轎車防撞梁固定板級(jí)進(jìn)模設(shè)計(jì)

何登亞，朱亨榮，胡成武

（湖南工業(yè)大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，湖南株洲 412008）

1 引言

圖1 所示的防撞梁固定板是車輛的防撞梁系統(tǒng)中用來連接汽車車身并為防撞梁系統(tǒng)中的其它組件提供安裝位置的制件。防撞梁系統(tǒng)發(fā)揮作用時(shí)，要依靠固定在防撞梁固定板的主梁、吸能盒等部件共同作用，在車輛發(fā)生碰撞時(shí)，起到緩沖和吸收能量。根據(jù)其技術(shù)要求和生產(chǎn)批量，成形此類制件一般采用多工位級(jí)進(jìn)模，模具設(shè)計(jì)關(guān)鍵為排樣設(shè)計(jì)、彎曲方式、成形機(jī)構(gòu)和模具總體結(jié)構(gòu)。

2 制件工藝分析

該制件為金屬?zèng)_壓件，材料為DC05，抗拉強(qiáng)度好，韌性高，材料厚度為5mm，年生產(chǎn)量為10萬件。

（1）制件的展開計(jì)算。UG進(jìn)行一步式展開，借助制件的三維模型生成片體，分析其一步展開成形的可行性、進(jìn)行網(wǎng)格劃分并分析計(jì)算，得到圖2的制件展開圖。

（2）刃口的分布。從形狀外形上進(jìn)行分析，該制件沖壓工藝較為復(fù)雜，制件上有4個(gè)圓孔和3處彎曲，且上端部分形狀復(fù)雜，因此外形的沖裁需要分步局部沖裁進(jìn)行。同時(shí)應(yīng)當(dāng)合理設(shè)計(jì)空工位，避免凸模之間的干涉，并提升模具強(qiáng)度。

（3）彎曲部分成形方法。對(duì)于彎曲部分的分析，制件的沖孔尺寸較大，最小彎曲半徑、彎曲直邊高度等參數(shù)經(jīng)過校核，發(fā)現(xiàn)均滿足要求。本制件上端存在彎曲，且制件不對(duì)稱，成形過程中應(yīng)注意上彎成形部位凸模與下半部不成形部位接觸順序，借助卸料板壓料，使得上彎成形凸模和卸料板同時(shí)接觸制件上表面，考慮到彎曲回彈和制件精度的問題，在彎曲工位后添加整形工位，以保證制件質(zhì)量。

3 排樣設(shè)計(jì)

制件排樣設(shè)計(jì)需要綜合考慮制件形狀、沖壓工序特點(diǎn)和材料利用率等特點(diǎn)，確定條料尺寸和步距。利用UG軟件的分析和測(cè)量功能，對(duì)面進(jìn)行分析測(cè)算，得到其展開面積為30,145mm2，選取合適的搭邊值。該制件含有的成形工序：沖裁、彎曲、校平。級(jí)進(jìn)模排樣設(shè)計(jì)遵循原則為，沖裁導(dǎo)正孔、壓型、沖型孔、沖裁制件外形、彎曲成形、校平和切斷載體等。排樣圖如圖3所示。

工序①?zèng)_裁導(dǎo)正孔；工序②空工位，留出凸模安裝位置；工序③、④、⑤沖裁制件的局部外形，留下之后要進(jìn)行側(cè)邊彎曲和上端彎曲的部分，端部余料切除完整，留下單側(cè)載體；工序⑥單邊載體進(jìn)行扣邊彎曲，用來保證料帶的送進(jìn)；工序⑦空工位；工序⑧右側(cè)邊預(yù)彎和左側(cè)假折；工序⑨空工位；工序⑩長(zhǎng)邊完成90°彎折；工序?為空工位；工序?制件上端彎曲；工序?為空工位；工序?沖裁上端余料；工序?完成小腳處向下彎折；工序?校平整形工序；工序?空工位；工序?沖裁4個(gè)型孔；工序?空工位；工序?單邊載體切除。采用直排單排排樣，便于模具設(shè)計(jì)，同時(shí)，也便于選取條料規(guī)格，總共20 個(gè)工位，由于制件端部存在彎曲，因此，采用單邊載體，同時(shí)在單邊載體上沖裁導(dǎo)正孔，輔助制件定位及導(dǎo)向。空工位的設(shè)計(jì)可以提高模具強(qiáng)度，為凸模安裝提供位置。同時(shí)，載體扣邊彎折的設(shè)計(jì)可以防止端部向上彎曲制件的偏移。整形工序的添加可以保證制件精度。利用UG軟件，得到其材料利用率為77.14%。條料寬為542mm，步距為101mm。

4 模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

級(jí)進(jìn)模設(shè)計(jì)不僅需要進(jìn)行工作制件的設(shè)計(jì)，還需要進(jìn)行定位制件、卸料制件和導(dǎo)向制件等輔助設(shè)計(jì)，才能保證沖壓過程順利進(jìn)行。

