棚車側(cè)板成形工藝分析及模具設(shè)計(jì)

文/張顯鶴·湖南省邵陽學(xué)院機(jī)械與能源工程系

棚車側(cè)板成形工藝分析及模具設(shè)計(jì)

文/張顯鶴·湖南省邵陽學(xué)院機(jī)械與能源工程系

從 P60棚車到P80棚車的側(cè)板平面度始終困擾側(cè)墻組裝質(zhì)量，是一個(gè)慣性質(zhì)量的問題，提高整體組裝側(cè)墻整體平面度，提高產(chǎn)品的商品化，是解決這一問題的重要途徑。

工藝分析

P80棚車的側(cè)板每輛車28個(gè)，以往棚車側(cè)板平面度沖壓成形后在40～60mm左右，影響整車的商品化。側(cè)板是典型的起伏成形件，尺寸為2.3×810×2760（mm×mm×mm）。板料的厚度僅為2.3mm，材質(zhì)為耐候鋼板，其屈服強(qiáng)度為480MPa，具有剛度大、外形美觀等特點(diǎn)。

利用JSTAMP等軟件對(duì)側(cè)板的成形進(jìn)行模擬分析，詳見圖1，藍(lán)色代表成形變形平面度大，紅色代表板料的變薄，灰色代表變形平面度小，從成形的面積分布確定側(cè)板的筋排布。利用JSTAMP軟件對(duì)6種筋進(jìn)行了模擬分析，每次模擬分析相當(dāng)于試驗(yàn)調(diào)整模具一次，最終選擇了變形相對(duì)較小的筋方案（圖2）進(jìn)行設(shè)計(jì)模具。

圖1 側(cè)板成形分析圖

模具的設(shè)計(jì)

沖裁力P約為1049t，模具工件的卸料力和推料力取沖裁力的4%為42t。總工件的外形尺寸較大，沖裁力=1049+42=1091t，選用2600t的油壓機(jī)，沖裁力遠(yuǎn)小于設(shè)備的額定壓力。

數(shù)學(xué)模型是根據(jù)工藝試驗(yàn)的結(jié)果和JSTAMP模擬分析確定的筋型分布，同時(shí)根據(jù)壓型和落料的間隙值、拉延圓角、拔模斜度和板料展開尺寸確定的。模具結(jié)構(gòu)詳見圖3，數(shù)學(xué)模型是Creo2.0三維軟件模具設(shè)計(jì)的核心和基礎(chǔ)，筋深12mm調(diào)整到11mm，壓型后回彈10mm，壓型間隙取板厚的20%，落料間隙取板厚的6%，成形和拉延圓角取R3，成形凸模的拔模斜度取1°，當(dāng)數(shù)學(xué)模型變動(dòng)時(shí)，模具的壓型鑲塊、落料刃、壓邊圈等關(guān)鍵部件隨之而動(dòng)，保證模具設(shè)計(jì)的質(zhì)量和準(zhǔn)確度，板料的展開尺寸優(yōu)化到2.3×847×2750（mm×mm×mm）。

圖2 側(cè)板工件圖

圖3 側(cè)板壓型落料復(fù)合模具示意圖

模具單側(cè)成形最小間隙為0.23mm，雙側(cè)間隙值為0.46mm，為減少成形的阻力，適當(dāng)放大模具的間隙，保證成形的流暢，雙側(cè)間隙值設(shè)計(jì)為0.92mm，間隙取在凸模上，略有拔模斜度，方便工件的卸料。凸凹模最小拉延圓角應(yīng)為材料厚度的1～2倍，上下鑲塊最小彎曲半徑R5mm設(shè)計(jì)為R3mm，保證工件的棱線清晰。

模具壓型終了時(shí)，保證凸凹模和工件的剛性接觸，凹模的上表面和下模體的上表面、凸模兩翼的下表面和上模體的下表面完全一致，對(duì)工件具有校形作用，保證工件的平面度盡可能小。模具壓邊力的調(diào)整，提高零件的成形質(zhì)量和平面度，模具在成形過程中需要穩(wěn)定的壓邊力。以往都是在模具上加裝聚氨酯彈簧或者鐵素體彈簧。壓邊力隨聚氨酯彈簧使用時(shí)間的增加而衰減，壓邊力隨鐵素體彈簧壓縮量的變化而變化，當(dāng)模具初始?jí)哼吜π枰^大時(shí)，聚氨酯彈簧不能提供，當(dāng)模具最終壓邊力需要較小時(shí)，鐵素體彈簧不能減少，兩者均存在壓邊力不確切的缺點(diǎn)。

模具的壓邊力利用油壓機(jī)的壓邊裝置提供，可以隨時(shí)隨地提供所需要的壓邊力，模具預(yù)壓行程為12mm，保證壓邊力在壓型之前充分地作用到板料上，設(shè)備的壓邊裝置通過模具的打桿、傳力板、傳力桿作用到模具的壓邊圈上，從而壓住板料，實(shí)現(xiàn)板料既不被拉裂，在工件周邊部位也不出現(xiàn)皺褶，實(shí)現(xiàn)模具和設(shè)備的有機(jī)結(jié)合，保證產(chǎn)品的商品化。

P70側(cè)板（包括C70、C80側(cè)門板）的復(fù)合模下模體四面?zhèn)瓤蚴欠煮w結(jié)構(gòu)，四面用M36的螺栓固定后，再與底座連接，使用一段時(shí)間后，連接的結(jié)合部位出現(xiàn)壓型和落料工作時(shí)間隙放大，自由狀態(tài)下回縮。隨著使用時(shí)間加長，模具的落料間隙加大，工件斷面出現(xiàn)長大的毛刺。下模體采用整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，模體的高度為450mm。壓邊圈和傳力板的原始結(jié)構(gòu)與下模體的側(cè)框類似，本次設(shè)計(jì)采用整體結(jié)構(gòu)，因其受力較大，預(yù)制24個(gè)工藝孔，釋放鑄造和機(jī)械加工的應(yīng)力，防止其受力后變形，影響傳力的均勻性和穩(wěn)定性。

卸料裝置采用整體彈簧盒結(jié)構(gòu)，可以整體吊運(yùn)，避免模具調(diào)整和維修時(shí)，卸料螺釘需要完全拆除，縮短模具調(diào)整和維修時(shí)間。上下落料刃采用四面使用結(jié)構(gòu)，提高了模具的使用壽命，如圖4所示。

圖4 上下落料刃圖

模具的制造，模具的上下鑲塊按數(shù)學(xué)模型的發(fā)布集合、復(fù)制幾何的設(shè)計(jì)理念進(jìn)行設(shè)計(jì)，鑲塊的材質(zhì)采用Dc53（瑞典模具材料牌號(hào)），壓型鑲塊粗加工后進(jìn)行熱處理，再整體加工成形鑲塊，保證模具的間隙量完全均勻，消除以往模具鑲塊熱處理變形無法克服的制造精度問題，減少板材成形中出現(xiàn)縮頸或斷裂的趨勢，詳見圖5。

圖5 模具加工照片圖

結(jié)束語

P80棚車側(cè)板采用內(nèi)外封閉環(huán)筋結(jié)構(gòu)，與P70棚車采用5道筋的側(cè)板相比，變形后平面度明顯降低。拉延脹形模具的間隙值可以適當(dāng)放大到板料厚度的20%。