汽車覆蓋件模具設計與實現(xiàn)＊

宋秦中，王 順

1.蘇州市職業(yè)大學機電工程學院（江蘇蘇州 215104）2.昆山凱越模具有限公司（江蘇蘇州 215300）

1 引言

對汽車工業(yè)及模具產業(yè)而言，覆蓋件的數(shù)量遠遠超過其它制件，汽車覆蓋件模具的占有率也遠遠超過其它模具。汽車覆蓋件是指構成汽車車身或駕駛室、覆蓋發(fā)動機和底盤的薄金屬板料制成的異形體表面和內部制件[1～3]。汽車覆蓋件是一種典型的知識密集型制件，以覆蓋件為代表的沖壓件模具設計是影響汽車行業(yè)車型更新?lián)Q代的關鍵技術之一，它不僅影響汽車更新的周期和研發(fā)的成本，也間接促進了新的沖壓技術和模具設計技術的發(fā)展。

2 工藝分析

以某公司汽車覆蓋件的模具設計為例，制件如圖1所示，此制件是對稱件，材質為鈑厚0.8mm的GMW3032M-ST-S-CR2-HD60G60G-U（通用公司材質），要求生產批量：大量。該制件用到了切邊、起伏成形、翻邊、沖孔、整形、落料等工藝。

圖1 制件圖及制件3D圖

本副模具根據(jù)工序組合程度分類為級進模（也稱連續(xù)模），沖壓級進模是在沿條料的送料方向上，有超過兩個的工序站，即在合模壓力機一次行程中，在不同的工序站上依次完成兩道或兩道以上的沖壓工序的模具。沖裁級進模相對于其他的沖壓模具，如單沖模、復合模等具有生產效率高，精度高的特點。另外，構成級進模的制件數(shù)量多、結構復雜，凸模位置、凹模孔位等位置精度要求高[4～6]。

2.1 制件工藝的分析

根據(jù)客戶發(fā)來的技術文檔，該制件的基本公差等級為IT13級。

沖裁工藝性：制件材料為GMW3032MST-S-CR2-HD60G60G-U，是通用公司的一種較軟冷軋鋼，有很好的塑性，而且鈑件是為0.8mm薄料，制件兩個孔為正面沖孔，直徑均為φ8.1mm，制件對孔的尺寸精度要求不高，沖壓性能良好。

成形工藝性：軟質冷軋鋼塑性良好，適合拉伸，圖示制件成形形狀較為簡單，在成形過程中，制件的毛坯通過兩塊上下按照工法要求凹凸有致的的鋼塊（成形塊）使金屬凸緣兩側流動而形成，制件整形程度小，同時相對均勻，所以該制件的成形工藝性較好[4～6]。

2.2 毛坯的確定

在對多工位級進模預設計，根據(jù)客戶的data圖來計算，通過分析軟件繪制制件的制件圖。此制件形狀雖然簡單，但需要進過多次成形。毛坯尺寸是通過工法組運用軟件計算得出，毛坯圖如圖2所示。

3 工法設計

在本副模具中，排樣設計總的原則是先進行成形、沖孔、翻邊、切邊、彎曲，最后落料。同時需把模具的強度、剛度、結構的合理性考慮到位。

3.1 工法排樣設計

工法排樣的原則除了要有最大材料利用率外，還要注意的是有當站沖壓件，需要滿足后工序的要求。該制件外形較為規(guī)則，輪廓簡單，外輪廓精度要求不高，考慮到工序排樣要求，工法采用單排方案。如圖3所示。

圖2 制件毛坯二維圖

在分析軟件確定成形工藝后，根據(jù)結果運用CATIA制作毛坯面的成形展開圖，在排樣圖的開始端安排沖孔、切口、切廢料等分離工位，再向另一端依次安排成形工位，最后安排制件和載體分離。

根據(jù)該制件的要求以及上述工藝特點的分析，設計多工位連續(xù)工序排樣方案，如圖4所示。

3.2 工法細節(jié)分析

①到④步可看成下料站。下料站主要是進行切邊（一般為毛坯外輪廓），為后面的成形做準備。本套模具下料站中還加入了翻邊，這道工序是讓翻邊在頂料條的U槽中增加送料的穩(wěn)定性，從而增加精準度，同時在切邊時為后工序考慮增加了兩處切邊。

