轿车防撞梁固定板级进模设计

2022-11-02何登亚朱亨荣胡成武

模具制造 2022年9期

何登亚，朱亨荣，胡成武

（湖南工业大学机械工程学院，湖南株洲 412008）

1 引言

图1 所示的防撞梁固定板是车辆的防撞梁系统中用来连接汽车车身并为防撞梁系统中的其它组件提供安装位置的制件。防撞梁系统发挥作用时，要依靠固定在防撞梁固定板的主梁、吸能盒等部件共同作用，在车辆发生碰撞时，起到缓冲和吸收能量。根据其技术要求和生产批量，成形此类制件一般采用多工位级进模，模具设计关键为排样设计、弯曲方式、成形机构和模具总体结构。

2 制件工艺分析

该制件为金属冲压件，材料为DC05，抗拉强度好，韧性高，材料厚度为5mm，年生产量为10万件。

（1）制件的展开计算。UG进行一步式展开，借助制件的三维模型生成片体，分析其一步展开成形的可行性、进行网格划分并分析计算，得到图2的制件展开图。

（2）刃口的分布。从形状外形上进行分析，该制件冲压工艺较为复杂，制件上有4个圆孔和3处弯曲，且上端部分形状复杂，因此外形的冲裁需要分步局部冲裁进行。同时应当合理设计空工位，避免凸模之间的干涉，并提升模具强度。

（3）弯曲部分成形方法。对于弯曲部分的分析，制件的冲孔尺寸较大，最小弯曲半径、弯曲直边高度等参数经过校核，发现均满足要求。本制件上端存在弯曲，且制件不对称，成形过程中应注意上弯成形部位凸模与下半部不成形部位接触顺序，借助卸料板压料，使得上弯成形凸模和卸料板同时接触制件上表面，考虑到弯曲回弹和制件精度的问题，在弯曲工位后添加整形工位，以保证制件质量。

3 排样设计

制件排样设计需要综合考虑制件形状、冲压工序特点和材料利用率等特点，确定条料尺寸和步距。利用UG软件的分析和测量功能，对面进行分析测算，得到其展开面积为30,145mm2，选取合适的搭边值。该制件含有的成形工序：冲裁、弯曲、校平。级进模排样设计遵循原则为，冲裁导正孔、压型、冲型孔、冲裁制件外形、弯曲成形、校平和切断载体等。排样图如图3所示。

工序①冲裁导正孔；工序②空工位，留出凸模安装位置；工序③、④、⑤冲裁制件的局部外形，留下之后要进行侧边弯曲和上端弯曲的部分，端部余料切除完整，留下单侧载体；工序⑥单边载体进行扣边弯曲，用来保证料带的送进；工序⑦空工位；工序⑧右侧边预弯和左侧假折；工序⑨空工位；工序⑩长边完成90°弯折；工序⑪为空工位；工序⑫制件上端弯曲；工序⑬为空工位；工序⑭冲裁上端余料；工序⑮完成小脚处向下弯折；工序⑯校平整形工序；工序⑰空工位；工序⑱冲裁4个型孔；工序⑲空工位；工序⑳单边载体切除。采用直排单排排样，便于模具设计，同时，也便于选取条料规格，总共20 个工位，由于制件端部存在弯曲，因此，采用单边载体，同时在单边载体上冲裁导正孔，辅助制件定位及导向。空工位的设计可以提高模具强度，为凸模安装提供位置。同时，载体扣边弯折的设计可以防止端部向上弯曲制件的偏移。整形工序的添加可以保证制件精度。利用UG软件，得到其材料利用率为77.14%。条料宽为542mm，步距为101mm。

4 模具结构设计

级进模设计不仅需要进行工作制件的设计，还需要进行定位制件、卸料制件和导向制件等辅助设计，才能保证冲压过程顺利进行。

确定了排样方案之后，通过借助UG软件，对冲裁刃口总周长进行计算，材料抗拉强度取270MPa，计算出所需要的冲裁力为12118.624kN，并分别计算出使得毛坯弯曲的力和卸料以及抬料需要的弹力。由于本制件存在多个方向上的弯曲，采用将向上弯曲部分的凸模借助螺钉紧固，销钉定位的形式安装在弹性卸料板上，借助卸料板和上模座之间的弹压力来确保向上弯曲部分的成形。通过UG模拟，发现如果将上弯曲成形凸模装在凸模固定板上时是无法成形的，软件模拟安装在卸料板上时，可以确保成形。模具结构如图4所示。

4.1 模具结构及装配特点

导正孔与制件上的圆孔采用台肩式的普通标准型凸模（JB/T5826-2008）进行设计。工序⑮中，对小脚部分弯曲的凸模也采用台肩结构。其余外形冲裁凸模采用直通式异形凸模的形式进行设计，采用螺钉进行固定，冲裁凹模采用整板式，分几块板，简化模具结构，凸、凹模材料选用GCr15，硬度58～62HRC。由于采用单边载体，因此，在单侧载体冲导正孔，保证条料的导正。制件料厚为5mm，考虑到条料的重量，发现借助浮料销无法进行浮料，而且制件端部存在弯曲结构，故而无法采用浮料销的结构，采用氮气弹簧进行抬料。送料前，托料板2托料，导料尺1进行粗导向，氮气弹簧60将条料顶起一定的高度后，自动送料机构将条料向前送进。之后借助导正销进行精定位，同时为了保证导向精度，在卸料板和上模座之间设置了小导柱，保证其导向。

卸料部分采用弹性卸料，借助弹性卸料板，在卸料板上加装垫板固定弯曲凸模，借助氮气弹簧的弹压力，来实现制件上端弯曲部分的成形。氮气弹簧的规格选择，根据弯曲部分的成形力进行计算选取，同时其行程需要考虑上弯凸模所需要完成成形需要的行程。

4.2 模具弯曲部分结构设计

根据排样方案的工序选择，先进行工序8 的两端弯曲，左边为假折用来平衡右边弯曲的弯曲力，弯曲后由氮气弹簧顶出，保证条料的抬起和送进。同时，为了控制合模行程，安装了限位块58，通过螺钉紧固。

上弯曲成形部分如图4C-C 所示，将上弯成形凸模安装在弹性卸料板上，由卸料板和上模座之间的氮气弹簧提供弹压力，将板料进行弯曲，同时卸料板和上模座之间安装独立内导柱保证卸料板工作时的导向。校平所需压力较大，故而将凸模安装在上模座上。

模具下行时，卸料板与安装在卸料板上的弯曲凸模一同接触条料，卸料板可以起到压料的作用，压紧条料，不断下行的过程中，上弯成形凸模压弯条料，氮气弹簧压缩，其它位置的凸模继续下行，完成冲裁和校形工序。之后上模上升，借助卸料螺钉，带动卸料板上行，氮气弹簧回复，顶料机构顶料，自动送料机构将料带送进，继续冲压工作。