汽車橋殼沖壓工藝及模具設(shè)計(jì)

蔡錫斌，周 林，潘祖嵐

（柳州五菱汽車工業(yè)有限公司，廣西 柳州 545007）

1 零件成形工藝分析

汽車后驅(qū)動(dòng)橋橋殼由上、下半殼拼焊而成，如圖1所示，2條縱縫采用機(jī)器人焊接。為保證焊接質(zhì)量和焊縫強(qiáng)度，對(duì)沖壓件殼體邊線輪廓尺寸精度和穩(wěn)定性提出了較高的要求：拼合間隙必須控制在1 mm以內(nèi)，單個(gè)半殼體邊輪廓誤差在0.5 mm以內(nèi)；同時(shí)，上、下殼拼接時(shí)不能存在段差，要求單面平面度控制在0.25 mm以內(nèi)。橋殼材質(zhì)選用熱軋板SAPH440，尺寸為1 320 mm×95 mm，材料厚度為5 mm，屬細(xì)長(zhǎng)型厚板沖壓，沖裁斷面質(zhì)量也是影響焊接質(zhì)量關(guān)鍵因素之一，必須滿足要求。

圖1 汽車橋殼

合理的沖壓工藝能最大限度地提高零件成形質(zhì)量。根據(jù)零件特性與精度要求，結(jié)合模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及生產(chǎn)操作、維修等方面綜合考慮，沖壓工藝設(shè)計(jì)如圖2所示，分別為：落料、成形、切邊、切端頭沖孔、切邊、整形。

圖2 沖壓工序

（1）落料：便于成形及消除起皺，且預(yù)留較少的切邊廢料，以便后序切邊時(shí)減少下模鑲件廢料邊讓空量。

（2）成形：需設(shè)計(jì)預(yù)變形量以保證零件型面尺寸。

（3）切邊：正切4處直線段邊，先切同面2處直邊后，翻轉(zhuǎn)零件至模具對(duì)側(cè)完成另2段切邊，零件采用型面定位。

（4）切端頭沖孔：切端頭及斜楔沖孔，模具為1模2件結(jié)構(gòu)，沖孔采用內(nèi)臧式斜楔，零件采用型面定位。

（5）切邊：正切中間鼓包圓弧段，先切單面邊后翻轉(zhuǎn)零件至模具對(duì)側(cè)完成另一邊切邊，零件采用型面及端頭定位。

（6）整形：整形上、下平面及直線段圓弧，采用型面定位；上、下模鑲件全包整形，下模設(shè)置活動(dòng)的托料架，上模設(shè)置零件輔助定位銷，1個(gè)沖次可完成2件整形。

按該工藝開發(fā)模具，零件尺寸精度得到保證，上、下殼兼容生產(chǎn)，生產(chǎn)效率高，日產(chǎn)量達(dá)2 500套。模具維修方便，維修時(shí)間短，生產(chǎn)保障性高，生產(chǎn)的零件如圖3所示，尺寸合格率達(dá)100%。

圖3 上、下殼自由狀態(tài)下拼合

2 切邊模結(jié)構(gòu)

切邊模結(jié)構(gòu)如圖4所示，上模采用正向壓料芯及側(cè)向斜楔壓料。待成形零件置于下模浮動(dòng)托料架2上，上模下行，壓料芯3正向垂直壓料，壓住待切廢料區(qū)域；上模繼續(xù)下行，上模斜楔5在下模驅(qū)動(dòng)座6作用下對(duì)零件側(cè)向壓料，上模切刀1壓住零件及托料架，連同斜楔5下行與下模鑲件4完成切邊，廢料留在下模鑲件4上，手工清揀。

圖4 切邊模結(jié)構(gòu)

雙壓料結(jié)構(gòu)使成形零件在切邊過程中緊貼模具零件型面不竄動(dòng)，保證零件的邊輪廓直線度、平面度等，上、下殼自由狀態(tài)下拼合間隙控制在1.0 mm以內(nèi)，同時(shí)也保證了沖裁斷面質(zhì)量。

采用正切工藝結(jié)構(gòu)，上、下模鑲件安裝在模座上，受力方向與沖壓方向一致，所有沖裁力可通過傳遞到壓力機(jī)模座上，改善了切邊切刀的受力狀態(tài)，工作過程中切刀不易松動(dòng)，刃口磨損降到最低。切邊刃口的維修方式為鑲件修補(bǔ)研配，縮短了模具維修時(shí)間和降低了維修難度，提高了生產(chǎn)效率。

切邊模上、下模結(jié)構(gòu)如圖5所示。待成形零件放置于浮動(dòng)托料架上，切邊凸模（下模鑲件）用螺釘緊固于下模座，8處斜楔驅(qū)動(dòng)座采用螺釘裝配，設(shè)計(jì)擋塊加強(qiáng)筋。上模中間為正向壓料芯及切邊凹模，外側(cè)壓料芯采用斜楔結(jié)構(gòu)。

