對較小的R圓角，需要對產(chǎn)品實施拉延修改，再對其實施整形修改。④整形修改無法與第一沖壓方向相同，需要實施旋轉(zhuǎn)處理。⑤兩邊的垂直修邊不符合要求，還應(yīng)對其進行側(cè)修邊。⑥產(chǎn)品中心需要實施翻孔，應(yīng)對其進行翻孔。

2.3 確定沖裁精度

沖裁精度即沖裁實際尺寸與基本尺寸存在的差值，差值越小，則沖裁精度越高。

該零件尺寸之所以存在誤差，是因為凹凸模存在影響誤差的制造精度、對材料沖裁導(dǎo)致其彈性回復(fù)，以及操作存在偶然因素，如因為定位不夠準確或材料性能不夠穩(wěn)定等。

由于零件尺寸沒有標注公差值，所以以國標非配合尺寸的IT14級為準，模具設(shè)計的精度以IT12、IT13為準。該零件屬于支撐零件，其模具設(shè)計的精度以IT13為準。

2.4 設(shè)計拉延件

2.4.1 拉延件的沖壓方向

拉深方向的確定原則：覆蓋件本身存在對稱面，為確定其拉伸方向，以與對稱面垂直的軸旋轉(zhuǎn)為準；覆蓋件本身不存在對稱面，為確定其拉伸方向，以繞汽車位置相互垂直的兩個坐標旋轉(zhuǎn)為準。值得注意的是，拉伸工序的沖壓方向與后續(xù)工序應(yīng)保持相同。另外，確定拉深方向，還應(yīng)注意以下問題。

（1）拉深凸模是否匹配凹模。在拉深完畢時，確認拉深凸模是否可匹配拉深件的所有型面，不能存在該模具無法接觸的死角或死區(qū)，以促使拉深件成形。

（2）拉深深度是否均勻。在確認拉深凸模可以匹配拉深凹模時，應(yīng)事先檢查拉深深度是否均勻。

（3）拉入角相同。在拉深的過程中，應(yīng)促使凸模相對兩側(cè)的拉入角相同，促使材料進入凹模速度相對一致，使得變形條件更加理想。

（4）凸模與毛坯平穩(wěn)接觸。應(yīng)將中間作為接觸部位，接觸面積應(yīng)盡量大，接觸點也應(yīng)盡量大。這樣確保拉深時，毛坯不會竄動，拉深程度相對穩(wěn)定。

（5）工藝補充部分相對不多。拉深件不能缺少工藝補充，最好的拉深工藝，應(yīng)在耗材最少的情況下，得到合格的拉深件。

2.4.2 確定壓料面

壓料面各個部位存在不同的進料助力，在拉深的過程中，毛坯經(jīng)過凸模頂部進行竄動，使得表面質(zhì)量受到影響，易產(chǎn)生拉裂及起皺。若壓料面兩端高度一致，那么，進料阻力相對均勻，凸模進行拉深時，接觸拉深毛坯的中心部位，拉深成形相對較好。為了促使壓腳面各部分的進料阻力相對均勻，要合理設(shè)計壓料面形狀及拉深筋，確保拉深深度均勻，促使凸模對應(yīng)兩側(cè)的材料具有相同的拉入角。另外，確定壓料面形狀應(yīng)結(jié)合以下幾點。

（1）降低拉深深度，既可防裂，也可防皺。

（2）凸模對毛坯具備拉伸作用，這也是確定壓料面形狀不可忽視的因素。只有毛坯各部分在拉深時，處于拉伸狀態(tài)，并對凸模進行緊貼，才能防止起皺。

2.4.3 設(shè)計工藝補充部分

為對覆蓋件進行拉深，根據(jù)拉深工藝的要求，應(yīng)對覆蓋件的相關(guān)結(jié)構(gòu)進行工藝處理，如孔、開口及壓料面等，即為工藝補充。

