重型汽车整体式尾梁成形工艺分析与模具设计

2019-07-04李彩娟程阿苗张会军

模具制造 2019年5期

李彩娟，詹卓，程阿苗，张会军

陕西黄河工模具有限公司（陕西西安 710043）

1 制件特点分析

图1 整体式尾梁制件示意图

重型汽车上包含有一些非常重要的梁型件，随着汽车轻量化进程的推进，这些梁型件通常都由高强度钢板制成，它们不但能够承载着车身的大部分重量，而且可以吸附绝大部分撞击的能量，是载重汽车上不可或缺的受力结构件。如图1所示，该制件为某重型卡车的整体式尾梁，具有以下特点：①材料厚，强度高，为了满足汽车轻量化和承载的需要，该制件选用高强度钢材料B600L，厚度为5mm；②制件成形高度极高，开口尺寸极难控制，制件长度尺寸为834mm，高度尺寸为386mm；③制件四周均要与其他部件通过螺栓连接，孔的位置要求高，且搭接面均为垂直面。经分析该制件成形困难，开口宽度尺寸及孔的位置均难以得到很好的控制。本文以此制件为例，介绍该制件的成形方案及模具结构设计，希望能为此类制件的生产提供借鉴。

2 制件成形分析

根据制件特点进行讨论分析，长度方向的翻边由于搭接的需要，必须保证在同一平面，并且侧面上螺栓孔的位置也必须保证同轴，最稳妥的方案就是增加侧整形工序以及侧冲孔工序，来分别保证制件的总长度和螺栓孔的相对位置。由于该制件成形高度达386mm，因此宽度方向尺寸252mm很难保证，并且均为垂直面，在成形后的回弹又极难控制，也需要增加侧整形工序来满足制件要求。但是，结合厂家现有设备资源以及投入成本的综合考虑，最终确定成形方案为：激光切割下料➝翻边➝成形，具体成形工艺如图2所示。先利用现有激光切割机直接切割料片外形及所有的孔，保证孔间距及外形尺寸；然后通过翻边模，将长度方向3个边翻起来，保证3个边与底面垂直并且在同一平面上；最后通过成形模，压成形，保证宽度方向尺寸，同时保证长度方向尺寸。

3 模具结构设计

3.1 翻边模的结构设计

整体式尾梁翻边模的下模部分结构如图3所示。由于该制件材料为高强度钢板，厚度5mm，且翻边为90°，回弹难以控制。因此在翻边凹模根部将R角保留，并适当将R角做小，使制件在成形过程中不但受到拉应力，而且在成形到位时，受到由R角墩死带来的巨大压应力，使材料进行有效的塑性变形，进而有效控制制件的回弹。另外，在成形推板上安装4处挂料机构，当成形结束时，机床上滑块带动上模部分上行时，挂料机构有效的阻止制件继续上行，使制件与成形凸模分离，进而达到卸料目的，此种机构已在中厚板成形模中推广和应用。

图2 制件成形工序简图

图3 翻边模下模部分结构示意图1.推板 2.翻边凹模 3.挂料机构 4.下模座 5.凹模墩R角 6.推板

翻边模的上模部分结构如图4所示，为了控制制件回弹，满足制件要求，还需要对上模结构进行以下3点设计改造：①将翻边凸模底面加工0.5mm台阶面，使凸模中间部分悬空，R角处更有效的墩死，制件在压应力作用下充分变形，达到配合翻边凹模墩R角结构的目的，减少回弹量；②经过反复分析、调试和修正，在制件底面为大平面的区域，将翻边凸模侧面做1.5°回弹角，进而补偿因材料弯曲变形而产生的回弹量；③在制件底面翘起的区域，将翻边凸模侧面保持垂直形状，不做回弹角修正，靠适当减小侧面间隙，使材料在成形过程中，受到充分的压应力而减小回弹量。值得注意的是，一旦在此区域将翻边凸模做回弹补偿，在成形过程中，制件会因侧面间隙太大，而产生严重的起皱现象，直接影响制件质量，并且这种现象无法消除。

3.2 成形模结构设计

由于该制件成形高度达386mm，且两边不对称，常规的生产方式根本无法满足将制件全部包容在凹模型腔内成形，因此只能将制件的部分高度包容在凹模型腔内成形，这样制件的开口尺寸很难控制到位。如图5、图6所示，在此模具设计时，将制件旋转5°角成形，并将底面R角墩死，这样使材料产生充分的塑性变形而减少回弹量。同时在制件侧面增加回弹角，经过反复调试和修正，并适当调整成形凸、凹模之间的间隙，最终将两侧面夹角由10°变为6°，制件开口尺寸252mm得到有效的控制。另外，在此成形模下模的长度方向分别增加两件成形凹模，有效阻止制件在成形过程中向两边张开，这样制件长度尺寸834mm也得到了保证。