汽車水箱主板折彎沖孔復(fù)合模設(shè)計(jì)

朱澤華，袁 軍，朱鳳波，朱曉亮

深圳技師學(xué)院（廣東深圳 518116）

1 引言

迅猛發(fā)展的中國(guó)汽車工業(yè)為國(guó)內(nèi)的汽車零部件模具行業(yè)帶來(lái)了廣闊的發(fā)展空間。2018年全年累計(jì)生產(chǎn)汽車2,800萬(wàn)輛，而一輛汽車需要的模具大概是1,500副，模具是工業(yè)生產(chǎn)中重要的工藝裝備，是國(guó)民經(jīng)濟(jì)各部門發(fā)展的重要基礎(chǔ)之一。對(duì)沖壓生產(chǎn)而言，單工序模具結(jié)構(gòu)單一，生產(chǎn)效率低，尤其對(duì)于一些復(fù)雜的鈑金件需要多副單工序模具才能實(shí)現(xiàn)，這樣的結(jié)果是費(fèi)時(shí)費(fèi)力。隨著目前人力成本不斷攀升，產(chǎn)能壓力的不斷加大，研發(fā)高效率高質(zhì)量的模具顯得非常緊迫。

汽車水箱又稱散熱器，是汽車?yán)鋮s系統(tǒng)中的主要機(jī)件，其作用是散發(fā)熱量，冷卻水在水套中吸收熱量，流到散熱器后熱量散去，再回到水套內(nèi)循環(huán)，達(dá)到調(diào)節(jié)汽車發(fā)動(dòng)機(jī)溫度的目的。而水箱主板是汽車水箱的重要組成部件，水箱主板是鋁制零件，通過(guò)模具將板材進(jìn)行沖壓得到所需要形狀及尺寸。水箱主板沖壓模具通常包含4副單沖模具，按照從前到后的順序可以分為：成形模、修邊模、折彎模、沖槽模，即水箱主板的沖壓需要使用到較多的模具，效率較低，并且，需要重復(fù)進(jìn)行定位，導(dǎo)致沖壓精度大大降低。

隨著目前汽車需求量屢創(chuàng)新高，各個(gè)汽車廠家的生產(chǎn)能力不足的問題暴露得比較明顯，因此，如何提高水箱主板的沖壓效率是目前各個(gè)水箱制造廠家的當(dāng)務(wù)之急。

本項(xiàng)目是通過(guò)研究，將水箱主板模具的后3副模具合并為1副模具，從而達(dá)到提高生產(chǎn)效率的目的。將其中的落料模、折彎模、沖槽模進(jìn)行合并，將4副模具轉(zhuǎn)化成2副模具，生產(chǎn)效率提升50%。而且由于減少了重復(fù)定位的次數(shù)，可以有效提高其制造精度。這對(duì)于汽車水箱主板模具的結(jié)構(gòu)及工藝來(lái)說(shuō)是一次創(chuàng)新，也是一次飛躍。由于落料模、折彎模、沖槽模的結(jié)構(gòu)本身存在較大的差異，如何將這3副模具結(jié)構(gòu)進(jìn)行合并是非常困難的。通過(guò)本項(xiàng)目的研究，很好的解決了模具整合的問題，并已經(jīng)獲得了一項(xiàng)發(fā)明專利和一項(xiàng)實(shí)用新型專利。

2 汽車水箱主板制件及工藝分析

2.1 汽車水箱主板結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及成形工藝分析

汽車水箱主板是汽車水箱組成制件中最重要的零部件，其外觀形狀如圖1所示。該制件采用了1.5mm的4343/3003/7072雙復(fù)合層鋁板沖壓而成，是一個(gè)非常復(fù)雜的拉伸沖裁類大型零件。

分析圖1中主視圖可知：制件外形尺寸為413+0.20×42+0.150×14.8+0.30mm，周圈有82處齒型且需要折彎成形，尺寸精度要求較高。從局部放大視圖Ⅰ和Ⅱ可以看到制件中間為8.60-0.1mm高凸臺(tái)，形狀比較復(fù)雜且凸臺(tái)上均布間隔為6.5mm的小凸包60個(gè)，凸包頂部需要沖孔，孔尺寸為16+0.07+0.02×1.55±0.05mm整個(gè)制件的尺寸要求非常嚴(yán)格，制件表面應(yīng)無(wú)毛刺及裂紋等缺陷。

根據(jù)客戶的使用需求，水箱主板在完成裝配焊接后要經(jīng)過(guò)壓力試驗(yàn)，必須能承受一定的爆破壓力，因此，要保證沖壓出來(lái)的制件在成形過(guò)程中沒有拉裂或者隱藏裂紋。

2.2 汽車水箱主板成形工藝圖

圖1 汽車水箱主板制件圖

圖2 汽車水箱主板常規(guī)成形工藝圖

目前市場(chǎng)上絕大部分的水箱主板模具工藝流程如圖2所示，水箱主板沖壓模通常包含4副單沖模具。有些廠家在工藝不成熟的情況下甚至?xí)捎酶嗟某尚喂ば?，即水箱主板的沖壓需要使用到較多的模具，單沖模生產(chǎn)效率較低，并且在工序的轉(zhuǎn)移過(guò)程中需要重復(fù)進(jìn)行定位，難免會(huì)產(chǎn)生定位誤差，即單沖模工序越多往往累積誤差越大，導(dǎo)致沖壓精度大大降低，且生產(chǎn)效率非常低，很難滿足目前龐大的汽車市場(chǎng)的需求。

