車架內(nèi)外縱梁一體成形模具設(shè)計(jì)與應(yīng)用

文/徐迎強(qiáng)、湯敏、劉程、張國(guó)兵·安徽江淮汽車股份有限公司

車架內(nèi)外縱梁一體成形模具設(shè)計(jì)與應(yīng)用

文/徐迎強(qiáng)、湯敏、劉程、張國(guó)兵·安徽江淮汽車股份有限公司

縱梁是卡車車架的骨架部分，傳統(tǒng)生產(chǎn)流程為內(nèi)外縱梁各自成形后裝配鉚接，存在工裝開(kāi)發(fā)成本高、鉚焊裝配困難及需要削減縱梁的抗彎強(qiáng)度等問(wèn)題，本文分析了內(nèi)外縱梁一體成形工藝設(shè)計(jì)及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的特點(diǎn)，并將制造加工出的模具成功應(yīng)用于多個(gè)項(xiàng)目中。

縱梁是卡車車架的骨架部分，縱梁長(zhǎng)度一般為5～10m不等，從其斷面來(lái)看汽車車架縱梁是典形的U形件，包括內(nèi)縱梁和外縱梁零件。一般傳統(tǒng)成形工藝，汽車車架縱梁內(nèi)外板是各自落料沖孔，各自成形，模具開(kāi)發(fā)成本高，成形后考慮精度存在差異，容易造成縱梁內(nèi)外板裝配孔位置不吻合，導(dǎo)致鉚焊裝配困難，且內(nèi)外板形面因不吻合導(dǎo)致裝配間隙大，裝配間隙大會(huì)削減縱梁的抗彎強(qiáng)度。

內(nèi)外縱梁一體成形是在一副模具中完成內(nèi)外縱梁的成形，主要工藝流程包括：①首先將車架縱梁內(nèi)、外板各自落好料，預(yù)留塞焊孔位；②將各自落好的車架縱梁內(nèi)、外板料按照裝配的位置塞焊在一起，并打磨處理；③將焊接在一起的車架縱梁內(nèi)、外板放入縱梁成形模里成形。本工藝避免了縱梁內(nèi)外板各自成形孔位置不對(duì)位造成裝配困難的問(wèn)題，并且裝配間隙也很小，提高縱梁的抗彎強(qiáng)度，減少成形模具投資成本并降低生產(chǎn)成本，應(yīng)用前景廣闊。

零件工藝性分析

圖1 內(nèi)外縱梁零件圖（A外梁、B內(nèi)梁）

圖1為內(nèi)外縱梁零件圖，零件材料都為B510L（屈服強(qiáng)度≥355MPa，抗拉強(qiáng)度為510～630MPa，延伸率≥24%），內(nèi)縱梁厚度為3.0mm，外縱梁厚度為5.0mm，外觀尺寸為5722mm（內(nèi)梁為5007mm）×170mm×131mm，臺(tái)階落差為50mm，內(nèi)縱梁內(nèi)外R角為3mm及6mm，外縱梁內(nèi)外R角為5mm及10mm。該產(chǎn)品的主要技術(shù)要求：生產(chǎn)節(jié)拍（≥3.5SPM）、張口度（0～2mm）、上下翼面不齊度（±1mm）、扭曲度（3mm）、翹曲度（4mm）、臺(tái)階落差（±2mm）及面品（在全長(zhǎng)范圍內(nèi)，上下翼面及腹面不得有起皺、拉毛、暗傷和裂紋等缺陷）。

由于內(nèi)外縱梁一體成形工藝的特點(diǎn)，內(nèi)梁外R角與外梁內(nèi)R角設(shè)計(jì)一致，考慮最小內(nèi)R角要求（內(nèi)R≥料厚t）及零件回彈控制特點(diǎn)，外梁內(nèi)R角從R5→R6mm。在外梁落料沖孔模不調(diào)整的基礎(chǔ)上，板料R角處中性層弧長(zhǎng)變更：△L=L變更后-L變更前=(2+п×7.5/2)-п×8.5/2=0.42(mm)，如圖2所示，因此外梁翼面料邊及孔位向翼面上方移動(dòng)0.42mm?？紤]內(nèi)外梁孔位同心要求及現(xiàn)有內(nèi)梁落料沖孔工藝方案（等離子切割+數(shù)控沖），同步調(diào)整內(nèi)梁翼面料邊及孔位向翼面上方移動(dòng)0.42mm。根據(jù)車架裝配中縱梁鉚接孔直徑（φ11mm）與鉚釘直徑（φ10mm）相差1mm，孔位變更在公差范圍內(nèi)，不影響鉚接操作，同時(shí)裝配件裝配精度均用相應(yīng)工裝夾具保證，因此裝配件（橫梁及支架等）不作調(diào)整。

圖2 板料R角處中性層弧長(zhǎng)

