汽車(chē)座椅鈑金件成形工藝性分析

陜西凌云電器集團(tuán)有限公司 (寶雞 721006) 賀慧清 安保新

1.沖裁件結(jié)構(gòu)分析

沖裁件材料為Q235，料厚2 mm，含碳量適中，綜合性能較好，強(qiáng)度、塑性和焊接等性能得到較好的匹配，用途非常廣泛。沖裁件零件如圖1所示。

圖1 沖裁件零件圖

從圖1可以看出，該沖裁件有以下結(jié)構(gòu)特點(diǎn):

(1)沖裁件左、右成形，彎曲形狀及尺寸以中心對(duì)稱(chēng)。

(2)主視圖上左、右兩邊孔也基本呈對(duì)稱(chēng)狀，只是左邊多了2個(gè)孔 (特形孔及特形孔右邊的1個(gè)孔)。

(3)俯視圖左、右兩邊孔及壓臺(tái)孔呈完全對(duì)稱(chēng)狀。

(4)沖裁件上、下兩邊呈典型的不對(duì)稱(chēng)狀。一邊是復(fù)雜的曲面成形，深度達(dá)42 mm;而另一邊卻是簡(jiǎn)單的折彎，高度僅為6 mm。

從圖1可以看出，該沖裁件是一個(gè)較為復(fù)雜的零件，必需通過(guò)沖孔模→落料?！尚文！袛嗄！鷫号_(tái)?！蹚澞５纫幌盗袥_壓工藝手段才能完成零件的成形。因此，合理的工藝方案的設(shè)計(jì)，即零件的展開(kāi)排樣→沖孔→落料→成形→切斷→壓臺(tái)→折彎等一系列沖裁、成形工藝順序的安排，不僅影響沖裁件的質(zhì)量，而且對(duì)模具的壽命和生產(chǎn)效率都有著非常大的影響。

2.方案確定

首先，對(duì)該沖裁件進(jìn)行展開(kāi)，如圖2所示。

從沖裁件的展開(kāi)圖可以看出，僅從沖孔、落料、壓臺(tái)和側(cè)耳成形方面，該沖裁件的上下不對(duì)稱(chēng)性都不足以影響到工件的質(zhì)量和模具性能。但在引伸成形模設(shè)計(jì)方面，如果直接引伸成形，則成形模壓力中心與沖頭把的中心即壓力機(jī)的施力中心就會(huì)發(fā)生嚴(yán)重偏離，導(dǎo)致產(chǎn)生偏彎矩。不僅造成壓力機(jī)的導(dǎo)軌和成形模的導(dǎo)向機(jī)構(gòu)產(chǎn)生不均勻磨損，而且使成形模發(fā)生傾斜，間隙不均勻，刃口迅速鈍化，沖裁件成形質(zhì)量降低，成形模壽命縮短。

圖2 沖裁件展開(kāi)圖

通過(guò)以上分析，零件在引伸成形環(huán)節(jié)如果是上下、左右對(duì)稱(chēng)的話，不僅對(duì)壓力機(jī)有好處，而且零件的成形質(zhì)量和模具的使用壽命都有很大的提高。

鑒于此，設(shè)想對(duì)這個(gè)不對(duì)稱(chēng)的沖裁件在引伸成形工序前采用合二為一的辦法，同時(shí)，考慮到在后續(xù)沖特形孔時(shí)方便將它分離成2個(gè)零件，使其成為對(duì)稱(chēng)的沖裁件 (見(jiàn)圖3)。圖3中2個(gè)特形孔及2個(gè)矩形是在引伸成形工序完成后，采用沖孔工序完成特形孔的沖壓和零件分離。

圖3 對(duì)稱(chēng)成形件方案設(shè)計(jì)

這樣一來(lái)，就解決了零件在引伸成形時(shí)模具壓力中心與沖頭把的中心嚴(yán)重偏離的問(wèn)題。

由于該沖裁件料厚δ=2 mm，屬于δ＞1.5 mm，所以所有模具的卸料、壓料方式均采用固定卸料裝置。

(1)第一步:沖孔。由于主視圖與俯視圖上孔成形后不在一個(gè)平面，為了避免圖1俯視圖上的孔產(chǎn)生形變，所以對(duì)不同兩個(gè)面上的孔要分次進(jìn)行，即需要2副沖孔模。

另外，由于主視圖上的特形孔與其右邊φ6.2 mm孔外輪廓最小距離僅為2.1 mm，距離太小，所以沖特形孔還需與沖主視圖上的其他孔分開(kāi)進(jìn)行。因此，在確定方案時(shí)就考慮將沖特形孔與分離零件一起進(jìn)行。

(2)第二步:落料。根據(jù)該沖裁件的材料厚度(δ=2 mm)及形狀特征 (類(lèi)似矩形)，落料沖裁設(shè)計(jì)為四周搭邊，搭邊統(tǒng)一選為數(shù)值3 mm。沖孔落料排樣如圖4所示。

圖4 排樣圖

(3)第三步:成形。從圖3可以看出，采用一模兩件的方案后，原來(lái)不對(duì)稱(chēng)的沖裁件就變成了一個(gè)完全對(duì)稱(chēng)的沖裁件。這樣，不但能使引伸成形模的布局設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，而且模具導(dǎo)向和壓力機(jī)導(dǎo)軌的受力都非常有利。引伸成形后的零件如圖3所示。

