汽車縱梁加強(qiáng)板成形工藝優(yōu)化與模具設(shè)計(jì)

李彩娟，程阿苗，詹 卓，張玲玲，張會(huì)軍

陜西黃河工模具有限公司（陜西西安 710043）

1 引言

縱梁承載著車身的大部分重量，并吸附著絕大部分撞擊能量，是汽車上不可或缺的受力結(jié)構(gòu)件?？v梁加強(qiáng)板的存在，不但使縱梁在整體強(qiáng)度上得到進(jìn)一步強(qiáng)化，使撐力區(qū)的傳力性能大大增強(qiáng)，而且在變形時(shí)能夠有效吸收、衰減車輛碰撞時(shí)的沖擊能量。隨著汽車輕量化進(jìn)程的不斷推進(jìn)，高強(qiáng)度鋼板在梁架件中的使用比例越來越大，強(qiáng)度越來越高，使得在其沖壓成形過程中造成極大的困難，對沖壓工藝、模具設(shè)計(jì)及制造提出了更高的要求和挑戰(zhàn)。

2 制件特點(diǎn)分析

如圖1所示的兩種制件，分別為我公司承接的某兩款輕型卡車的縱梁加強(qiáng)板，具有以下共同特點(diǎn)：①材料厚，強(qiáng)度高。為了滿足汽車輕量化和承載的需要，兩種制件均選用高強(qiáng)度鋼材料B510L，厚度為4.5mm；②沖孔多，部分安裝孔位置要求高。為了滿足裝配及吸收車輛運(yùn)動(dòng)過程中的沖擊能量，制件上設(shè)計(jì)許多形狀各異的孔；③型面及邊線裝配精度要求高。雖然縱梁加強(qiáng)板焊接在縱梁上、下板內(nèi)部，但是該制件的型面及邊線與縱梁上、下板均有配合和搭接焊接關(guān)系，且搭接面均為垂直面，制件回彈控制難度大，制件尺寸要求比較嚴(yán)格。本文以這兩種制件為例，從成形工藝及模具設(shè)計(jì)的角度進(jìn)行比較和分析，將此類制件的成形方案予以討論和總結(jié)，希望能對此類制件的模具設(shè)計(jì)起到一定的借鑒作用。

圖1 左右縱梁加強(qiáng)板制件圖

圖3 制件Ⅱ成形工序簡圖

3 制件成形工藝方案

3.1 制件Ⅰ成形工藝方案

如圖2所示，采用左右雙件連在一起成形，這樣能有效消除兩側(cè)翻邊帶來的側(cè)向力，保證成形的穩(wěn)定性。由于將左右件連在一起生產(chǎn)，則必須在成形后增加分離工序，因此，決定將各處側(cè)孔、螺栓安裝孔及易變形孔均調(diào)整到?jīng)_孔分離工序完成，這樣能夠更好的保證孔徑及孔位要求，滿足裝配需要。同時(shí)，由于左右件連在一起生產(chǎn)，制件所有外形均需要落料來實(shí)現(xiàn)，那么落料沖孔工序的沖裁力也就成倍的增長。另外，由于該制件的孔多而密集，為了保證模具的使用功能及強(qiáng)度，必須將沖孔盡量分工序沖裁。綜合考慮客戶現(xiàn)有設(shè)備的狀態(tài)，決定將落料沖孔分為兩道工序，并且采用分級(jí)沖孔的方式才能滿足生產(chǎn)需要。綜上所述，制件Ⅰ成形方案定為：落料沖孔?落料沖孔?成形?沖孔側(cè)沖孔分離。