工序站力的計算，力的計算也是工法環(huán)節(jié)中重要的一節(jié)，它影響到合模壓力機的選用，一般總力的大小不能超過合模壓力機力的80%；同時還影響提供力源的標準件的選用，進而影響模具的結構。通過CAE分析能夠模擬出制件成形的受力、形變、變薄率等等情況。軟件分析可用來預測制件的生產狀況，本副模具運用AutoForm分析，圖5為成形過程圖。

圖3 工法排樣圖

圖4 工序排樣圖

圖5 成形過程圖

汽車覆蓋件模具工藝前期流程優(yōu)化設計的第一步是做好反彈模擬計算，如圖6所示。通過軟件分析可知，工法分析滿足客戶要求，排樣也是符合客戶審查提出的要點。

圖6 反彈圖

4 結構設計及試模

4.1 結構設計

總體裝配結構如圖7所示，下模裝配圖如圖8所示。

圖7 模具裝配結構圖

圖8 下模裝配結構圖

設計的汽車覆蓋件模具是12工位的多工位級進模，采用切口的形式，完成成形、沖孔、切邊、翻邊和落料；采用自動送料，大批量生產時加上條料自動送料裝。步距171mm，模具長2,060mm，寬920mm。模具結構如圖7和圖8所示，采用滑動導套式模架；下料站以切邊鋼塊為主，固定于集合式承盤，后續(xù)站的成形塊、切邊塊、整型塊也均固定于承盤，其原因為條料與模架距離較高，切邊鋼塊、成形鋼塊以及整形鋼塊為SKD11鋼，售價較貴，所以采用1050鋼的承盤來減輕成本。送料由氮氣缸頂起頂料條，送料機進行送料；頂料條和下料站承盤兩側安裝導向塊，對條料起導向作用。模具的送料高度為50mm，閉模高度為736.6mm。

4.2 模具工作過程及試模

一副模具從虛擬的3D圖變成能生產制件的實物，要經歷機加工、組立、合模、試模和調模，而試模就檢驗模具是否合格的重要步驟。

本模具是包含沖裁和成形的多工位級進模，模具工作過程：

模具閉模時，條料送入后借助始用擋料裝置進行首次定位，第①工位進行切邊和沖孔，第②工位同為切邊，第③、第④工位進行切邊和翻邊，前4道工序的切邊都是為第⑤工位的成形做準備，所以前4道工序被看做下料站。第⑥工位切邊和沖孔，第⑦工位進行上翻邊，第⑧工位進行切邊，第⑨工位進行下翻邊，第⑩工位進行整形，第○11工位切割分離，第○12工位落料。

模具開模時，上模向上運動，下模保持原位，壓料板在氮氣彈簧的作用下，平穩(wěn)回程。同時，壓料板將工件從上模鋼塊往下推出。壓料板上升浮動至最大高度，導向限位將限制它下降；下模中，頂料條及其上機構在氮氣彈簧的作用下上升，送料裝置工作，將條料沿送料方向運動一個步距。

開模閉模靠感應器反饋，開模閉模如此反復，條料以一次一個步距送料，這樣條料就能從毛坯到成品，完成工作。

模具在第一次試模時，發(fā)現(xiàn)反彈導致形面回彈超出公差，進行了調模后，使得模具生產符合要求。

5 結束語

設計的覆蓋件模具為多工位沖壓級進模，適用于高強度連續(xù)工作、大批量生產，這對模具的結構要求很高，需要了解實際參數(shù)（客戶提供的信息），嚴格按照工法設計，解決涉及客戶、生產單位和生產人員的的相實際關問題。

另外，在汽車覆蓋件設計過程中，運用計算機仿真分析技術，可以模擬鈑金件的成形，有利于設計師進行模具設計和分析，提高設計精度，縮短制件的設計周期。以拉伸為例，將CAD/CAE技術應用于模具設計項目中，首先，通過三維造型軟件進行制件的造型，設計拉伸件；其次，使用模擬軟件進行拉伸件的拉伸成形，通過模擬結果，分析缺陷原因，找到改進措施；最后，依據(jù)模擬后的拉伸件，設計拉伸模。由此完成整個汽車覆蓋件的設計過程，大大縮短制件的開發(fā)周期，能夠有效提高企業(yè)的競爭力。