圖5 切邊模上模與下模

下模浮動(dòng)托料架如圖6所示，兩端及中間布置彈簧、導(dǎo)向及限位結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)4個(gè)接觸平衡塊，局部設(shè)計(jì)加強(qiáng)筋連接。將直線段與中間圓弧段分為兩工序切邊，便于浮動(dòng)托料架強(qiáng)度及彈簧、導(dǎo)向及限位結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，使斜楔設(shè)計(jì)更合理。

圖6 下模托料架結(jié)構(gòu)

3 整形模結(jié)構(gòu)

整形模采用上、下模鑲件全包整形結(jié)構(gòu)，如圖7所示。待成形零件置于下模浮動(dòng)托料架4上，采用型面定位；上模下行，上模鑲件1壓住待成形零件進(jìn)入下模鑲件3內(nèi)，上、下模鑲件全面包裹待成形零件；上模繼續(xù)下行，到底時(shí)完成整形；上模回程，下模浮動(dòng)托料架將成形零件頂出，人工取出成形零件。下模浮動(dòng)托料架1設(shè)計(jì)成上、下兩層分體結(jié)構(gòu)，上層材質(zhì)為7CrSiMnMoV，下層為鑄鐵，用螺釘固定。上模設(shè)計(jì)4個(gè)確保零件整形過程中緊貼托料架型面。上、下模鑲件材質(zhì)采用Cr12MoV。

圖7 整形模結(jié)構(gòu)

整形模上、下模結(jié)構(gòu)如圖8所示。待成形零件放置于浮動(dòng)托料架上，托料架上型面部分設(shè)計(jì)裝配鑲件，下模整形鑲件設(shè)計(jì)兩腔結(jié)構(gòu)分開裝配；上模整形鑲件設(shè)計(jì)兩腔整體裝配，非型面部分讓空，另外設(shè)計(jì)4處導(dǎo)正定位銷保證成形零件與型面定位可靠。

圖8 整形模上模與下模

4 切端頭沖孔模結(jié)構(gòu)

注油孔和漏油孔位于橋殼中間部位，傳統(tǒng)斜楔結(jié)構(gòu)布置困難，采用內(nèi)藏式斜楔沖孔結(jié)構(gòu)，切端頭沖孔模結(jié)構(gòu)如圖9所示。斜楔1固定在上模，斜楔驅(qū)動(dòng)座固定在壓料芯上。上模下行，上模壓料芯先壓住待成形零件；上模繼續(xù)下行，斜楔1在驅(qū)動(dòng)座2作用下完成沖孔。為降低斜楔沖孔的側(cè)向力，在驅(qū)動(dòng)座2與壓料芯4受力方向設(shè)計(jì)擋塊3，保證了斜楔強(qiáng)度。在壓料芯沖孔部位，鑲件5設(shè)計(jì)為拆裝結(jié)構(gòu)，便于沖孔凸、凹模裝配及維修。鑲件6設(shè)計(jì)為鑲嵌結(jié)構(gòu)，便于模具調(diào)試及維修。

圖9 切端頭沖孔模結(jié)構(gòu)

上、下半殼沖孔大小和位置不同，故模具采用1模2件布局，便于生產(chǎn)操作和模具維修，如圖10所示。上模壓料芯與下模設(shè)計(jì)4個(gè)錐形平衡塊平衡受力，沖孔廢料用廢料盒收集，切端頭廢料沿廢料滑槽滑出模具外。

圖10 切端頭沖孔下模

下模刀塊（凸模）在零件厚度方向設(shè)計(jì)支撐臺(tái)階，保證零件切邊時(shí)不變形，降低切邊毛刺產(chǎn)生風(fēng)險(xiǎn)，保證了切端頭尺寸精度和沖裁質(zhì)量，如圖11所示。

圖11 切端頭局部

5 結(jié)束語

橋殼成形、切邊、切端頭保證了邊線輪廓尺寸，全包整形使平面度及平行度達(dá)到精度要求，切邊模采用正切工藝與斜楔壓料，成形零件定位穩(wěn)定可靠，同時(shí)改善了刃口受力，模具維修簡(jiǎn)單快速；整形模設(shè)計(jì)上、下鑲件全包結(jié)構(gòu)，上、下殼體同時(shí)整形，受力平衡，強(qiáng)度剛度良好，切端頭沖孔模為1模2件布局，上、下殼兼容生產(chǎn)。內(nèi)藏式?jīng)_孔斜楔結(jié)構(gòu)緊湊，降低了模具制造成本，驅(qū)動(dòng)座設(shè)計(jì)防擋塊，減少了斜楔沖孔側(cè)向力，保證了斜楔強(qiáng)度，延長(zhǎng)了其使用壽命。