一種“大彎度”橫梁沖壓工藝及模具結(jié)構(gòu)

唐海琪，袁明宇，蔡錫斌，閆玉琴

（柳州五菱汽車工業(yè)有限公司山東分公司，山東青島 266000）

1 引言

隨著汽車保有量的與日俱增，汽車市場銷售空間逐年壓縮，各車企業(yè)間價格的競爭不可避免，且日趨激烈；品質(zhì)的保證又是價格競爭的前提，所以降本增效、提質(zhì)降本成為各汽車制造企業(yè)永恒的課題。沖壓工藝作為汽車制造四大工藝之首，承擔提質(zhì)降本重任，制件品質(zhì)、尺寸、精度是車身焊接質(zhì)量的根本要求，材料利用率的提升、制造成本的降低是沖壓工藝和模具開發(fā)降本增效成敗的關(guān)鍵因素。同時，因為汽車節(jié)能減排和安全碰撞的不斷要求，高強度鋼板在車身設(shè)計中廣泛應(yīng)用，因此，在制件工藝設(shè)計過程中，解決沖壓回彈、扭曲、拉傷、磨損等影響制件品質(zhì)、尺寸、精度的問題是沖壓工藝的首要難題。一機多模、一模多腔等工藝模具設(shè)計方案、生產(chǎn)工藝規(guī)劃是降低制造成本重要手段，模具結(jié)構(gòu)合理、調(diào)試維修方便也大大降低生產(chǎn)維護成本及保障生產(chǎn)效率。

2 制件及工藝介紹

某車型皮卡車架橫梁由上下板扣合焊接而成，橫梁兩端頭與大梁總成焊接，工藝上采用機器人弧焊，為保證制件焊接質(zhì)量和焊縫強度，對沖壓件邊線輪廓尺寸精度和穩(wěn)定性提出了很高的要求：橫梁上下板扣合間隙必須控制在1.0mm以內(nèi)，單個橫梁邊及端頭輪廓尺寸誤差0.5mm以內(nèi)。

橫梁下板數(shù)模結(jié)構(gòu)如圖1所示，制件中部及兩頭存在“大彎度”，斷面呈“U”型特征；制件材質(zhì)選用熱軋酸洗板610L，沖壓件長度L=1,000mm，寬度W=90mm，材料厚度t=3.0mm。

圖1 制件數(shù)模截圖

合理的沖壓工藝能最大限度地提高制件質(zhì)量[1]。根據(jù)制件特性及精度要求，結(jié)合模具結(jié)構(gòu)設(shè)計及生產(chǎn)操作等方面綜合考慮，設(shè)定沖壓工藝如圖2所示。工序：OP10拉伸→OP20切邊沖孔→OP30切邊→OP40翻邊成形→OP50側(cè)整形→OP60沖孔→OP70沖孔。生產(chǎn)線設(shè)備：800t→630t→630t→630t→500t。

圖2 沖壓工序

工藝內(nèi)容分析詳述如下：

OP10：淺拉伸，主要成形出制件整體彎度形狀，便于后工序型面定位，同時降低深拉伸可能造成的拉傷風險；本序工藝上主要預(yù)設(shè)計補償量以解決型面扭曲回彈。

OP20：制件采用型面定位，正切邊及局部側(cè)切，沖工藝孔做為后工序準確定位；OP30：切邊，兩端頭側(cè)切，制件采用型面及工藝孔定位；OP20/OP30兩序合模。

OP40：翻邊成形出兩側(cè)面及端頭主體形狀，制件用型面及工藝孔定位。

OP50：側(cè)整形兩側(cè)面回彈，保證上下板扣合間隙精度要求，制件用型面及工藝孔定位。

OP60：沖中部異型孔，端頭預(yù)整形，制件用型面及工藝孔定位；OP70：沖孔、側(cè)沖孔、側(cè)切舌，局部側(cè)修邊，同時端頭整形，制件用型面及工藝孔定位；OP60/OP70兩序合模。

