波纹安装板冲压成形

文／马联合·陕西渭河工模具有限公司

波纹安装板是汽车上的一个产品，呈波浪形，需求量大，工艺上使用钢板冲压成形，成形所需压力较大，成形时容易破裂，形状尺寸不稳定，平面度难以保证，通过多次分析、计算和试制，制定出合理工艺，可高效地生产出合格的产品。该波纹安装板外形尺寸为1100mm×800mm，尺寸较大，材料为SQ650，厚度为8mm，如图1所示。

图1 波纹安装板

波纹安装板成形部分相当于三个U形弯曲件，按自由弯曲力计算成形力，F自由弯曲力=0.7Kbt2σb/(r+t），其中，K为安全系数，b为弯曲件宽度，t为材料厚度，σb为材料抗拉强度，r为弯曲圆角半径尺寸，分别取K=1.3，b=3×1100mm，t=8mm，σb=650MPa，r=8mm。经计算，F自由弯曲力=780.7t，为保证平面度及成形尺寸，增加一部分校正力，需要压力机吨位为1500t。根据以上分析，我们决定采用一次成形，并在2000t压力机上进行压制。

设计制作完模具后，在模具试冲时，碰到的第一个问题是压力机吨位明显不够，只能压到成形深度的一半，而且工件出现破裂现象，特别是中间的波浪形，由于材料流动时两边波浪形结构产生的阻力较大，更容易破裂。

通过分析和结合公司的实际生产，确定采用热压工艺，将成形件加热到650℃～700℃，材料的强度可以降低40%，塑性可以提高50%，从而解决冲床压力不足的问题和消除弯曲破裂的现象。

通过材料加热，在原冷压模具上进行热压试验，所冲压的产品尺寸精度和平面度都达到图纸要求，产品一致性很好，通过一年多来的生产，产品质量非常稳定。

热压工艺生产产品符合要求，质量稳定，但又存在以下缺点：⑴生产成本高，每加热一件坯料，需要费用较高。⑵生产效率低，由于受加热速度限制，生产效率无法提高。⑶需要操作人员多，包括加热人员、冲床操作人员、送料取料人员，至少需要四个人。

因市场竞争激烈，产品降成本的压力非常大，公司对工艺再次进行改进，力争做到保证质量，提高效率，降低成本。

通过技术部门、生产部门的多次分析，决定用冷压工艺，分两次成形，第一压，冲压出中间形状；第二压，以中间形状定位，冲压两边形状（用一个模具，分两次冲压），这样可以降低冲压力，材料流动性也好，不会破裂。基于以上分析，制作了两套冷成形模具，并进行试制。这种工艺在冲压试制时，能够压出形状，但产品平面度严重超差，尺寸稳定性不够，冲压件底面成多折线不平行，无法校平，如图2所示。

图2 波纹安装板成形示意图

经过这次的失败，我们总结出两点：第一、三个U形最好一次成形；第二、最后成形时，必须有校正弯曲工序。在这两点基础上，再降低冲压力，使用本公司现有设备进行冷压成形。此外，对工艺进行更改，采用两套模具，进行两次冷压成形，第一次压成波浪形，如图3所示。

⑴ 一压成波浪形的原因是，产品在一次成形过程中，中间部分的材料要绕过两边成形部分，相当于增加了一道阻力槛，并非自由弯曲，这是实际需要压力远大于计算压力的原因，所以一压必须采用大圆弧波浪形过渡，从而减少成形压力。

图3 一压成形图

⑵ 一压成形各圆弧部分中性层长度按产品对应成形部分中性层长度的98%，这样可以给二压留2%的变形余量，来保证二压后的平面度，如果大于98%，二压没有变形，平面度不好，如果小于98%太多，容易产生裂纹，而且易导致冲压力太大。

⑶ 一压总长808mm大于产品总长800mm，是为了补充二压时材料所需的2%的变形余量，从而保证二压变形后平面度符合要求。

⑷ 二压和热压的一次成形产品结构相同，由于存在一压的预成形，二压所需冲床的吨位降低，2000t压力机完全可以满足。

根据以上工艺制作模具，通过试制，产品尺寸和平面度均达到图纸要求，模具使用半年后质量也很稳定，与热压成形相比，生产效率提高50%，使用人员减少一半，产品成本降低20%。

结论

⑴ 波纹安装板各波纹部分成形必须一次压成，各个U形部分不能一个一个分开成形，否则，无法保证尺寸精度的稳定性，无法保证冲压件平面度要求。

⑵ 可以采用波浪形预成形进行过渡，减少成形压力。