汽車防濺板工藝改進及模具設(shè)計

韓耀東，韓明彥

（武漢中人瑞眾汽車零部件產(chǎn)業(yè)有限公司，湖北武漢 430073）

1 引言

防濺板是安裝在汽車車輪剎車盤附近，起到擋泥板的作用，每車4件，分前后左右防濺板。由于車型的不同，其尺寸和形狀會有差異，但基本形式和功能是相同的，是汽車上必不可少的一個制件，有效地防止剎車盤和剎車片之間進入異物，影響制動安全。同時，由于制件安裝在底盤下面，距離運動件較近，對尺寸、型面、毛刺、防腐蝕都有嚴格的要求。良好的沖壓工藝和完善的模具結(jié)構(gòu)，對該制件的生產(chǎn)成本降低、批量生產(chǎn)的質(zhì)量穩(wěn)定性以及高效生產(chǎn)都有很大的好處。這里僅就沖壓工藝優(yōu)化改進和模具結(jié)構(gòu)方面的設(shè)計思路，進行簡單介紹。

2 制件沖壓工藝分析

某汽車防濺板（前后防濺板，左右件對稱）如圖1所示，材料DC01，料厚0.8mm，制件有平面度要求，沖壓毛刺高度≤0.2mm，表面有電泳漆涂覆。

圖1 防濺板

該制件輪廓形狀比較簡單，材料成形容易，模具結(jié)構(gòu)和工藝方案相對也比較簡單。為降低成本和簡化生產(chǎn)工序，考慮將左右件拼在一起開發(fā)模具。而且前后防濺板的形狀大體相似，所以工藝方案也相似。最初，分析的沖壓工藝方案是：①塊料拉伸；②修邊沖孔；③翻邊成形；④沖孔分離。

3 原始工藝生產(chǎn)過程及優(yōu)缺點

原來的生產(chǎn)工藝如圖2所示，前后防濺板（左右件）的工藝流程分別是：

圖2 原始沖壓工藝圖

這種生產(chǎn)方式的優(yōu)點是：左右件連體生產(chǎn)，生產(chǎn)工藝簡潔，操作方便，最后一道序才分離為左右2個制件。

（1）塊料成雙拉伸模。將制件的所有形狀直接拉伸出來，包括到底打?。ǚ吅驼蹚澝鏁翰怀尚危?。

（2）修邊沖孔模具，制件用外形定位，將外形的翻邊部分進行修邊，局部需要成形的部位也進行修邊，對不易變形的部位完成沖孔。

（3）翻邊成形模具。制件用外形和孔定位，完成翻邊和局部成形，到底時，實現(xiàn)整形功能，確保制件的型面尺寸、平面度要求。

（4）沖孔分離模具。制件用外形和孔定位，將已經(jīng)成形好的制件進行沖孔、局部切斷分離，使2件連體的制件分離為左右2個制件。

這種生產(chǎn)方式有以下缺點：

需要4臺沖床進行生產(chǎn)，生產(chǎn)工序較長，需要的人工數(shù)量較多，人力成本、設(shè)備成本、模具成本都增加，生產(chǎn)管理相對復(fù)雜一些，生產(chǎn)效率較低。

4 改進后的沖壓工藝設(shè)計

由于這種制件的生產(chǎn)批量較大，任務(wù)較重，類似產(chǎn)品的品種較多，這種生產(chǎn)方式雖然沒有什么明顯的弊端，但還是難以適應(yīng)市場競爭的要求。特別現(xiàn)階段，汽車行業(yè)競爭激烈，企業(yè)的用工成本、設(shè)備成本較高，市場上沖壓費用較低，這一矛盾的出現(xiàn)，迫切需要濃縮生產(chǎn)和簡化生產(chǎn)工序，提高生產(chǎn)效率。為適應(yīng)當(dāng)前的市場競爭環(huán)境，考慮在原來的工藝基礎(chǔ)上進行優(yōu)化改進，采用2工序的生產(chǎn)方式，具體方案如圖3所示。

