汽车纵梁加强板成形工艺优化与模具设计

2019-10-26李彩娟程阿苗张玲玲张会军

模具制造 2019年9期

李彩娟，程阿苗，詹卓，张玲玲，张会军

陕西黄河工模具有限公司（陕西西安 710043）

1 引言

纵梁承载着车身的大部分重量，并吸附着绝大部分撞击能量，是汽车上不可或缺的受力结构件。纵梁加强板的存在，不但使纵梁在整体强度上得到进一步强化，使撑力区的传力性能大大增强，而且在变形时能够有效吸收、衰减车辆碰撞时的冲击能量。随着汽车轻量化进程的不断推进，高强度钢板在梁架件中的使用比例越来越大，强度越来越高，使得在其冲压成形过程中造成极大的困难，对冲压工艺、模具设计及制造提出了更高的要求和挑战。

2 制件特点分析

如图1所示的两种制件，分别为我公司承接的某两款轻型卡车的纵梁加强板，具有以下共同特点：①材料厚，强度高。为了满足汽车轻量化和承载的需要，两种制件均选用高强度钢材料B510L，厚度为4.5mm；②冲孔多，部分安装孔位置要求高。为了满足装配及吸收车辆运动过程中的冲击能量，制件上设计许多形状各异的孔；③型面及边线装配精度要求高。虽然纵梁加强板焊接在纵梁上、下板内部，但是该制件的型面及边线与纵梁上、下板均有配合和搭接焊接关系，且搭接面均为垂直面，制件回弹控制难度大，制件尺寸要求比较严格。本文以这两种制件为例，从成形工艺及模具设计的角度进行比较和分析，将此类制件的成形方案予以讨论和总结，希望能对此类制件的模具设计起到一定的借鉴作用。

图1 左右纵梁加强板制件图

图3 制件Ⅱ成形工序简图

3 制件成形工艺方案

3.1 制件Ⅰ成形工艺方案

如图2所示，采用左右双件连在一起成形，这样能有效消除两侧翻边带来的侧向力，保证成形的稳定性。由于将左右件连在一起生产，则必须在成形后增加分离工序，因此，决定将各处侧孔、螺栓安装孔及易变形孔均调整到冲孔分离工序完成，这样能够更好的保证孔径及孔位要求，满足装配需要。同时，由于左右件连在一起生产，制件所有外形均需要落料来实现，那么落料冲孔工序的冲裁力也就成倍的增长。另外，由于该制件的孔多而密集，为了保证模具的使用功能及强度，必须将冲孔尽量分工序冲裁。综合考虑客户现有设备的状态，决定将落料冲孔分为两道工序，并且采用分级冲孔的方式才能满足生产需要。综上所述，制件Ⅰ成形方案定为：落料冲孔➝落料冲孔➝成形➝冲孔侧冲孔分离。

3.2 制件Ⅱ成形工艺方案

如图3所示，采用将左右件分别旋转5°单独成形，这样不但能更好的控制制件翻边引起的回弹，而且两侧翻边带来的侧向力得到了消除，成形稳定性也有一定的保障。由于采用单件成形的方案，制件不需要单独设置分离工序，只需将各处侧孔、螺栓安装孔及易变形孔布置在冲孔侧冲孔工序完成，剩余部分孔布置在落料冲孔工序完成即可。这样以来，落料冲孔模的冲裁力能够大幅度降低，对生产设备的要求也相应地降低。另外，针对制件Ⅱ的特点进行分析，将制件的直线边线部分，采用下料来保证，后序的落料冲孔工位不涉及到直线修边，这样就明显提升了该制件的材料利用率，大大降低了生产生本，提高了生产效率。综上所述，制件Ⅱ成形方案定为：落料冲孔➝成形➝冲孔侧冲孔。

3.3 两种成形工艺方案的对比

图2 制件Ⅰ成形工序简图

经过上述比较分析，制件Ⅰ的成形方案在成形稳定性方面好于制件Ⅱ的成形方案，但是在控制制件回弹、生产设备要求及生产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的成形工艺方案设计、制造的模具，得到了客户更高的评价和认可。

4制件Ⅱ模具结构设计分析

4.1 落料冲孔模的结构设计

如图4所示，制件Ⅱ落料冲孔模的下模结构及制件排样示意图。针对该制件特点分析，直线边由下料保证，其余部分由落料保证，采用调头冲裁的排样方法，单件毛坯料可以生产两件制件，最终的废料只有很少一部分。这样不但大大提高了材料利用率，而且提高了生产效率。坯料依靠浮动定位板定位，送料侧采用浮动卸料板撑料，两侧靠废料刀将废料从宽度方向切断，既保证了调头后坯料的方便操作，又能保证切断后的废料顺利滑落。经过大批量生产的验证，该模具结构稳定，可靠性强，可为相似制件提供参考。

4.2 成形模的结构设计

由于该制件型面装配精度要求高，制件的回弹控制是所有问题中的重中之重。制件Ⅰ成形时，由于左右零件连在一起，必须在成形凸模上增加回弹角或者在成形凸模底面开槽来消除回弹，并且鉴于理论情况和实际状态存在差别，回弹角往往通过多次调试才能准确确定，在生产成本和生产周期上造成一定的浪费。如图5所示，在制件Ⅱ成形模设计时，将左、右件制件分别旋转5°成形，就不必在刻意凸模上单独增加回弹角，同时将底面R角墩死，这样使材料产生充分的塑性变形而有效控制回弹量。实践证明，此种成形方案不需要在凸模上增加回弹角，不但大大降低了模具调试成本，而且缩短了生产周期。