按此工藝開發(fā)模具，各工序件定位可靠，邊線輪廓尺寸及側(cè)面間隙完全穩(wěn)定達到總成制件焊接精度要求，全尺寸合格率達98.6%。OP20/OP30合模、OP60/OP70合模，7道工序合成5副模具成線生產(chǎn)，不僅保證生產(chǎn)節(jié)拍效率，同時節(jié)約模具開發(fā)成本和生產(chǎn)制造成本。

3 沖孔模結(jié)構(gòu)

OP60主要工序內(nèi)容沖中部異形孔，由于孔位于制件中部，所以沖孔模采用內(nèi)藏式斜楔結(jié)構(gòu)，如圖3所示。關(guān)鍵設(shè)計點：內(nèi)藏式斜楔裝配在壓料芯內(nèi)。

圖3 沖孔結(jié)構(gòu)剖視

制件置于下模型面1上，上模下行，壓料芯2壓住制件；上模繼續(xù)下行，上模斜楔驅(qū)動塊3推動裝在壓料芯內(nèi)的斜楔4對制件完成沖孔；上模上行，斜楔4在氮氣彈簧作用下回程，斜楔回程限制設(shè)計行程蓋板6；斜楔回程氮氣彈簧安裝在壓料芯內(nèi)，斜楔與壓料芯相對運動設(shè)計耐磨導(dǎo)向板，斜楔結(jié)構(gòu)如圖4所示。

圖4 斜楔結(jié)構(gòu)

壓料芯在沖孔部位設(shè)計可拆裝鑲塊5，便于沖孔凸凹模刃口調(diào)試及維護維修。

上下模結(jié)構(gòu)平面布置如圖5所示，下模OP60圖示主要表達中部沖孔位置及端頭翻邊結(jié)構(gòu)，下模OP70圖示主要表達兩側(cè)面斜楔沖孔、切舌及側(cè)整端頭結(jié)構(gòu)。上模圖示主要表達中部斜楔沖孔驅(qū)動塊布置，OP60/OP70兩序壓料芯設(shè)計成整體結(jié)構(gòu)。

圖5 上下模結(jié)構(gòu)平面布置

制件側(cè)面沖切舌局部結(jié)構(gòu)如圖6所示，沖切凸模2與側(cè)沖孔、側(cè)切邊凸模分別裝配在同一滑動斜楔上，沖切凹模3鑲嵌在下模鑲塊1上，用螺釘緊固，下模鑲塊加工讓空槽便于制件取出。因為沖切凸模單向受力，須設(shè)計防側(cè)向力結(jié)構(gòu)，沖切凹模做成標準結(jié)構(gòu)便于更換維修，凸凹模刃口材質(zhì)選用高硬度耐磨材料Cr12MoV[2～3]。

圖6 切舌局部結(jié)構(gòu)

4 結(jié)束語

高強度鋼板在車身設(shè)計中廣泛應(yīng)用，因此在制件沖壓工藝設(shè)計過程中，解決回彈、扭曲、拉傷、磨損等影響制件品質(zhì)、尺寸、精度的問題是沖壓工藝的首要難題，對于中厚板、厚板沖壓尤為重要；各工序間制件定位穩(wěn)定可靠、尺寸鏈關(guān)系設(shè)計正確是制件最終尺寸精度保證的基本條件；一機多模、一模多腔等工藝模具設(shè)計方案、生產(chǎn)工藝規(guī)劃是降低制造成本的重要手段，模具結(jié)構(gòu)合理、調(diào)試維修方便也大大降低生產(chǎn)維護成本及保障生產(chǎn)效率。

本篇介紹“大彎度”橫梁制件沖壓工藝全面完整，制件尺寸合格率和精度穩(wěn)定性高，可為類似制件沖壓生產(chǎn)提供借鑒。