圖3 優(yōu)化后的沖壓工藝圖

這種生產(chǎn)方式，是將原來的4工序生產(chǎn)濃縮為2工序生產(chǎn)，其基本的沖壓內(nèi)容不變。整個生產(chǎn)過程，只需要2臺設(shè)備、2副模具，機床每沖壓一次，生產(chǎn)出左右2個制件：

第一工序。拉伸修邊沖孔模具：這道工序是塊料拉伸，一模二件連體生產(chǎn)，模具先拉伸，當(dāng)毛坯拉伸成形基本完成時，模具在即將到底的瞬間進行修邊沖孔。這道序是將原工藝方案的第一、第二道工序濃縮到一副模具中完成。

第二工序。翻邊成形沖孔分離模具：將上工序的半成品工序件轉(zhuǎn)入這副模具中，工序件以外形和孔定位，對制件進行周邊翻邊和局部壓彎成形，在模具即將到底的瞬間進行沖孔分離，并且在模具到底時實現(xiàn)整形功能。這道序是將原工藝方案的第三、第四道工序濃縮到一副模具中完成。

5 模具結(jié)構(gòu)及其工作過程

前防濺板（左右件）的模具結(jié)構(gòu)及設(shè)計要點（后防濺板的模具結(jié)構(gòu)類似，不再單獨描述）。

（1）前防濺板（左右件）拉伸修邊沖孔模具的結(jié)構(gòu)，如圖4所示。

圖4 前防濺板（左右件）拉伸修邊沖孔模具

該模具是鋼板模具，模具導(dǎo)向4個，目的是確保模具的運行具有良好精度，由于制件的材料較薄，成形工藝較復(fù)雜，刃口間隙必須得到很好保證。

上模是拉伸的凹模，分型面上有拉伸筋槽，同時中間的凹模部分又是活動的結(jié)構(gòu)，它既是拉伸的凹模部分，又是修邊沖孔的頂出器，頂出器的后面安裝有沖孔的凸模，當(dāng)模具到底時，凸模伸出頂出器約1.2倍料厚的長度，另外，型腔的周邊隨著頂出器的后退，凹模刃口也露出1.2倍料厚的長度。頂出器上面的氮氣缸力量足夠大，要充分滿足拉伸成形的力量要求。同時在模具工作的初始階段，各型面之間的配合必須構(gòu)成一個完整的型腔，不允許出現(xiàn)高低臺階差，防止制件在成形之前產(chǎn)生沖裁現(xiàn)象。分型面上還布置了一些小的彈頂銷，便于制件脫模。

下模是由凸凹模和卸料板組成，卸料板相當(dāng)于拉伸模具的壓力板，其上面布置有拉伸筋和定位釘、浮料彈頂銷、平衡塊，下面氮氣缸的力量較大，滿足拉伸成形過程中，材料成形充分、不起皺的功能。凸凹模相當(dāng)于拉伸的凸模，也是修邊沖孔的凸凹模，沖壓的大廢料通過頂出器頂出（頂出器在初始狀態(tài)應(yīng)與凸凹模型面平齊），小廢料直接下漏到模具的下面。廢料框和制件一起從分型面拿出來，再沖壓下一個制件。

（2）前防濺板（左右件）翻邊成形沖孔分離模具的結(jié)構(gòu)，如圖5所示。

圖5 前防濺板（左右件）翻邊成形沖孔分離模具

該模具同樣是鋼板模具，模具導(dǎo)向4個，目的是確保模具的運行具有良好精度，由于制件的材料較薄，成形工藝較復(fù)雜，刃口間隙必須得到很好保證。

上模是翻邊成形的凸模，上模布置有退料彈頂銷，同時也是沖孔分離的卸料板，這個凸模是活動的，通過沖孔的大凸模和小導(dǎo)柱導(dǎo)向，后面的氮氣缸壓力較大，滿足在沖孔分離之前完成翻邊成形的功能。上模同時還裝有沖孔分離及成形壓彎的固定凸模，模具工作的初期，這些凸模是沒有伸出翻邊凸模的表面的，只有模具即將到底是才伸出1.2倍料厚的長度，實現(xiàn)沖孔修邊。