(4)第四步:沖特型孔及零件分離。引伸成形工序完成后，采用一副沖孔模沖掉圖3中陰影部分的2個(gè)特形孔及2個(gè)矩形。這一工序完成了該沖裁件上特型孔的沖裁、需要折彎的另一邊的兩端缺口的沖裁及兩個(gè)完全相同的半成品的分離。

(5)第五步:成形面沖孔。兩個(gè)完全相同的半成品分離后，采用獨(dú)立的沖孔模對(duì)該沖裁件的成形面的6個(gè)孔沖孔工序 (見(jiàn)圖5)。

圖5 沖孔

(6)第六步:側(cè)耳及凸臺(tái)成形。鈑金件 (見(jiàn)圖1)俯視圖上的沖孔工序完成后，就可以對(duì)側(cè)耳進(jìn)行折彎成形了 (見(jiàn)圖6)，在這副折彎模設(shè)計(jì)中，還可以將兩處凸臺(tái)一次成形。即側(cè)耳第一次成形還包括壓兩處凸臺(tái)工序。

圖6 側(cè)耳及凸臺(tái)成形

(7)第七步:側(cè)耳二次成形。側(cè)耳第一次成形后，以與成形側(cè)耳面相對(duì)應(yīng)的平行面上的任意兩孔定位，然后再對(duì)側(cè)耳進(jìn)行二次成形 (見(jiàn)圖7)。

圖7 側(cè)耳二次成形

(8)第八步:主視圖小凸邊折彎成形。最后在數(shù)控折彎?rùn)C(jī)上對(duì)圖1所示主視圖的另一邊進(jìn)行折彎，至此這個(gè)汽車(chē)座椅沖裁件就徹底完成了 (見(jiàn)圖8)。

圖8 成形后的沖裁件

綜上所述，完成這一汽車(chē)座椅上的鈑金件就需要沖孔模1、落料模、引伸成形模、沖孔模2(見(jiàn)圖6)、沖孔模、側(cè)耳成形模、壓臺(tái)和側(cè)耳二次成形模共7副冷沖模。

3.模具設(shè)計(jì)及制造

通過(guò)以上對(duì)這個(gè)汽車(chē)座椅沖裁件成形工序進(jìn)行分解，設(shè)計(jì)出合理的成形工藝方案后，其一系列模具的設(shè)計(jì)過(guò)程就變得簡(jiǎn)單、明晰了。

(1)模具設(shè)計(jì)。作為沖孔、落料、側(cè)耳打彎成形及壓臺(tái)等模具的設(shè)計(jì)只要毛坯或半成品定位可靠、間隙取值合理、卸料方便，模具的設(shè)計(jì)基本不存在什么問(wèn)題。

這里要說(shuō)的就是上述第三步中成形模的設(shè)計(jì):①在以上的措施中已經(jīng)將沖裁件的成形進(jìn)行了調(diào)整，使其成為對(duì)稱(chēng)成形，避免了成形模諸多的不足。②沖裁件的材料為 Q235，這是一種屈服極限為235 MPa左右的低碳鋼，強(qiáng)度、塑性等性能均較好。③沖孔、落料后，沖裁件上有了許多可以定位的孔，選取其中2個(gè)尺寸在φ6～φ8 mm范圍內(nèi)的孔進(jìn)行定位即可。④根據(jù)黑色金屬?gòu)澢鷨蚊骈g隙Z/2=t(1+n)，其中n是根據(jù)彎曲件高度H和彎曲線長(zhǎng)度B而決定的系數(shù)。我們知道沖裁件材料厚度t=2 mm，H=42 mm，B=352 mm。由此可見(jiàn)，B＞2H，根據(jù)表查到n=0.15，則單面間隙為2.3 mm。

當(dāng)這些細(xì)節(jié)問(wèn)題都得到妥善處理后，成形模的設(shè)計(jì)就會(huì)達(dá)到事半功倍的效果。

一般情況下，沖裁模的凸凹模我們都會(huì)采用工具鋼T8A、T10A，輔助的卸料板、固定板采用Q235鋼，模架一般采用相應(yīng)大小的標(biāo)準(zhǔn)模架。

(2)模具制造。對(duì)于沖裁件中沖孔模、落料模、成形模、側(cè)耳打彎成形模及壓臺(tái)中凸模、凹模、卸料板、固定板及墊板等的制造，無(wú)非就是一些車(chē)、銑、刨和磨等的基礎(chǔ)加工，在模具制造上根本不存在什么問(wèn)題。

4.試用效果

該沖裁件成形系列模具設(shè)計(jì)、制作和裝配完成后，經(jīng)過(guò)試模，結(jié)果顯示，工藝性良好，沖裁件尺寸及外觀完全符合圖樣要求，成功實(shí)現(xiàn)了這個(gè)沖裁件從坯料到成形零件的轉(zhuǎn)變。

5.結(jié)語(yǔ)

該沖裁件的完成，不但滿足了生產(chǎn)需要，而且為需要引伸成形要求的、兩邊成形力量懸殊的、非對(duì)稱(chēng)類(lèi)沖裁件的制造積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)，同時(shí)也大大提高了我們?cè)O(shè)計(jì)沖裁件工藝方案的水平。