新能源汽车翻边整形模具结构详解

文／胡德力，张相龙，韩晓东，赵飞，奥迪·一汽新能源汽车有限公司

模具是指工业生产上用以注塑、吹塑、挤出、压铸或锻压成形、冶炼、冲压等方法得到所需产品的各种模子和工具。简而言之，模具是用来制作成形物品的工具，这种工具由各种零件构成，不同的模具由不同的零件构成。它主要通过所成形材料物理状态的改变来实现物品外形的加工，素有“工业之母”的称号。

在汽车制造产业中，冷冲压模具使用最多，几乎所有的冲压件都是冲压模具生产的。每个冲压成品需要毛坯料经过成形工序、修边工序、翻边工序、整形工序加工才能满足工艺要求。各序模具在工作部件的顺序动作和工艺性辅助部件的作用下完成加工。

翻边模介绍

翻边模是将工件的部分材料进行 90°(或者不同角度)折边的冲压工序。通过翻边模可以生成制件的压合边或者为下一工序(整形)做准备工作。翻边模的主要组成部分为翻边凸模、压料板和翻边整形镶块。压料板将板料压紧在翻边凸模上，翻边整形镶块向下行驶，对板料进行翻边。

不同的参数对翻边工序流程有影响作用。首先，一个重要的参数为翻边凸模的圆角半径，其对制件上生成的圆角大小起决定性作用。再者，镶块的圆角半径和着力点也很重要。若圆角太小，会对板料有剪切作用将折边切断；若圆角太大，压合边则无法再向工作方向翻折，导致角度过大。最后，凸模和镶块之间的间隙大小也起到影响作用。

翻边整形工艺流程

⑴翻边是利用模具把板料上的孔缘或外缘翻成竖立边缘的冲压加工方法。利用翻边可以加工具有特殊空间形状和良好刚度的立体零件，翻边的位置多用于冲压件之间的相互连接，如图1 所示。

图1 翻边整形工艺流程

⑵整形工序基本设置在冲压工序的最后，主要是为了把冲压件不平度、圆角半径或某些形状尺寸修整到合格的要求。

翻边分类

翻边一般分为伸长类翻边和收缩类翻边。伸长类翻边是指翻边后板料被拉长。伸长翻边可能导致的缺陷为开裂和回弹，解决方法主要有以下四点。⑴尽量多拉深成形，以减少翻边前后的弧长变化。⑵拉延时增加工艺凸包，储存板料如图2 所示。⑶改变翻边镶块的先后触料顺序。⑷采用压料式翻边。收缩类翻边是指翻边后板料被压缩。收缩翻边可能导致的缺陷为起皱和回弹，解决方法主要有三点，⑴尽量多拉深成形以减少翻边前后的弧长变化。⑵改变翻边镶块的先后触料顺序。⑶采用压料式翻边，如图3 所示。

图2 增加工艺凸包

图3 压料式翻边

整形分类

制件法兰边主要功能是与其他制件压合、搭接、焊接、铆接，如果法兰边存在缺陷或者尺寸超差会影响与其他制件的配合，影响车身表面质量，严重时影响车身强度。制件工艺凸包主要功能是焊接、铆接与内饰件连接，工艺凸包缺陷或尺寸超差会影响车身匹配间隙，产生车身异响等问题。制件圆弧主要功能是与内饰件匹配，外露面圆弧的美观均匀性，圆弧缺陷会间接影响与之匹配的外边面件的质量。

整形过程中存在的主要问题是因为翻边整形成形包含一定比例的弹性变形，成形后会产生一定的回弹，需要做回弹补偿处理。回弹处理的角度和材质、翻边整形的形式(正翻或侧翻)以及最终产品的角度都有关。通过全工序的模拟分析来计算回弹的角度并做回弹补偿处理，如图4 所示。

