托架沖壓工藝方案的分析及模具設計

莫宏政

摘 要：沖壓工藝方案的分析是一個復雜的環節，關系著制件成形的質量。對托架的沖壓工藝方案進行了分析，對模具設計展開了研究，探討了原有工藝方案中存在的問題，詳細介紹了新的工藝方案設計，旨在為其他托架工藝方案及模具的設計提供參考和借鑒。

關鍵詞：托架；沖壓工藝；模具設計；車輛模具

中圖分類號：TG386 文獻標識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2017.01.084

隨著車輛制造業的快速發展，車輛模具企業也取得了極大的進步，對其工藝方案及模具設計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，其制件的質量直接影響著駕駛室左右縱梁總成的裝配質量，在車輛制造中占據著一定的地位。因此，對托架的沖壓工藝方案進行分析，并優化模具設計具有十分重要的意義。某托架如圖1所示，本文對其沖壓工藝方案及其模具設計進行了介紹。

1 原有工藝方案存在的問題

該加長托架是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個大孔，底面3個小孔），一切邊沖孔壓彎（切邊，壓90°小邊、沖長圓孔和2小孔）。

該制件在生產中一直存在以下質量問題：①壓彎角度超差，圖紙要求角度為90°，實測為92°～93°，甚至能達到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2 mm，造成兩側孔錯位嚴重，U形開口尺寸為66 mm，實測為70 mm，對后續駕駛室左右縱梁總成的裝配質量造成了影響。

由于存在以上問題，對該制件沖壓工藝進行了分析。

OP10工序分析：該工序主要為切邊沖孔，基本無問題。

OP20工序分析：該工序主要包含切邊、沖孔、壓彎內容，即在1副模具中要同時實現上述3個工序。機床滑塊下行時，上模壓料板壓住坯料，滑塊繼續下行，制件開始成形，同時開始切邊、沖孔。由于壓彎時存在一定的側向力，導致模具的壓力中心與機床的壓力中心不重合，在壓料力不足的情況下，制件發生了一定的滑動現象，進而導致在模具下行切邊沖孔時凸、凹模之間的間隙發生變化，產生了毛刺，影響了凹模、凸凹模的壽命。實際生產中，每生產1 500件左右就需要維修一次，大約生產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構，實際生產中壓彎角度約為93°。

OP30工序分析：在壓U形時，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大，則在沖壓過程中因模具中心與機床壓力中心不重合導致側向力生成，進而導致在沖壓過程中坯料隨托料塊向間隙小的一側滑動，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，導致托料力不能調整，因此，制件壓形的開口尺寸只能通過更換彈簧調整。

通過以上分析，該制件的主要問題存在于OP20工序、OP30工序。OP20工序產生的毛刺必須打磨，否則會降低生產效率；OP30工序因側向力的存在而造成制件兩側孔邊距超差，且因托料力造成壓形開口尺寸超差。

2 新工藝方案設計

根據以上分析，對OP20工序進行了相關試驗：①對該模具的壓型部分結構進行了改進，將原設計的彈簧更換為重載彈簧，并增加了彈簧的數量，以此來增加壓料力，同時，在模具凹模上增加了壓彎回彈的補償量。通過試壓，最終顯示制件毛刺高度有所降低，但仍然存在，壓彎角度超差問題沒有得到解決，因此，認定壓彎角度不足及毛刺的存在主要是因工藝不合理導致的。②將OP20工序拆分。將原切邊沖孔壓彎工序拆分為兩個工序切邊沖孔+壓彎（采用通用壓彎），拆除壓彎凹模鑲塊，調整好切邊沖孔凸模、凸凹模間隙，生產了約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。

根據以上分析，對該制件沖壓工藝進行了改進，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沖裁力可能超過機床噸位。因此，對改進后的沖裁力進行了計算。其中，落料周長為1 030 mm，沖孔周長為907 mm，總周長為1 937 mm，取τ=0.8，則δb=328 MPa，F沖=2 477 kN（小于3 150 kN）。可采用JD31-315機床，模具結構如圖2所示。

OP20工序采用通用壓彎模壓彎，結構如圖3所示，可保證壓彎角度為90°。

對OP30工序模具進行了以下改進：①壓形凸模與凹模間隙按單面間隙Z取一個料厚，同時，在凸模上制作出1.5°補償角，以托料塊上定位銷定位，凸模上增加2處導正銷導正。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，應注意保證凹模與模座間固定可靠；將模具彈簧托料機構改為采用機床氣墊+頂桿方式托料，通過調整氣墊壓力來保證U形件開口尺寸。

3 結束語

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計與產品的質量密切相關，且對駕駛室的性能有十分重要的影響。因此，要對托架制件沖壓工藝進行分析，并對其模具進行改進設計，認真分析各種問題出現的原因，并采取相應的措施處理，從而確保制件的質量。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

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[2]文根保，丁杰文.托架懸掛立式安裝復合沖模結構的設計和制造[J].模具技術，2015（01）.

〔編輯：張思楠〕