確定了排樣方案之后，通過借助UG軟件，對(duì)沖裁刃口總周長(zhǎng)進(jìn)行計(jì)算，材料抗拉強(qiáng)度取270MPa，計(jì)算出所需要的沖裁力為12118.624kN，并分別計(jì)算出使得毛坯彎曲的力和卸料以及抬料需要的彈力。由于本制件存在多個(gè)方向上的彎曲，采用將向上彎曲部分的凸模借助螺釘緊固，銷釘定位的形式安裝在彈性卸料板上，借助卸料板和上模座之間的彈壓力來確保向上彎曲部分的成形。通過UG模擬，發(fā)現(xiàn)如果將上彎曲成形凸模裝在凸模固定板上時(shí)是無法成形的，軟件模擬安裝在卸料板上時(shí)，可以確保成形。模具結(jié)構(gòu)如圖4所示。

4.1 模具結(jié)構(gòu)及裝配特點(diǎn)

導(dǎo)正孔與制件上的圓孔采用臺(tái)肩式的普通標(biāo)準(zhǔn)型凸模（JB/T5826-2008）進(jìn)行設(shè)計(jì)。工序?中，對(duì)小腳部分彎曲的凸模也采用臺(tái)肩結(jié)構(gòu)。其余外形沖裁凸模采用直通式異形凸模的形式進(jìn)行設(shè)計(jì)，采用螺釘進(jìn)行固定，沖裁凹模采用整板式，分幾塊板，簡(jiǎn)化模具結(jié)構(gòu)，凸、凹模材料選用GCr15，硬度58～62HRC。由于采用單邊載體，因此，在單側(cè)載體沖導(dǎo)正孔，保證條料的導(dǎo)正。制件料厚為5mm，考慮到條料的重量，發(fā)現(xiàn)借助浮料銷無法進(jìn)行浮料，而且制件端部存在彎曲結(jié)構(gòu)，故而無法采用浮料銷的結(jié)構(gòu)，采用氮?dú)鈴椈蛇M(jìn)行抬料。送料前，托料板2托料，導(dǎo)料尺1進(jìn)行粗導(dǎo)向，氮?dú)鈴椈?0將條料頂起一定的高度后，自動(dòng)送料機(jī)構(gòu)將條料向前送進(jìn)。之后借助導(dǎo)正銷進(jìn)行精定位，同時(shí)為了保證導(dǎo)向精度，在卸料板和上模座之間設(shè)置了小導(dǎo)柱，保證其導(dǎo)向。

卸料部分采用彈性卸料，借助彈性卸料板，在卸料板上加裝墊板固定彎曲凸模，借助氮?dú)鈴椈傻膹棄毫Γ瑏韺?shí)現(xiàn)制件上端彎曲部分的成形。氮?dú)鈴椈傻囊?guī)格選擇，根據(jù)彎曲部分的成形力進(jìn)行計(jì)算選取，同時(shí)其行程需要考慮上彎凸模所需要完成成形需要的行程。

4.2 模具彎曲部分結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

根據(jù)排樣方案的工序選擇，先進(jìn)行工序8 的兩端彎曲，左邊為假折用來平衡右邊彎曲的彎曲力，彎曲后由氮?dú)鈴椈身敵觯ＷC條料的抬起和送進(jìn)。同時(shí)，為了控制合模行程，安裝了限位塊58，通過螺釘緊固。

上彎曲成形部分如圖4C-C 所示，將上彎成形凸模安裝在彈性卸料板上，由卸料板和上模座之間的氮?dú)鈴椈商峁棄毫Γ瑢辶线M(jìn)行彎曲，同時(shí)卸料板和上模座之間安裝獨(dú)立內(nèi)導(dǎo)柱保證卸料板工作時(shí)的導(dǎo)向。校平所需壓力較大，故而將凸模安裝在上模座上。

模具下行時(shí)，卸料板與安裝在卸料板上的彎曲凸模一同接觸條料，卸料板可以起到壓料的作用，壓緊條料，不斷下行的過程中，上彎成形凸模壓彎條料，氮?dú)鈴椈蓧嚎s，其它位置的凸模繼續(xù)下行，完成沖裁和校形工序。之后上模上升，借助卸料螺釘，帶動(dòng)卸料板上行，氮?dú)鈴椈苫貜?fù)，頂料機(jī)構(gòu)頂料，自動(dòng)送料機(jī)構(gòu)將料帶送進(jìn)，繼續(xù)沖壓工作。

5 結(jié)束語

通過對(duì)防撞梁固定板的工藝分析，確定了成形方案。所設(shè)計(jì)的級(jí)進(jìn)模結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用方便，解決了對(duì)于存在不同方向彎曲的制件，彎曲部分成形質(zhì)量難以保證的問題。在彎曲部位成形時(shí)，應(yīng)確保先行導(dǎo)正并完成壓料之后最后進(jìn)行成形，此設(shè)計(jì)可為多個(gè)方向彎曲成形的模具設(shè)計(jì)提供參考。