翼子板安裝支架沖壓工藝及模具設計??

李耀輝 李晴雨 劉英杰

(①蘇州市職業大學機電工程學院，江蘇蘇州215014；②蘇州博贏精密模具有限公司，江蘇蘇州215101)

圖1為翼子板安裝支架零件，支架的作用是將翼子板固定在汽車車架上。支架上設計有安裝孔和加強筋，安裝孔的作用是通過螺栓實現支架和翼子板的連接；支架彎折處設置有凸包加強筋，可增加支架本體的強度；支架兩側的加強翻邊可改變支架本體受沖擊力截面的形狀。

支架材料為冷軋鋼SCG1+Z(寶鋼鍍鋅鋼板)，厚度為1.2 mm，大批量生產。產品不允許有起皺、破裂等影響質量的缺陷，且表面無擦傷，各面銜接處平整光滑[1]。

支架結構尺寸如圖2所示，工件精度要求較高，尤其是翻邊尺寸及厚度公差有一定要求，未注尺寸為自由公差，精度等級為IT13級。考慮到工件大批量生產，故采用沖壓加工方法[2]。

1 沖壓工藝分析

SCG1+Z屬于冷軋鍍鋅鋼板，具有良好的耐腐性和沖壓成形性能。該工件結構相對復雜，但沒有尖角，屬于薄板件；工件整體形狀較規則，但結構不對稱，且尺寸精度要求較高，為減小回彈并保證沖壓時模具的受力平衡[3]，采用對稱成形再切開的沖壓方法。

2 模具總體方案設計

支架工件主要包含落料、沖孔、翻邊和成形等沖壓工序。支架主體上R5 mm的圓角特征通過成形工序獲得，圓角區有一凸包特征，凸包所處位置及形狀復雜，凸包的成形對圓角區形狀和尺寸精度會產生一定影響[4]。為避免凸包成形時對圓角區成形精度的影響，可將成形區周圍材料去除后進行預成形，凸包成形后再通過整形工序對圓角區和直邊特征加以改善。支架兩側寬度為4 mm的直邊部分通過翻邊工序獲得。由于工件工序較多，且工件尺寸不大，生產批量較大，確定采用沖孔-切邊-成形-翻邊-整形-切斷的級進沖壓工藝方案。

支架工件為成形件，為保證帶料順利送進，沖壓過程中采用浮料板將帶料托起，通過側刃和導正銷控制送料進距[3]，制件和廢料采用下出件方式。由于制件料厚不大，且表面質量及尺寸精度要求較高，因此采用彈壓卸料方式，帶料通過導料板控制送進方向。

支架沖壓成形的大體過程如圖3所示。其中3a為沖切好的坯料。3b為預成形工序。3c為翻邊工序。3d為成形工序。3e為切斷工序。

3 排樣設計

3.1 載體形式選擇

工件采用對稱排樣，以提高生產效率；同時，為提高材料利用率，采用中間載體形式。成形工序開始前，通過帶料側邊和導料板導料面的接觸實現送進導向；成形工序開始后，由于帶料兩側沒有設置輔助載體[4]，因此，為解決帶料全程精確送進導向問題，設計中利用在帶料中間載體上沖出T型槽并進行翻邊的工藝，實現內外導料板聯合送進導料方式。

3.2 工位設計

根據前述沖壓工藝分析和模具總體結構設計，設計了如圖4所示的排樣工藝，共有15個工位。工件采用對排排樣方式，一方面可以提高材料利用率，另一方面可以增加帶料剛性，利于帶料送進[4-5]。

