汽车纵梁成形工艺优化与模具设计

汽车纵梁成形工艺优化与模具设计汽车纵梁成形工艺优化与模具设计 2019/11/26 介绍了汽车纵梁加强板的特点及其成形工艺，并将两种制件的成形工艺进行了对比分析。介绍了两种制件成形模的结构设计要点和控制制件回弹的方法，并进行对比分析。优化后的制件工艺可靠，模具结构稳定，既缩短了生产周期，又节约了生产成本，对此类制件的开发及模具设计具有一定的借鉴意义。关键词：受力结构件；成形工艺；高强度钢；回弹控制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：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；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；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。3制件成形工艺方案3.1制件成形工艺方案如图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经过上述比较分析，制件的成形方案在成形稳定性方面好于制件的成形方案，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的成形方案差。因此，按照制件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。5结束语总结同类制件的特点，及时调整制件工艺方案，针对制件关键尺寸要求，优化制件模具设计。最终在满足制件要求及客户需要的情况下，减少了生产周期，降低了生产成本，达到了预期的效果，可为同类制件的开发及模具设计提供参考。参考文献1王孝培.冲压手册M.北京：机械工业出版社，2004：80872冲模设计手册编写组.冲模设计手册M.北京：机械工业出版社，1999：420432.3朱元友.中厚板多孔位大型冲孔模设计J.模具工业，2010，36（6）:34354刘晓波，周德坤，杨国丰.汽车侧前横梁修边冲孔模设计J.模具工业，2009，35(7):36395张懃，柳强，黄利文.梁型件成形方法研讨J.模具制造，2016，（11）：17216第四机械工业部标准化研究所.冷压冲模设计M.北京：二二O七工厂，1981:130142