3 汽車水箱主板成形工藝優(yōu)化整合

隨著目前人力成本不斷攀升，產(chǎn)能壓力的不斷加大，研發(fā)高效率高質(zhì)量的模具顯得非常緊迫，那么如何提高生產(chǎn)效率，提高制件精度一直是各汽車水箱生產(chǎn)廠商所關(guān)注的首要問題。本項(xiàng)目憑借多年積累的水箱主板研發(fā)經(jīng)驗(yàn)，對(duì)水箱主板沖壓工藝進(jìn)行整合優(yōu)化，將修邊、折彎、沖孔3道工藝進(jìn)行合并，整合到1副模具完成3道工藝的沖壓成形，如圖3所示。

4 模具結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)

由于落料模、折彎模、沖槽模的結(jié)構(gòu)本身存在較大的差異，如何將這3副模具結(jié)構(gòu)進(jìn)行有效融合是此項(xiàng)目的設(shè)計(jì)關(guān)鍵。優(yōu)化后的復(fù)合沖模如圖4所示，模具分為上模和下模，為了增加模具穩(wěn)定性采用了6根導(dǎo)柱導(dǎo)套結(jié)構(gòu)，上模包括上模座8、凸模固定板7、上卸料板6等，沖槽凸模15通過(guò)沖槽凸模固定桿13固定于凸模固定板7上，此結(jié)構(gòu)即方便沖槽凸模的裝拆又簡(jiǎn)化了沖槽凸模的結(jié)構(gòu)。凸凹模10外側(cè)為修邊凸模刃口，內(nèi)側(cè)為折彎凹模，一個(gè)零件實(shí)現(xiàn)了修邊和折彎兩個(gè)工藝用途。下模部分包括下底板1、墊腳2、下模座3、凹模墊板4、凹模板5、沖槽凹模16等主要零件。其中沖槽凹模為本套模具結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵零部件，零件外側(cè)為折彎凸模，零件內(nèi)部為沖槽凹模，將折彎和沖槽兩道工藝集成在一個(gè)零件上。

本項(xiàng)目在模具結(jié)構(gòu)優(yōu)化上創(chuàng)新的使用了雙向三壓料卸料結(jié)構(gòu)如圖5所示，包括上卸料板6、內(nèi)卸料快14和下卸料板18。此模具結(jié)構(gòu)非常緊湊實(shí)用，巧妙的將3道沖壓工序在1副模具內(nèi)得以實(shí)現(xiàn)，沖壓模具通常只有上卸料板，在修邊時(shí)起到壓料和卸料作用，而本副模具新增了內(nèi)卸料塊14，在沖槽的過(guò)程中起到壓料的作用，確保了沖槽時(shí)槽的尺寸不變形且材料不會(huì)隨著外側(cè)折彎而發(fā)生材料流動(dòng)。另外為了確保制件取出方便在沖孔及折彎成形完成后通過(guò)下卸料板18將制件脫出模具，這樣使得模具在沖壓過(guò)程中更加高效易用。

5 模具沖壓成形工作過(guò)程

汽車水箱主板修邊、折彎、沖孔復(fù)合模的運(yùn)動(dòng)方式如圖6所示。上模向下移動(dòng)→外導(dǎo)柱進(jìn)入導(dǎo)套內(nèi)→上模繼續(xù)往下運(yùn)動(dòng)→上卸料板壓住工件→上模繼續(xù)往下運(yùn)動(dòng)→凸凹模10進(jìn)入凹模板5，凸凹模10的外側(cè)刃口與凹模板5對(duì)工件進(jìn)行修邊→上模繼續(xù)向下移動(dòng)→卸料塊壓住工件→沖槽凹模16外側(cè)與凸凹模10內(nèi)側(cè)對(duì)工件進(jìn)行折彎→上模繼續(xù)向下移動(dòng)→沖槽凸模15進(jìn)入沖槽凹模16，完成沖孔過(guò)程→上模繼續(xù)下行→限位柱組件20上下接觸，防止模具及工件損壞→上模向上移動(dòng)→下卸料板18受彈簧21的推力，將制件22推出凹模板→將制件取出，即完成一個(gè)完整的沖壓過(guò)程。在1副模具中順利實(shí)現(xiàn)了修邊、折彎、沖孔3道沖壓工藝，整個(gè)沖壓過(guò)程，制件的放取非常簡(jiǎn)單，結(jié)構(gòu)耐用可靠。

圖3 汽車水箱主板成形工藝優(yōu)化圖

圖4 汽車水箱主板修邊、折彎、沖孔復(fù)合模結(jié)構(gòu)圖

圖5 開模狀態(tài)卸料結(jié)構(gòu)局部視圖

圖6 模具運(yùn)動(dòng)過(guò)程圖

6 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)對(duì)水箱主板模具的沖壓工藝進(jìn)行優(yōu)化，將水箱主板沖壓工藝的后3道工序合并為一道復(fù)合工序，從而達(dá)到提高生產(chǎn)效率的目的。即將其中的落料模、折彎模、沖槽模進(jìn)行合并，將常規(guī)的4副模具轉(zhuǎn)化成2副模具，生產(chǎn)效率提升50%以上。而且由于減少了重復(fù)定位的次數(shù)，減少了積累定位誤差，有效地提高了其制造精度。

該模具已獲得發(fā)明專利一項(xiàng)及實(shí)用新型專利一項(xiàng)，將為汽車水箱主板的沖壓工藝帶來(lái)新的思路及效率提升。