翻边整形模具结构

下模主要部件

下模是整套模具的基础，后续的所有构件都安装在下模上，这些部件通过组装完成各种模具动作，下模主要功能部件如图5 所示。

图5 下模主要部件

⑴模具转运部件－起重棒(图6)。起重棒数量交付时仅提供下模4 个，上下模必须通用。生产过程中起重棒应放置在下模；为防止连接处松动，需配上螺纹紧固剂旋紧后，加装防转销钉，必要时仅可端头螺纹处点焊防转；注意起重棒的位置和高度适用于多层堆垛。起重棒必须在物流方向上对称布置，起重棒位置与下模对齐，不能超宽，起重棒高度应等高，需要在250mm ～300mm 之间。

图6 起重棒标准

⑵导柱、导板是上下模相对运动部件，主要作用为在上下模之间进行导向，其中导柱负责精导向，导板负责粗导向。装配方法为，①导柱。液氮冷却到-80℃安装，然后导柱自己受热膨胀。H6/r6 过盈配合需注意：安装导柱的孔下面不能够有铸造筋，必须为通孔，方便导柱导套的取出。②导板。用内六角圆柱螺栓进行安装，内六角圆柱螺栓要配上螺栓紧固剂进行紧固，防止松动。

⑶模具行程限制器。行程限制器用于限制上下模具之间的距离，根据模具的大小布置4 ～8 个行程限制器。

⑷定位(图7)可以保证制件在模具中相对位置的准确性。定位严禁焊接拼接，定位的位置、数量及高度要能够完全限制板料或者制件的自由度，保证板料在模具中位置稳定，但是不得大于上模中的预留量，下模定位避免与上模躲避孔干涉。定位圆角处理及预留量的尺寸大小，定位及定位的安装槽需全部倒圆角处理，避免板料放入或者成形时板料剐蹭产生料屑。模具调质结束后钻销钉孔、打销钉，固定位置。

图7 定位

⑸存放限制器。存放限制器是外协件(外购件)。这里需要特别注意的是，模具存放时避免被压至下死点，避免镶块损坏。当合模状态时(上模氮气缸与下模接触)，存放限制器能够自由的翻转。存放限制器的数量在4 ～8 个之间，高度由设计和模具结构决定。

⑹氮气缸。通过氮气缸实现存放辅助的功能，使模具的上模在不同的装备及压机中(如多工位压力机)安装时省时。其数量和位置由模具结构及设计决定。法兰盘固定在下模。氮气缸的充气嘴必须安装在两块法兰盘之间，以使充气时紧固螺钉不需再次拆下。螺钉紧固时，需加上垫片及螺纹紧固剂。在使用重量小于等于 10t(100kN)的上模时，在每个模具上各使用30kN 支撑力的4 个氮气缸。如果上模重量超过10t 的，那么氮气缸的数量或其支撑力必须相应的提高。氮气缸需要利用自身弹力将上模保持一定高度。

⑺到底标记。拉延模/整形模的到底标记可以用来确认制件是否已经完全成形。将到底标记销用螺钉把紧到预留的安装孔中。最终标记只能布置在成形凹区(最低点)且在零件上可见。

⑻退料器。退料器分布于翻边凸模四周，可将已翻边的制件从翻边凸模顶出。为了确保翻边后的制件稳定的顶出，退料块必须与翻边凸模的轮廓相匹配。退料器均匀分布，避免单侧/单点工作，退料器与翻边线等距，保证翻边后所有退料器同时接触制件。退料器的导向部分要足够长，限位块的良好匹配间隙为0.05 ～0.1mm，避免退料器摆动或转动，避免夹件，避免间隙过小与凸模干涉，损伤凸模或者出现夹死现象。

⑼哈丁插头。46 针的哈丁插头使模具上的电子元件和压机连接起来。它的作用是检测制件是否在正确的位置上，并发出信号给压机。哈丁插头安装在物流方向的左侧(或者右侧)，并用四个螺钉紧固。

⑽零件传感器和分配器。检查制件是否放在正确的位置上，传感器被布置在凸模对角的位置。通过分配器和哈丁插头把信号传给压机，压机从而检测制件是否干涉，以决定是否继续压件。传感器用一个支架和螺钉固定在凸模上，支架下面的螺母可以调节传感器的高度。传感器上表面比凸模型面低5mm，两个螺母通过反向的旋入以固定传感器(一共有两个传感器)，当凸模的型面倾斜时，可通过弯曲传感器支架的方法来使其与凸模的型面达到随形(传感器的上表面和凸模的型面相互平行)。