工藝補充屬于拉深件不可忽視的部分，在拉深完畢后，應(yīng)修正和切掉其工藝補充部分。工藝補充若太多，會消耗較多材料。因此，在符合拉深條件的情況下，應(yīng)盡量減少工藝補充部分，確保材料利用率相對較高。

從零件結(jié)構(gòu)的角度來講，對零件進行工藝補充后，表現(xiàn)為對帶凸緣的盒形件進行拉深。因此，選擇修邊線時，應(yīng)選擇盒形件拉深的底部，并進行垂直修邊，且修邊線應(yīng)與拉深筋控制合理距離。

壓料面的尺寸沿著周邊長度大約為80 mm，拉深筋沿著周邊長度大約為12 mm。關(guān)于工藝補充部分，深拉伸處補充大約為60 mm，淺拉伸處補充大約為30 mm。

2.4.4 設(shè)置拉深筋

在壓料面設(shè)置拉深筋，需結(jié)合不同數(shù)量和位置，以及不同結(jié)構(gòu)尺寸和拉深筋與槽之間的松緊，對壓料面各部位的阻力進行調(diào)節(jié)，并對材料流入進行控制，促使進料速度有所緩解，壓應(yīng)力有所削弱，制件剛度有所提升，在進行拉深時，要防止出現(xiàn)起皺及產(chǎn)生開裂。

設(shè)置拉深筋的原則：①如果拉深深度較淺，應(yīng)設(shè)置增加剛性的拉深筋，或者設(shè)置拉深檻。②為了確保進料阻力比較均勻，在直線部分設(shè)置拉深筋，或設(shè)置拉深檻。③為了避免出現(xiàn)起皺，在凸曲線設(shè)置合適的拉深筋。④不管是拉深筋，還是拉深檻，均要接近凹模圓角，但不能對修邊模的強度造成影響。⑤同個位置應(yīng)設(shè)置一條拉深筋，必要時增加兩條或者3條。

若零件的成型結(jié)構(gòu)和工藝補充后的形狀，拉延部分出現(xiàn)了較大變形，應(yīng)對其設(shè)置拉延筋。同時因為工件材料存在較差的拉延性，導(dǎo)致拉延形狀如同盒形，因此，在直邊處需要設(shè)置壓料筋，圓角邊則不用設(shè)置。在零件的4個直邊處，分別設(shè)置一條拉延筋。

壓料筋的尺寸與凸模外輪廓相關(guān)，沿著凸模外輪廓的形狀而變，尺寸的大小決定凹模圓角的大小以及壓料圈的強度，一般控制大小在30～35 mm（本次控制大小為20 mm）。壓料筋相互之間的尺寸，應(yīng)沿著壓料筋的形狀不變，一般控制大小在28～30 mm。若壓料面屬于覆蓋件的凸緣面，則壓料筋與凸模外輪廓之間的尺寸大小，為壓料筋與修邊線之間的尺寸大小，加上修邊線與凸模外輪廓之間的尺寸大小。壓料筋之間的尺寸大小控制在28～30 mm。

壓料筋的高度為4 mm，從第1根開始遞減，寬度為12 mm、16 mm，由拉延件的尺寸大小所決定，本次寬度以12 mm為標準。

對汽車覆蓋件前縱梁零件的模具設(shè)計及其沖壓工藝進行規(guī)范，才能促使汽車覆蓋件前縱梁零件在生產(chǎn)方面更加符合汽配標準。

3 結(jié)束語

對汽車覆蓋件前縱梁零件的模具設(shè)計進行規(guī)范，并對其沖壓工藝進行規(guī)范，才能促使汽車覆蓋件前縱梁零件在生產(chǎn)方面更加符合汽配標準，以適應(yīng)現(xiàn)代智能工業(yè)的要求，保障產(chǎn)品的質(zhì)量，節(jié)省成本。

參考文獻

[1] 于爽，何洋，趙廣.汽車25%覆蓋度64 km/h正面剛性壁障碰撞的前縱梁加強結(jié)構(gòu)研究[J].汽車實用技術(shù)，2020（7）：78-79.