橫梁加強板的模具設計

劉永艷，張篤佳，徐紀鵬

(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,而是設計有凸包、橫筋、豎筋等，該類制件對模具設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力最大，當外層的合成應力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，模具設計簡單，在后續(xù)的調(diào)試過程中易于出件。但經(jīng)與設計者聯(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導入Autoform軟件，通過對工具體的凸模(punch)、凹模(die)、壓邊圈(binder)的設置，并定義每個工具體的運動，將其導入翻整工序，并對此模型進行模擬分析，分析結果如圖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 成形模具結構設計

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，避免了側向力的影響，延長了模具壽命。成形模的主要結構如圖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-導套；11-導柱；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構，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、螺栓固定在沖壓設備上；把預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