下模是由翻邊成形的凹模和頂出器組成，頂出器相當(dāng)于沖孔分離的凹模，也是工序件型面和孔定位的基礎(chǔ)。頂出器上布置有小型的浮頂銷，方便取件。頂出器與凹?；瑒优浜?，同時還有小導(dǎo)柱導(dǎo)向，保證沖孔分離的刃口間隙。沖壓廢料從模具的下方露出，制件從分型面取走。頂出器下面的氮氣缸力量較大，充分壓住制件，防止制件在翻邊成形的過程中產(chǎn)出移動變形。模具到底時，翻邊凸模和頂出器之間形成鐓壓，對制件進行最后的整形。制件從分型面拿出來之后，再沖壓下一個制件。

在實際的生產(chǎn)過程中，希望沖壓的工序越少越好。如果制件的翻邊量足夠，模具的強度能夠?qū)崿F(xiàn)，工藝可以做到更加濃縮，如圖6所示的防濺板就是一個典型實例，材料為1mm厚的鋁板。

圖6 防濺板

通常情況下的沖壓工藝為（左右件連體沖壓）：①塊料拉伸；②修邊沖孔；③翻邊成形；④沖孔分離。經(jīng)過仔細分析，模具強度足夠，考慮將4道工序濃縮到一副模具中，直接完成整個制件的生產(chǎn)過程。模具結(jié)構(gòu)如圖7、圖8所示。

圖7 模具結(jié)構(gòu)（3D圖）

圖8 沖壓成形及模具結(jié)構(gòu)

（3）模具工作過程。

a.塊料依靠外形定位，先利用氮氣缸的力量，通過件3拉伸壓料板、件4活動拉伸凹模、件5固定拉伸凸模共同作用，完成制件的拉伸成形工序；此時件3到底不再運動了。

b.模具繼續(xù)下行，件4繼續(xù)回退，件2修邊凸模下行，與件1修邊凹模作用，完成修邊工序。

c.模具再繼續(xù)下行，件2翻邊凹模與件3作用，完成翻邊工序。

d.模具再繼續(xù)下行，件4繼續(xù)回退到底，件6沖孔凸模下行，與件5沖孔凹模作用，完成沖孔、修邊、打印工序。此時模具的工作全部完成，模具上行，可以進行下一個制件的生產(chǎn)過程。

該沖壓工藝的設(shè)計及模具結(jié)構(gòu)的布置，使生產(chǎn)效率得到進一步的提高，而且整個生產(chǎn)過程順利流暢，效果非常不錯。

6 結(jié)論

該制件的生產(chǎn)過程，經(jīng)歷幾種方案、各種模具結(jié)構(gòu)的對比實施，從實際生產(chǎn)的效果看，幾種方案的生產(chǎn)都很順利，制件質(zhì)量也非常好，完全滿足了制件的技術(shù)要求，能夠形成長期穩(wěn)定的生產(chǎn)能力。問題也是顯而易見的，原始方案，工序長、模具多，占用設(shè)備資源和人力資源也較多。經(jīng)改進后，生產(chǎn)效率提高50%；原始方案是4臺設(shè)備，需要4人操作，每沖次生產(chǎn)1對制件；現(xiàn)在濃縮工序生產(chǎn)，每沖次也是1對件，所需設(shè)備和人員更少，班產(chǎn)能沒有變化。這種生產(chǎn)模式，提高了生產(chǎn)效率，解決了設(shè)備和人員的資源問題，大大降低了生產(chǎn)成本，提高了生產(chǎn)競爭力。