汽車鋁板覆蓋件沖壓模具結構研究

上海賽科利汽車模具技術應用有限公司 (201209) 葉燕 王勇 郭強 李躍民

汽車鋁板覆蓋件沖壓模具結構研究

上海賽科利汽車模具技術應用有限公司 (201209) 葉燕 王勇 郭強 李躍民

鋁板比鋼板密度小，重量輕，鋁板零件通常用于汽車的發動機蓋和行李箱蓋等零件，利于吸能，提高碰撞安全性，并且具有一定的防腐蝕性能。但是鋁板成形性差、回彈量難以控制，相似零件的回彈量是鋼板的3倍，沖壓易產生碎屑，模具結構比鋼板模具復雜。目前鋁板覆蓋件沖壓模具研發技術主要掌握在歐美和日本等發達國家，國內尚不具備完善的鋁板模具技術的開發能力。在鋁板模具結構設計方面，相關資料少，缺乏標準規范。本文通過某項目鋁板發動機蓋外板模具的研發實驗，對鋁板模具做了總結歸納。

一、鋁板拉延模的結構特點

1.拉延模定位器的設置要求

由于鋁板沖壓生產是通過自動化裝置將料片放在拉延的壓邊圈上，料片在投料過程中會發生竄動，造成拉延生產不穩定。解決這個問題，拉延壓邊圈需要設置板料定位器。定位器設置需保證板料定位穩定，需要結合CAE仿真結果，避免在拉延收縮線凸出坯料線的區域設置，否則影響板料的拉延質量。

另外，由于鋁板的成形性差，壓邊圈上的定位器安裝空開區域以及凹模的定位器避讓區域形成的板料不符形，會直接影響鋁板的拉延效果。因此定位器的設置有以下兩個要點:

(1)CAE分析中零件容易起皺的區域不能設置定位器。

(2)定位器避讓區域不能破壞拉延筋。

在本文研究的鋁板發動機蓋外板的定位器初始設置在如圖1所示的4個角部，在試驗過程中拉延零件的這4個角部出現了起皺現象，此處定位器的避讓區域影響了拉延成形性。于是將原來設置在角部的2處定位器位置更改，保證角部型面的完整，減少成形質量的風險。

圖1 拉延模定位器位置

2.拉延模的排氣要求

板料在拉延過程中，上模壓下速度很快，以至于板料與上下模之間的氣體無法很順利地排出，這些氣體隨著上模壓下量的增大，其壓強也越來越大，這些氣體壓力會反作用在鋁板的板料上，就會造成鋁板的局部變形，引起零件的尺寸問題和表面質量問題，鋁板的沖壓生產對模具的排氣性有很高的要求，因此在鋁板沖壓模具設計時就要充分考慮到模具排氣性的要求。鋁板模具排氣性要求如下:

(1)上下模以及板料之間通過凸模與壓邊圈的間隙進行排氣，凸模與壓邊圈的間隙通常比鋼板模的間隙大一些。凸模與壓邊圈之間的間隙要求為6 mm，比鋼板模具的間隙大3 mm。

(2)利用上下模的排氣孔進行排氣，在上模凹圓角以及下模凹圓角部位設置排氣孔，這種排氣孔位于模面凹處，對零件表面沒有影響，排氣孔的直徑為4 mm。在結構設計時就要考慮排氣孔的位置因素，因此上模和凸模的結構筋布置不能設置在模面凹圓角處，否則不利于排氣孔的加工，從而影響零件的表面質量，凹模排氣孔如圖2所示。

圖2 凹模排氣孔

二、鋁板修邊模的結構特點

由于鋁板比較輕，并具有一定的粘度，修邊碎屑很容易粘到模面上，這些碎屑就會引起鋁板零件的表面質量問題，鋁板修邊模具設計時要充分考慮結構細節，盡可能地避免修邊碎屑問題。

1.廢料刀設置

為了減少碎屑，鋁板修邊時采用與鋼板模具不同的間隙和切刀方式，廢料一般采用二次切斷或浮動刀方式。工藝設計時盡可能減少廢料刀的數量，當產量大時，廢料刀要采用鍍鉻鑲塊，同時提高模具刃口的表面質量。鋁板廢料二次切斷以及浮動廢料刀如圖3所示。

2.修邊刀設置

為了減少碎屑，鋁板模具的修邊刀設置也與鋼板模具存在一定的區別，鋁板修邊刀的設置特點如下。

(1)鋁板修邊刀塊和凸模刃口設計成一定的傾角，并且修邊刀不是采用純尖角的方式，要設置成一定的圓角，減少修邊產生的摩擦，從而避免產生更多的碎屑，這種設置方式取到了一定的效果。

(2)通常情況下，修邊廢料的切入量越大，修邊碎屑也越嚴重，針對鋁板修邊的碎屑多的問題，在鋁板修邊模具設計時就要考慮到修邊刃入量的問題。鋁板修邊刀的廢料切入量比鋼板的廢料切入量小，其刃口切入深度一般為:鋁板料厚+刃入最小量+安全空間。

圖3 廢料二次切斷及浮動廢料刀

(3)鋁板修邊間隙也與鋼板的修邊間隙不同，鋁板修邊刀刃側壁與修邊凸模刃口側壁的通常為小間隙，與板料的厚度成一定的比例。

修邊刀切入量如圖4所示。

圖4 修邊刀切入量

3.修邊模零件符形區域設置

鋁板修邊時，需要將板料壓住，然后再將廢料切除，為了減少鋁板修邊的碎屑，修邊模設置對壓料區域、壓料寬度以及上下模的空開都有一定的要求，通常鋁板修邊符形區域的要求如下:

(1)為了將零件有效地撐住，防止零件放在修邊凸模上時產生變形，下凸模的有效符形區域有一定的要求，通常下模凸模有效符形區為35～40 mm，并且零件中間部位也需要一定的符形區域。

(2)有了有效地在修邊前把板料壓住，通常修邊模上模壓料板的有效符形區為25～35 mm。

修邊符形區域設置如圖5所示。

圖5 修邊刀切入量

三、鋁板翻邊模的結構特點

為了保證翻邊圓角光順，裝車匹配間隙均勻，目前汽車領域對鋁板的翻邊質量要求越來越高，在鋁板翻邊模具設計時要考慮到翻邊間隙以及符形區的要求。

1.翻邊間隙設置

鋁板比較軟，在翻邊模設計時避免分工序翻邊，盡可能地將翻邊放在同一工序，這樣就避免了分序翻邊的交接處出現翻邊棱印的問題，另外翻邊間隙要設置合理，通常翻邊間隙的設定有以下三個要求:

(1)翻邊間隙為鋁板料厚的80%。

(2)壓料板與翻邊刀的間隙為0.5 mm。

(3)翻邊刀上的成形圓角通常R1～R3 mm不等。

2.翻邊模符形區域設置

翻邊符形區域設置與修邊符形區域的設置類似，通常翻邊模符形區域的設置有以下幾個要求:

(1)翻邊模凸模需設計為全型面。

(2)壓料板符型區為80 mm。

(3)壓料板強壓區為35～50 mm。翻邊模設置符形區域如圖6所示。

圖6 壓料板符形區域

四、結語

本文研究并總結了鋁板模具的結構設計要點，其中包括拉延模板料定位器設置、拉延模排氣要求、修邊模廢料刀設置、修邊模修邊刀設置、修邊模零件符形區域設置、翻邊模翻邊間隙設置和翻邊模符形區域設置，對鋁板覆蓋件沖壓模具結構設計以及自助研發具有一定的意義。

20140206)