某商用车前围板冲压工艺及模具设计

2022-06-20汤映月周立峰

模具工业 2022年6期

关键词：冲压成形模具

0 引言

前围板是发动机机舱与车厢之间的隔板，与汽车地板、前立柱连接，安装在前围上盖板下。前围板形状复杂，有较多孔，对冲压工艺和冲模要求较高

。针对汽车前围板冲压工艺和模具结构设计，首先对零件进行工艺分析，确定冲压工艺方案后设计拉深模结构。

边界条件：风室入口为速度进口，风速为19.87 m/s；风室出口为压力出口，表压力为0；壁面采用静止、无滑移边界条件。压力项差值采用Standard格式，对流项差值采用二阶精度，其他保持默认。

1 零件成形工艺分析

汽车前围板如图1所示，材料为DC04，是高强度冷轧钢，材料力学性能如表1所示，料厚

=1.2 mm。该零件形状复杂，外形尺寸为1 754 mm×514 mm×118 mm，存在6个较大的方孔、椭圆孔及不规则孔，还有20个安装孔、定位孔、工艺孔等，侧面有2个小孔。零件拉深深度约110 mm，圆角过渡部分最小为（5.5±0.5）mm，最大为（17.5±2.5）mm，圆角设计合理、过渡平滑，降低了零件成形时开裂的风险，但零件外形尺寸较大，拉深深度深，成形时容易起皱和开裂，需注意工艺补充部分和压料面的设计。

2 工艺设计与计算

2.1 确定冲压方向

合理的冲压方向有利于降低拉深深度，保证拉深件能一次拉深成形，凸模表面与毛坯的接触点要求多而分散，防止局部变形过大及毛坯与凸模表面产生相对滑动

。综合考虑，通过对比工程图旋转零件得出该汽车前围板的冲压方向，如图2所示。

2.2 工艺补充面和压料面设计

该汽车前围板没有凸缘，压料面全部属于工艺补充部分，因此压料面形状应尽量简单。但该前围板形状复杂，故设计成平滑曲面使成形深度浅且各部分深度接近一致，材料流动和塑性变形趋于均匀

。在压料面上设置拉深筋，调节和控制压料面作用力，改善进料阻力，防止起皱。该零件工艺补充面和压料面如图3所示。

2.3 压边力计算

压边力可按下式计算。

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2.4 拉深力计算

查表得

=0.7、

=300 MPa，在UG软件中测得凸模

=4 862 mm，所以拉深力

=0.7×4 862×1.2×300=1 225 kN。

其中，

为拉深力与压边力之和，N；

为卸料力系数。卸料力系数

取0.05，因此卸料力

=0.05×（627+1 225）=91.04 kN。

拉深结束后零件会紧贴在凸模上，此时需要推动压边圈将零件从凸模上卸下，所需卸料力在实际生产中常根据下式计算：

前围板为不规则形状，其拉深力可按下式计算。

2.5 卸料力计算

式中：

——修正系数；

——材料抗拉强度，MPa；

——料厚，mm；

——横截面周长，mm。

由于前围板压料面是一个曲面，在UG软件中测量得到压料面在

平面的投影面积

=313 726 mm

，前围板材料DC04属于软钢，料厚

=1.2 mm，单位面积的压边力

=2.0～2.5 MPa，取

=2.0 MPa。所以压边力

=2.0×313 726=627 kN。

式中：

——在压边圈上的毛坯投影面积，mm

，

——单位面积上的压边力，MPa。

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2.6 压力中心确定

冲模中心是冲压力的合力作用点，为了保证压力机和模具正常平稳地工作，防止偏心冲击，模具的压力中心最好与压力机滑块的中心线重合，对于形状规则的零件，其压力中心就是其几何中心，而前围板形状复杂，可以将零件的重心作为模具的压力中心

。

2.7 压力机选择

在UG软件中测得模具外形尺寸为2 755 mm×1 450 mm×900 mm，拉深时所需的拉深力为1 225 kN，压边力为627 kN，因此压力机的公称压力

＞1 852 kN，选择单动压力机YCBD.6300KN可以满足要求。

3 模具结构设计

3.1 模具结构

分析前围板的形状结构可知，属于深拉深件，由于是内板件，拉深模可以采用单动拉深模结构，按照设计规范，工作时凸模不动，压边圈运动。拉深模的凸模、凹模和压边圈都采用MoCr铸件，为节约模具制造成本，综合考虑模具质量以及模具强度和刚度，可在铸件上非重要部分开设减轻质量的孔，在影响强度和刚度的部分设置加强筋。

采用UG建模进行自上而下设计，在总体的结构设计中以凹模为基准，上模与压边圈通过导板外导向确保导向精度要求，凸模与压边圈采用导板导向。上模座和下模座材料选用为HT300，表面热处理后硬度达到50～60 HRC。压边圈与凸模材料选用MoCr铸铁，表面淬火后硬度达到50～60 HRC。上模座和凹模如图4所示，压边圈如图5所示，下模座和凸模如图6所示。

3.2 模具工作原理

模具开始工作时，压力机的气缸通过托杆将压边圈顶起，使压边圈型面的最低点比凸模的最高点高出5 mm左右，此时板料通过导料架送进，通过定位板定位。压力机滑块带动上模下行，与压边圈上的板料接触，通过氮气弹簧逐渐将毛坯压紧，直至将板料压到与压料面形状一样，完成压边。上模继续下行，与凸模接触后开始拉深，压力机滑块带动上模下行到最低位置，在限位块的作用下停止下行，拉深成形结束。压力机滑块回程，带动上模上行，在压力机气垫顶杆的作用下压边圈上行，推出成形零件。模具结构如图7所示。