雙活動壓料芯模具成形模擬及結構設計

吳轉萍，劉亞玲，彭坤龍，尹 康，白 宇

（陜西重型汽車有限公司，陜西西安 710200）

1 制件結構分析

圖1所示為左車門內扣手安裝支架，其特征為：4處翻邊成形，分別為1個上翻，3個下翻。制件主基準型面僅存在3道小筋條，主基準面占比相對較大，制件的一側翻邊高度較低，而另一側的翻邊高度較大，考慮直接壓型的穩定性，可將上翻邊展開至主基準面上，以此增大壓型的壓料面積，增加直接壓型成形的穩定性，從而簡化工藝內容，采用直接壓型的成形模式。考慮存在上翻、下翻，工藝方案排布有兩種，一種是將全部下翻邊布置在一個工序，以已經翻邊成形部位為定位基準，下個工序單獨進行上翻邊，這種翻邊模式，模具結構簡單，符合常規的模具成形模式；第二種方案是將下翻邊較淺的部位一側及主基準面先成形，以先成形部位為后續的定位基準，進行另一側所有的上翻邊及下翻邊，模具結構較為復雜。

圖1 安裝支架

2 兩種成形工藝分析

經過對制件的結構分析，采用壓型成形的模式，兩種工藝布排分別如圖2、圖3所示。

圖2所示為初定方案全工序過程圖，落料沖孔→壓型（所有下翻邊成形）→上翻邊成形→側沖孔，此種工藝方案落料沖孔序存在一處窄且狹長的止裂口，此處落料刃口強度極差，模口鑲塊熱處理易開裂、變形，影響精度尺寸及使用壽命。另外，下翻邊同時進行，兩側翻邊高度差比較大，壓料面相對較少，易產生制件失穩，影響翻邊成形。

圖2 初定方案

圖3所示為分步落料全工序過程圖，基于以上分析，將制件窄且狹長部位進行分步，首先落料沖孔，僅落止裂口圓角部位，后續窄長條按沖孔出，因此，沖止裂口孔工序，將所有翻邊展開至主基準面的基礎上進行下翻邊較淺側的壓型，第三工序剩余上翻及下翻一次成形，最后一工序進行側沖孔。通過了解孔功能發現，最后一工序側沖孔精度要求并不高，所以，可以通過修正孔位的方法，將側沖孔工序合并到第一工序落料沖孔中去。

圖3 分步落料全工序

3 仿真成形模口設計

在仿真模擬階段，利用Autoform可以自動生成刀口，但是很多形狀比較復雜的刀口設計，還需要利用NX等軟件，將模口提前設計出來，后續模擬調用。由工藝方案分析可知，第二工序進行較淺一側壓型，其余翻邊面均展平到基準面上，待后序完成翻邊。其模口按第二工序工藝圖設置，考慮坯料展開有偏差，將制件數模外緣稍向外延伸2～5mm即可。上、下模口對應，考慮要提前壓料，需在一側模口處將主定位基準面部分分離出來，作為提前壓料用及后續退料用。第三工序壓型工序，由于同時進行上翻、下翻，需要設計上、下雙活動壓7料芯，才能實現順利成形。圖4為上模模口、下模模口設計圖。

圖4 上、下模模口結構

下托料芯設計，將上翻邊部位型面去掉，剩余部分作為下托料塊的結構，如圖5所示。

圖5 下托料塊型面

上壓料芯設計，上壓料芯型面依據制件數模，將上翻邊型面部分去掉，在模具結構設計時，上翻邊凸模是靠壓料芯來成形的，上壓料芯結構如圖6所示。

圖6 上壓料芯型面

4 全工序仿真模擬設置

（1）首先將一次壓型數模的*.igs格式導入Autoform中，如圖7所示。

圖7 制件導入

進行工序設置，單動拉伸成形，其凹模、托料塊、凸模刀口設置如圖8所示。

圖8 工具體設置

模擬結果如圖9所示。由圖可以看出，最大增厚0.03mm，依據起皺判斷的原則，在到底前3mm，增厚值不斷增大，超過0.03mm，制件會產生起皺。因此，本序分析僅為材料增厚。