3.2 制件Ⅱ成形工藝方案

如圖3所示，采用將左右件分別旋轉(zhuǎn)5°單獨(dú)成形，這樣不但能更好的控制制件翻邊引起的回彈，而且兩側(cè)翻邊帶來的側(cè)向力得到了消除，成形穩(wěn)定性也有一定的保障。由于采用單件成形的方案，制件不需要單獨(dú)設(shè)置分離工序，只需將各處側(cè)孔、螺栓安裝孔及易變形孔布置在沖孔側(cè)沖孔工序完成，剩余部分孔布置在落料沖孔工序完成即可。這樣以來，落料沖孔模的沖裁力能夠大幅度降低，對生產(chǎn)設(shè)備的要求也相應(yīng)地降低。另外，針對制件Ⅱ的特點(diǎn)進(jìn)行分析，將制件的直線邊線部分，采用下料來保證，后序的落料沖孔工位不涉及到直線修邊，這樣就明顯提升了該制件的材料利用率，大大降低了生產(chǎn)生本，提高了生產(chǎn)效率。綜上所述，制件Ⅱ成形方案定為：落料沖孔?成形?沖孔側(cè)沖孔。

3.3 兩種成形工藝方案的對比

圖2 制件Ⅰ成形工序簡圖

經(jīng)過上述比較分析，制件Ⅰ的成形方案在成形穩(wěn)定性方面好于制件Ⅱ的成形方案，但是在控制制件回彈、生產(chǎn)設(shè)備要求及生產(chǎn)成本的控制等方面均比制件Ⅱ的成形方案差。因此，按照制件Ⅱ的成形工藝方案設(shè)計(jì)、制造的模具，得到了客戶更高的評(píng)價(jià)和認(rèn)可。

4制件Ⅱ模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分析

4.1 落料沖孔模的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

如圖4所示，制件Ⅱ落料沖孔模的下模結(jié)構(gòu)及制件排樣示意圖。針對該制件特點(diǎn)分析，直線邊由下料保證，其余部分由落料保證，采用調(diào)頭沖裁的排樣方法，單件毛坯料可以生產(chǎn)兩件制件，最終的廢料只有很少一部分。這樣不但大大提高了材料利用率，而且提高了生產(chǎn)效率。坯料依靠浮動(dòng)定位板定位，送料側(cè)采用浮動(dòng)卸料板撐料，兩側(cè)靠廢料刀將廢料從寬度方向切斷，既保證了調(diào)頭后坯料的方便操作，又能保證切斷后的廢料順利滑落。經(jīng)過大批量生產(chǎn)的驗(yàn)證，該模具結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，可靠性強(qiáng)，可為相似制件提供參考。

4.2 成形模的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

由于該制件型面裝配精度要求高，制件的回彈控制是所有問題中的重中之重。制件Ⅰ成形時(shí)，由于左右零件連在一起，必須在成形凸模上增加回彈角或者在成形凸模底面開槽來消除回彈，并且鑒于理論情況和實(shí)際狀態(tài)存在差別，回彈角往往通過多次調(diào)試才能準(zhǔn)確確定，在生產(chǎn)成本和生產(chǎn)周期上造成一定的浪費(fèi)。如圖5所示，在制件Ⅱ成形模設(shè)計(jì)時(shí)，將左、右件制件分別旋轉(zhuǎn)5°成形，就不必在刻意凸模上單獨(dú)增加回彈角，同時(shí)將底面R角墩死，這樣使材料產(chǎn)生充分的塑性變形而有效控制回彈量。實(shí)踐證明，此種成形方案不需要在凸模上增加回彈角，不但大大降低了模具調(diào)試成本，而且縮短了生產(chǎn)周期。

5 結(jié)束語

總結(jié)同類制件的特點(diǎn)，及時(shí)調(diào)整制件工藝方案，針對制件關(guān)鍵尺寸要求，優(yōu)化制件模具設(shè)計(jì)。最終在滿足制件要求及客戶需要的情況下，減少了生產(chǎn)周期，降低了生產(chǎn)成本，達(dá)到了預(yù)期的效果，可為同類制件的開發(fā)及模具設(shè)計(jì)提供參考。

圖4 制件Ⅱ落料沖孔模下模結(jié)構(gòu)及排樣示意圖

圖5 制件Ⅱ成形模下模部分結(jié)構(gòu)及制件回彈控制示意圖