棚車側板成形工藝分析及模具設計

文/張顯鶴·湖南省邵陽學院機械與能源工程系

棚車側板成形工藝分析及模具設計

文/張顯鶴·湖南省邵陽學院機械與能源工程系

從 P60棚車到P80棚車的側板平面度始終困擾側墻組裝質量，是一個慣性質量的問題，提高整體組裝側墻整體平面度，提高產品的商品化，是解決這一問題的重要途徑。

工藝分析

P80棚車的側板每輛車28個，以往棚車側板平面度沖壓成形后在40～60mm左右，影響整車的商品化。側板是典型的起伏成形件，尺寸為2.3×810×2760（mm×mm×mm）。板料的厚度僅為2.3mm，材質為耐候鋼板，其屈服強度為480MPa，具有剛度大、外形美觀等特點。

利用JSTAMP等軟件對側板的成形進行模擬分析，詳見圖1，藍色代表成形變形平面度大，紅色代表板料的變薄，灰色代表變形平面度小，從成形的面積分布確定側板的筋排布。利用JSTAMP軟件對6種筋進行了模擬分析，每次模擬分析相當于試驗調整模具一次，最終選擇了變形相對較小的筋方案（圖2）進行設計模具。

圖1 側板成形分析圖

模具的設計

沖裁力P約為1049t，模具工件的卸料力和推料力取沖裁力的4%為42t。總工件的外形尺寸較大，沖裁力=1049+42=1091t，選用2600t的油壓機，沖裁力遠小于設備的額定壓力。

數學模型是根據工藝試驗的結果和JSTAMP模擬分析確定的筋型分布，同時根據壓型和落料的間隙值、拉延圓角、拔模斜度和板料展開尺寸確定的。模具結構詳見圖3，數學模型是Creo2.0三維軟件模具設計的核心和基礎，筋深12mm調整到11mm，壓型后回彈10mm，壓型間隙取板厚的20%，落料間隙取板厚的6%，成形和拉延圓角取R3，成形凸模的拔模斜度取1°，當數學模型變動時，模具的壓型鑲塊、落料刃、壓邊圈等關鍵部件隨之而動，保證模具設計的質量和準確度，板料的展開尺寸優化到2.3×847×2750（mm×mm×mm）。

圖2 側板工件圖

圖3 側板壓型落料復合模具示意圖

模具單側成形最小間隙為0.23mm，雙側間隙值為0.46mm，為減少成形的阻力，適當放大模具的間隙，保證成形的流暢，雙側間隙值設計為0.92mm，間隙取在凸模上，略有拔模斜度，方便工件的卸料。凸凹模最小拉延圓角應為材料厚度的1～2倍，上下鑲塊最小彎曲半徑R5mm設計為R3mm，保證工件的棱線清晰。

模具壓型終了時，保證凸凹模和工件的剛性接觸，凹模的上表面和下模體的上表面、凸模兩翼的下表面和上模體的下表面完全一致，對工件具有校形作用，保證工件的平面度盡可能小。模具壓邊力的調整，提高零件的成形質量和平面度，模具在成形過程中需要穩定的壓邊力。以往都是在模具上加裝聚氨酯彈簧或者鐵素體彈簧。壓邊力隨聚氨酯彈簧使用時間的增加而衰減，壓邊力隨鐵素體彈簧壓縮量的變化而變化，當模具初始壓邊力需要較大時，聚氨酯彈簧不能提供，當模具最終壓邊力需要較小時，鐵素體彈簧不能減少，兩者均存在壓邊力不確切的缺點。

模具的壓邊力利用油壓機的壓邊裝置提供，可以隨時隨地提供所需要的壓邊力，模具預壓行程為12mm，保證壓邊力在壓型之前充分地作用到板料上，設備的壓邊裝置通過模具的打桿、傳力板、傳力桿作用到模具的壓邊圈上，從而壓住板料，實現板料既不被拉裂，在工件周邊部位也不出現皺褶，實現模具和設備的有機結合，保證產品的商品化。

P70側板（包括C70、C80側門板）的復合模下模體四面側框是分體結構，四面用M36的螺栓固定后，再與底座連接，使用一段時間后，連接的結合部位出現壓型和落料工作時間隙放大，自由狀態下回縮。隨著使用時間加長，模具的落料間隙加大，工件斷面出現長大的毛刺。下模體采用整體結構設計，模體的高度為450mm。壓邊圈和傳力板的原始結構與下模體的側框類似，本次設計采用整體結構，因其受力較大，預制24個工藝孔，釋放鑄造和機械加工的應力，防止其受力后變形，影響傳力的均勻性和穩定性。

卸料裝置采用整體彈簧盒結構，可以整體吊運，避免模具調整和維修時，卸料螺釘需要完全拆除，縮短模具調整和維修時間。上下落料刃采用四面使用結構，提高了模具的使用壽命，如圖4所示。

圖4 上下落料刃圖

模具的制造，模具的上下鑲塊按數學模型的發布集合、復制幾何的設計理念進行設計，鑲塊的材質采用Dc53（瑞典模具材料牌號），壓型鑲塊粗加工后進行熱處理，再整體加工成形鑲塊，保證模具的間隙量完全均勻，消除以往模具鑲塊熱處理變形無法克服的制造精度問題，減少板材成形中出現縮頸或斷裂的趨勢，詳見圖5。

圖5 模具加工照片圖

結束語

P80棚車側板采用內外封閉環筋結構，與P70棚車采用5道筋的側板相比，變形后平面度明顯降低。拉延脹形模具的間隙值可以適當放大到板料厚度的20%。