(1)工位1:沖坯料精定位的φ8.1 mm和2×φ6.1 mm的導正銷孔，同時沖切單側定距側刃缺口，以便后續對帶料進行定距。

(2)工位2:沖切下方T型廢料槽，其作用一方面是為了后續R5 mm圓角特征的預成形需求，將成形部位周圍的材料去除；另一方面T型槽的弧形頭部在后續工序7進行翻邊。

(3)工位3:為空工位，安排在上方T型沖切槽之前，以滿足凸模安裝空間及凹模強度要求。

(4)工位4:沖切上方T型廢料槽，作用同工位2所述。

(5)工位5:空工位，以滿足凸模安裝空間及凹模強度要求。

(6)工位6:切邊工序，去除成形前毛坯周圍的部分廢料。

(7)工位7:翻邊成形，對工位2和工位4所沖切的T型槽頭部弧形進行翻邊，通過翻成的豎立直邊，借助內導料板進行帶料送進導向，實現從工位8開始的后續工序帶料的精確導向。T型沖切廢料槽及翻邊結果示意如圖5所示。

(8)工位8:預成形，對支架主體上R5 mm的圓角特征進行預成形，同時成形圓角區的凸包特征。

(9)工位9:右翻邊，通過翻邊獲得支架右側寬度為4 mm的直邊部分。

(10)工位10:左翻邊，通過翻邊獲得支架左側寬度為4 mm的直邊部分。

(11)工位11:整形工序，對前述工序中成形不充分的特征加以改善，以提高工件的形狀和尺寸精度。

(12)工位12:成形工序，對工位8中預成形的支架L型直邊部分進行二次成形，獲得產品所需的形狀和尺寸。

(13)工位13:空工位。

(14)工位14:沖孔工序，沖工件上φ7 mm的裝配孔。

(15)工位15:切斷工序，切除中間載體，使工件與帶料載體分離，獲得最終支架零件。

3.3 排樣參數確定

3.3.1 毛坯展開尺寸

由于支架工件形狀較復雜，按理論公式計算無法保證其準確性，故采用UG8.5中的“分析→分析可成形性→一步式”進行工件展開尺寸計算，展開長度和寬度尺寸為43.316 9 mm和50.744 4 mm。結果如圖6所示。

式中:B0為條料寬度，mm；b為側刃寬度，mm；a為側搭邊值，mm；W為工件寬度方向尺寸，mm；C為廢料槽寬，mm；A為載體寬度，mm。

圓整后取條料寬度為148 mm。

3.3.3 送料步距S

式中:S為送料步距，mm；L為工件長度方向尺寸，mm；a0為沖裁件間搭邊值，mm。將L=43.316 9 mm，a0=5 mm代入得:

S=L+a0=43.316 9+5=48.316 9 mm，取整得S=48 mm。

綜上分析計算，支架沖壓排樣如圖4所示。

4 模具結構及設計特點

4.1 內外導料板結構

支架工件為沖壓成形件，在初始的各沖切工位上，可借助帶料側面通過外導料板實現送進導向；從工位8開始的后續各工位，由于支架主體上的L型特征成形后，帶料側面無法用作導料面。支架工件的成形精度要求較高，因此，為保證帶料在沖壓過程中的全程精確送進導向，本設計中采用在帶料載體上沖切T型廢料槽，進而將T型槽的弧形頭部進行翻邊，得到豎立的直邊特征。在后續各成形工序中，通過內導料板上端凸出的矩形凸臺側面與豎立直邊的接觸實現料帶送進導向，從而實現帶料的全程精確送進導向。翻邊特征導料示意如圖7所示，內導料板結構如圖8所示。

4.2 墊腳及托板設計[4]

由于該模具工位較多，模架的長度尺寸較大，因此需要的壓力機工作臺尺寸較大，導致模具的閉合高度無法滿足壓力機的最小裝模高度，本文設計了可增加模具閉合高度的上、下托板和墊腳結構，如圖9所示。

4.3 模具結構

翼子板支架級進沖壓模具結構如圖9所示。

5 結語

(1)針對翼子板安裝支架的零件特點及結構要求，制定了合理的沖壓工藝，設計了包含15個工位的級進沖壓工藝方案。采用對稱排樣中間載體的形式，并在載體上沖出T型廢料槽，通過翻成的豎立直邊實現后續成形工序的送料導向，通過內、外導料板提高帶料送進導向精度。

(2)通過在模具上增加上下托板和墊腳結構，很好地解決了模具閉合高度與壓力機裝模高度的匹配問題。該模具采用三維設計，便于模具的并行工程和后續數控加工程序的生成。