上模主要部件

⑴导套。导套是标准件，与其对应的是导柱，其同样是模具的导向件。导套使用H7/h6 的配合，标明位置号并用压块压住。导套的内径尺寸必须满足导柱的要求。导套自带润滑材料(黑色的石墨)，从而可作为导向润滑。在导套周围抹上油，并把导套放入导套固定孔内，用尼龙锤轻轻的敲击使导套进入孔内。需要注意的是：导套安装不能倾斜。导套沉入模具基体里(导套的法兰紧贴模具)，用2 个压块压着导套法兰，螺钉配上止转片和螺纹紧固剂拧紧压块。

⑵压料板减振元件(图8)。在上模和压料板安装完毕后，可将压料板推进上模中去。最后用橡胶弹簧和六角螺母将减振元件紧固，其可防止压料板脱落。

图8 压料板缓冲部件

橡胶弹簧和垫片插到螺纹杆上，再将螺母旋紧。出于安全考虑必须先将模具翻转后再用圆柱螺栓和紧固剂将减振杆安装在上模底座中。安装时必须确保减振杆不能卡在圆角上，如果减振杆没有和通孔紧合的话，会发生偏斜的状况。

⑶侧销(图9)。侧销可以防止压料板的脱落。只有在减振元件失效的情况下，侧销才发挥其功能。插销插入在预留通孔内，用垫片锁紧(垫片规格为32mm/40mm/50mm 三种)。在模具上铸上标志字母(H,S)并在侧销上打上标志钢印字母以防混淆(由模具制造商实施)。H 代表工作销；S 代表安全销，两者行程差10mm。

图9 侧销

⑷压料板打杆(图10)将上气垫的力转移到压料板上。上气垫打杆尽量选用铸造或者整体锻造机加的形式。上气垫打杆禁止采用法兰与杆的主体烧焊或者螺纹旋合的结构，必须是整体式的，打杆下方禁止安装垫片。

图10 压料板打杆

⑸堆垛键(图11)。模具中的堆垛键可在模具存放时，限定模具间的距离，保护模具。如果没有安装堆垛键的话，上方存放模具的全部重量全部作用在下面模具的托杆上。这样减振元件的橡胶弹簧就会在压力的作用下保持负荷状态，弹簧的材料和螺杆会因为疲劳而损伤。堆垛键安装在上模预留凹槽里(距离模具边缘125mm，距模具中心685mm)用圆柱螺栓紧固。单个零件的模具上模使用8 个键，或者生产双件的模具在每个件的上模使用4 个键。在下模底面上需要加工出宽度300mm 的平面用于配合堆垛键。

图11 堆垛键

⑹成形镶块。成形镶块和凸模共同实现了翻边整形模的主要功能，成形镶块通过凸模圆角的配合对板料进行整形。CVD 镀层需要较高的温度(化学反应950 ～1050℃)，达到合金钢的回火温度，涂层附着力好，但电镀完后镶块硬度降低，需要重新真空热处理以达到需要的硬度，电镀后电镀层较厚,影响间隙配合，表面略显粗糙，表面粗糙度不好。PVD 镀层需要的温度(物理反应200 ～500℃)相对较低，附着力略低，镶块变形小，电镀层薄，对间隙的配合影响小，电镀后表面粗糙度好，不需要单独的抛光处理。

结束语

翻边整形工序是保证冲压件的配合尺寸和轮廓尺寸。掌握翻边整形工序的工艺要求和各类缺陷的维修方法是提高冲压件尺寸精度的有效途径，在工艺结构中改进有助于提高维修效率。对翻边整形模具结构的了解和掌握，也将有助于模具前期设计时及时发现问题和改进问题；在日常的生产维护方面，也将有助于我们在线快速的解决问题，减少不必要的设备及模具停台，促进生产效率的提高。