某商用車前圍板沖壓工藝及模具設計

0 引 言

前圍板是發動機機艙與車廂之間的隔板，與汽車地板、前立柱連接，安裝在前圍上蓋板下。前圍板形狀復雜，有較多孔，對沖壓工藝和沖模要求較高

。針對汽車前圍板沖壓工藝和模具結構設計，首先對零件進行工藝分析，確定沖壓工藝方案后設計拉深模結構。

邊界條件：風室入口為速度進口，風速為19.87 m/s；風室出口為壓力出口，表壓力為0；壁面采用靜止、無滑移邊界條件。壓力項差值采用Standard格式，對流項差值采用二階精度，其他保持默認。

1 零件成形工藝分析

汽車前圍板如圖1所示，材料為DC04，是高強度冷軋鋼，材料力學性能如表1所示，料厚

=1.2 mm。該零件形狀復雜，外形尺寸為1 754 mm×514 mm×118 mm，存在6個較大的方孔、橢圓孔及不規則孔，還有20個安裝孔、定位孔、工藝孔等，側面有2個小孔。零件拉深深度約110 mm，圓角過渡部分最小為（5.5±0.5）mm，最大為（17.5±2.5）mm，圓角設計合理、過渡平滑，降低了零件成形時開裂的風險，但零件外形尺寸較大，拉深深度深，成形時容易起皺和開裂，需注意工藝補充部分和壓料面的設計。

2 工藝設計與計算

2.1 確定沖壓方向

合理的沖壓方向有利于降低拉深深度，保證拉深件能一次拉深成形，凸模表面與毛坯的接觸點要求多而分散，防止局部變形過大及毛坯與凸模表面產生相對滑動

。綜合考慮，通過對比工程圖旋轉零件得出該汽車前圍板的沖壓方向，如圖2所示。

2.2 工藝補充面和壓料面設計

該汽車前圍板沒有凸緣，壓料面全部屬于工藝補充部分，因此壓料面形狀應盡量簡單。但該前圍板形狀復雜，故設計成平滑曲面使成形深度淺且各部分深度接近一致，材料流動和塑性變形趨于均勻

。在壓料面上設置拉深筋，調節和控制壓料面作用力，改善進料阻力，防止起皺。該零件工藝補充面和壓料面如圖3所示。

2.3 壓邊力計算

壓邊力可按下式計算。

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2.4 拉深力計算

查表得

=0.7、

σ

=300 MPa，在UG軟件中測得凸模

=4 862 mm，所以拉深力

=0.7×4 862×1.2×300=1 225 kN。

其中，

為拉深力與壓邊力之和，N；

為卸料力系數。卸料力系數

取0.05，因此卸料力

=0.05×（627+1 225）=91.04 kN。

拉深結束后零件會緊貼在凸模上，此時需要推動壓邊圈將零件從凸模上卸下，所需卸料力在實際生產中常根據下式計算：

前圍板為不規則形狀，其拉深力可按下式計算。

2.5 卸料力計算

式中：

——修正系數；

σ

——材料抗拉強度，MPa；

——料厚，mm；

——橫截面周長，mm。

由于前圍板壓料面是一個曲面，在UG軟件中測量得到壓料面在

平面的投影面積

=313 726 mm

，前圍板材料DC04屬于軟鋼，料厚

=1.2 mm，單位面積的壓邊力

=2.0～2.5 MPa，取

=2.0 MPa。所以壓邊力

F

=2.0×313 726=627 kN。

式中：

——在壓邊圈上的毛坯投影面積，mm

，

——單位面積上的壓邊力，MPa。

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2.6 壓力中心確定

沖模中心是沖壓力的合力作用點，為了保證壓力機和模具正常平穩地工作，防止偏心沖擊，模具的壓力中心最好與壓力機滑塊的中心線重合，對于形狀規則的零件，其壓力中心就是其幾何中心，而前圍板形狀復雜，可以將零件的重心作為模具的壓力中心

。

2.7 壓力機選擇

在UG軟件中測得模具外形尺寸為2 755 mm×1 450 mm×900 mm，拉深時所需的拉深力為1 225 kN，壓邊力為627 kN，因此壓力機的公稱壓力

＞1 852 kN，選擇單動壓力機YCBD.6300KN可以滿足要求。

3 模具結構設計

3.1 模具結構

分析前圍板的形狀結構可知，屬于深拉深件，由于是內板件，拉深模可以采用單動拉深模結構，按照設計規范，工作時凸模不動，壓邊圈運動。拉深模的凸模、凹模和壓邊圈都采用MoCr鑄件，為節約模具制造成本，綜合考慮模具質量以及模具強度和剛度，可在鑄件上非重要部分開設減輕質量的孔，在影響強度和剛度的部分設置加強筋。

采用UG建模進行自上而下設計，在總體的結構設計中以凹模為基準，上模與壓邊圈通過導板外導向確保導向精度要求，凸模與壓邊圈采用導板導向。上模座和下模座材料選用為HT300，表面熱處理后硬度達到50～60 HRC。壓邊圈與凸模材料選用MoCr鑄鐵，表面淬火后硬度達到50～60 HRC。上模座和凹模如圖4所示，壓邊圈如圖5所示，下模座和凸模如圖6所示。

3.2 模具工作原理

模具開始工作時，壓力機的氣缸通過托桿將壓邊圈頂起，使壓邊圈型面的最低點比凸模的最高點高出5 mm左右，此時板料通過導料架送進，通過定位板定位。壓力機滑塊帶動上模下行，與壓邊圈上的板料接觸，通過氮氣彈簧逐漸將毛坯壓緊，直至將板料壓到與壓料面形狀一樣，完成壓邊。上模繼續下行，與凸模接觸后開始拉深，壓力機滑塊帶動上模下行到最低位置，在限位塊的作用下停止下行，拉深成形結束。壓力機滑塊回程，帶動上模上行，在壓力機氣墊頂桿的作用下壓邊圈上行，推出成形零件。模具結構如圖7所示。

4 結束語

基于商用車前圍板的復雜形狀，針對制定沖壓成形工藝和模具結構設計難度較大的問題，依據經驗設計了前圍板沖壓工藝與拉深摸。通過工藝分析與工藝參數計算，確定前圍板的沖壓工藝方案，并根據確定的工藝方案進行拉深模結構設計，確定了各個模具零件的尺寸。此設計方案應用于實際生產，結果表明該模具生產穩定可靠。

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