現(xiàn)有外梁變截面圓角如圖3所示，僅為R15～R25mm，而凸R多料處模具較易磨損、易多料；凹R少料處翻邊容易開(kāi)裂或者變薄率超差，同時(shí)由于過(guò)渡區(qū)圓角小，零件成形后變形均勻性相差大，零件成形后容易產(chǎn)生形面扭曲。圖4為成形仿真結(jié)果，經(jīng)產(chǎn)品核對(duì)提出ECR，其過(guò)渡圓角R15mm調(diào)整為R85mm，R25mm調(diào)整為R95mm。

圖3 外梁變截面圓角

圖4 成形仿真結(jié)果

模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

圖5和6為車架內(nèi)外縱梁一體成形模斷面圖，它是典形的成形模結(jié)構(gòu)，凸模在上，凹模和托料板在下，由機(jī)床頂桿提供托料力。本模具凸模、凹模采用鑲塊拆換的拼接方式，凸模成形鑲塊固定于凸模固定座上，凹模成形鑲塊固定于凹模固定座上。固定座以T形螺栓和銷釘固定在相應(yīng)模架上，生產(chǎn)不同產(chǎn)品時(shí)，采用抽、插、平移鑲塊的形式組合不同結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)快速換模。

圖5 車架內(nèi)外縱梁一體成形模斷面圖（單梁區(qū)域）

圖6 車架內(nèi)外縱梁一體成形模斷面圖（雙梁區(qū)域）

圖7 導(dǎo)正銷及卸料桿裝配圖

圖7為導(dǎo)正銷及卸料桿裝配圖。導(dǎo)正銷通過(guò)導(dǎo)正銷固定板以螺釘固定在凸模成形鑲塊上，后端裝配上彈簧及彈簧固定板，彈性結(jié)構(gòu)可防止零件定位不準(zhǔn)后導(dǎo)正銷無(wú)法導(dǎo)入零件孔產(chǎn)生干涉。導(dǎo)正銷材質(zhì)為調(diào)制處理的45鋼，導(dǎo)正銷工藝孔數(shù)量需根據(jù)產(chǎn)品形狀及長(zhǎng)度來(lái)定，本模具用5個(gè)導(dǎo)正銷工藝孔，右側(cè)整個(gè)平面段設(shè)置3個(gè)導(dǎo)正銷，工藝孔徑為φ28mm，其中左側(cè)變截面段設(shè)置2個(gè)導(dǎo)正銷，考慮板料流動(dòng)采用腰形孔，工藝孔徑為25mm×40mm，導(dǎo)正銷導(dǎo)入長(zhǎng)度要足夠長(zhǎng)，保證在成形之前20mm準(zhǔn)確定位。

圖8 凸模臺(tái)階造形

圖9 模具實(shí)物圖

圖10 零件實(shí)物圖

由于車架縱梁成形到底時(shí)縱梁零件包裹在凸模上，需要進(jìn)行強(qiáng)制卸料，本模具卸料為彈簧彈性卸料，卸料行程為60mm，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，模具的卸料力不小于成形力的6%，本模具卸料力不小于1800kN，一個(gè)TM70的彈簧卸料力為16kN，需安裝彈簧113個(gè)，且等截面區(qū)域均勻分布，變截面區(qū)域分布加密。

在產(chǎn)品內(nèi)梁端頭處，凸模設(shè)置臺(tái)階造形，考慮內(nèi)梁下料工藝的公差，模具上臺(tái)階變更位置超出止口3mm，避免成形時(shí)模具與料片干涉，影響成形效果，臺(tái)面位置光滑圓角過(guò)渡處理，如圖8所示。

實(shí)物及生產(chǎn)驗(yàn)證

根據(jù)上述設(shè)計(jì)工裝結(jié)構(gòu)圖，設(shè)計(jì)加工出內(nèi)外縱梁一體成形模具，上模與下模實(shí)物如圖9所示，利用該模具進(jìn)行了零件試制，試制零件如圖10所示，經(jīng)三坐標(biāo)精度檢測(cè)，各項(xiàng)指標(biāo)達(dá)標(biāo)，裝車時(shí)孔位一致性提高，車架總成精度合格。

結(jié)束語(yǔ)

本文研究應(yīng)用內(nèi)外縱梁一體成形模具，研究了工藝設(shè)計(jì)及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的特點(diǎn)，并將設(shè)計(jì)加工出的模具成功應(yīng)用于多個(gè)項(xiàng)目中。本工藝避免了縱梁內(nèi)外板各自成形孔位置不對(duì)稱造成裝配困難的問(wèn)題，并且裝配間隙也很小，提高縱梁的抗彎強(qiáng)度，減少成形模具投資成本并降低生產(chǎn)成本，應(yīng)用前景廣闊。

徐迎強(qiáng)，工程師，主要從事車身沖壓過(guò)程CAE仿真，工藝文件編制、模夾具調(diào)試、品質(zhì)基準(zhǔn)書(shū)編制及公差分析工作，主持完成調(diào)試瑞風(fēng)M3項(xiàng)目獲得安徽省省級(jí)科技成果獎(jiǎng)，擁有14項(xiàng)專利。