圖9 成形模擬效果圖

（2）增加工序，進行上、下壓料芯的雙活壓型工序模擬分析設置，導入雙活壓型模口，如圖10所示。

圖10 壓型模口

（3）在模擬設置過程中，最重要的是要將各個工具體的位置設置合理，另外，需在前序的行程基礎上增加下行行程。同時工具體設置也尤為關鍵，依據前期工藝分析，進行工具體設置如下。上凹模工具體設置如圖11所示，位置Above，移動距離-1000。

圖11 上凹模工具體

下凸模工具體設置如圖12所示，位置Below，一般情況下punch是的位移為0，即Movement數值為0，但是此處由于前工序punch在此位置，所以模擬設置需下移后序punch，下移值設置為-1000。

圖12 下凸模工具體

上壓料芯設置如圖13所示，位置為Above,應提前壓料，位移值在上凹模值基礎上下移，下移值以超過上凹模模口最低面為準，因此，設置為-900。

圖13 上壓料芯工具體

下托料設置如圖14所示，位置為Below，應提前壓料，需高出下凸模模口最高面，此處賦值為-900。

圖14 下托料工具體

圖15 所示為上壓料及下托料，上凹模及下凸模模口工具體整體設置效果圖。

圖15 所有工具體設置位置效果圖

（4）process設置。

成形過程設置可分為3個階段，在closing狀態，上凹模與上壓料芯一起下行，與下托料塊接觸，行程為1,800mm；隨后分兩次成形，即drawing2及drawing3，在drawing3過程中，上壓料芯施力，下托料塊不動，實現下翻邊成形，行程設置為100（上凹模與上壓料芯之間的位移）；在drawing2過程中，上壓料芯與上凹模一起設置速度v，下托料塊受力，與上壓料芯相互作用，實現上翻邊成形。圖16、圖17、圖18分別為closing狀態、drawing3狀態、drawing2狀態。

圖16 closing狀態

圖17 drawing3狀態

圖18 drawing2狀態

提交運算后，得出模擬結果如圖19所示。折彎圓角部位出現紫色，圓角部位存在材料增厚現象，根據模擬過程分析，增厚值在到底前3mm沒有增大趨勢，起皺風險不大。通過分析表明，此方案可行。

圖19 模擬結果

5 坯料修正模擬

依據仿真模擬結果發現，孔位存在偏差，同時考慮節約成本，將工藝側沖孔工序合并至落料沖孔工序，需進行孔位修正。利用修邊線反算功能，導入制件數模，點擊應用，如圖20所示。

圖20 反算模型導入

選擇孔，利用creat trim進行孔位反算，迭代次數設置為3次，設置完成后提交運算，如圖21所示。

圖21 創建反算設置

反算結果如圖22所示，模擬孔與制件數模孔完全重合，結果證明孔反算成功。

圖22 孔位擬合情況

6 壓型模具結構設計

上型模塊結構如圖23所示，由于上翻邊為單側翻邊，存在單向側向力，設計反側塊擋墻。上模采用分體式鑲塊和中間活動壓料芯結構。

圖23 上型模塊結構

下型模塊結構如圖24所示，下模采用分塊式鑲塊，下托料塊結構采用中間壓料帶下翻邊模口，兼成形作用。

圖24 下型模塊結構

雙活動壓料芯結構如圖25所示。

圖25 上、下壓料芯閉合狀態

7 模具成形過程

模具成形過程：上模下行，上壓料芯與下壓料芯接觸，上壓料芯在上氮氣彈簧的壓力下保持不動，上模座帶動上翻邊鑲塊下行實現上翻邊，直至上模座與上壓料芯墩死塊接觸，完成上翻邊，隨著上模繼續下行，上模帶動下翻邊鑲塊、上壓料芯、下托料塊一起下行，實現下翻邊。直至下托料塊墩死塊與下模座接觸，下翻邊完成。至此，完成所有上翻、下翻成形。

8 總結

本文利用Autoform仿真模擬全工序設置，具有以下優點：

（1）針對狹長刃口，需綜合考慮熱處理變形，模具結構的強度。

（2）精準把握全工序模擬設計的工具體設置，雙活動壓料芯的模擬參數設置方法，成功解決該制件的成形模擬問題，為后續此類模具仿真模擬提供經驗。

（3）修邊線及孔位反算，成功實現模具工序的壓縮，節省了模具成本。

（4）雙活動壓料芯的受力分析及氮氣彈簧選取方法，對雙活動壓力板模具結構設計可提供借鑒作用。