汽車座椅鈑金件成形工藝性分析

陜西凌云電器集團有限公司 (寶雞 721006) 賀慧清 安保新

1.沖裁件結構分析

沖裁件材料為Q235，料厚2 mm，含碳量適中，綜合性能較好，強度、塑性和焊接等性能得到較好的匹配，用途非常廣泛。沖裁件零件如圖1所示。

圖1 沖裁件零件圖

從圖1可以看出，該沖裁件有以下結構特點:

(1)沖裁件左、右成形，彎曲形狀及尺寸以中心對稱。

(2)主視圖上左、右兩邊孔也基本呈對稱狀，只是左邊多了2個孔 (特形孔及特形孔右邊的1個孔)。

(3)俯視圖左、右兩邊孔及壓臺孔呈完全對稱狀。

(4)沖裁件上、下兩邊呈典型的不對稱狀。一邊是復雜的曲面成形，深度達42 mm;而另一邊卻是簡單的折彎，高度僅為6 mm。

從圖1可以看出，該沖裁件是一個較為復雜的零件，必需通過沖孔模→落料模→成形模→切斷模→壓臺模→折彎模等一系列沖壓工藝手段才能完成零件的成形。因此，合理的工藝方案的設計，即零件的展開排樣→沖孔→落料→成形→切斷→壓臺→折彎等一系列沖裁、成形工藝順序的安排，不僅影響沖裁件的質量，而且對模具的壽命和生產效率都有著非常大的影響。

2.方案確定

首先，對該沖裁件進行展開，如圖2所示。

從沖裁件的展開圖可以看出，僅從沖孔、落料、壓臺和側耳成形方面，該沖裁件的上下不對稱性都不足以影響到工件的質量和模具性能。但在引伸成形模設計方面，如果直接引伸成形，則成形模壓力中心與沖頭把的中心即壓力機的施力中心就會發生嚴重偏離，導致產生偏彎矩。不僅造成壓力機的導軌和成形模的導向機構產生不均勻磨損，而且使成形模發生傾斜，間隙不均勻，刃口迅速鈍化，沖裁件成形質量降低，成形模壽命縮短。

圖2 沖裁件展開圖

通過以上分析，零件在引伸成形環節如果是上下、左右對稱的話，不僅對壓力機有好處，而且零件的成形質量和模具的使用壽命都有很大的提高。

鑒于此，設想對這個不對稱的沖裁件在引伸成形工序前采用合二為一的辦法，同時，考慮到在后續沖特形孔時方便將它分離成2個零件，使其成為對稱的沖裁件 (見圖3)。圖3中2個特形孔及2個矩形是在引伸成形工序完成后，采用沖孔工序完成特形孔的沖壓和零件分離。

圖3 對稱成形件方案設計

這樣一來，就解決了零件在引伸成形時模具壓力中心與沖頭把的中心嚴重偏離的問題。

由于該沖裁件料厚δ=2 mm，屬于δ＞1.5 mm，所以所有模具的卸料、壓料方式均采用固定卸料裝置。

(1)第一步:沖孔。由于主視圖與俯視圖上孔成形后不在一個平面，為了避免圖1俯視圖上的孔產生形變，所以對不同兩個面上的孔要分次進行，即需要2副沖孔模。

另外，由于主視圖上的特形孔與其右邊φ6.2 mm孔外輪廓最小距離僅為2.1 mm，距離太小，所以沖特形孔還需與沖主視圖上的其他孔分開進行。因此，在確定方案時就考慮將沖特形孔與分離零件一起進行。

(2)第二步:落料。根據該沖裁件的材料厚度(δ=2 mm)及形狀特征 (類似矩形)，落料沖裁設計為四周搭邊，搭邊統一選為數值3 mm。沖孔落料排樣如圖4所示。

圖4 排樣圖

(3)第三步:成形。從圖3可以看出，采用一模兩件的方案后，原來不對稱的沖裁件就變成了一個完全對稱的沖裁件。這樣，不但能使引伸成形模的布局設計簡單，而且模具導向和壓力機導軌的受力都非常有利。引伸成形后的零件如圖3所示。

(4)第四步:沖特型孔及零件分離。引伸成形工序完成后，采用一副沖孔模沖掉圖3中陰影部分的2個特形孔及2個矩形。這一工序完成了該沖裁件上特型孔的沖裁、需要折彎的另一邊的兩端缺口的沖裁及兩個完全相同的半成品的分離。

(5)第五步:成形面沖孔。兩個完全相同的半成品分離后，采用獨立的沖孔模對該沖裁件的成形面的6個孔沖孔工序 (見圖5)。

圖5 沖孔

(6)第六步:側耳及凸臺成形。鈑金件 (見圖1)俯視圖上的沖孔工序完成后，就可以對側耳進行折彎成形了 (見圖6)，在這副折彎模設計中，還可以將兩處凸臺一次成形。即側耳第一次成形還包括壓兩處凸臺工序。

圖6 側耳及凸臺成形

(7)第七步:側耳二次成形。側耳第一次成形后，以與成形側耳面相對應的平行面上的任意兩孔定位，然后再對側耳進行二次成形 (見圖7)。

圖7 側耳二次成形

(8)第八步:主視圖小凸邊折彎成形。最后在數控折彎機上對圖1所示主視圖的另一邊進行折彎，至此這個汽車座椅沖裁件就徹底完成了 (見圖8)。

圖8 成形后的沖裁件

綜上所述，完成這一汽車座椅上的鈑金件就需要沖孔模1、落料模、引伸成形模、沖孔模2(見圖6)、沖孔模、側耳成形模、壓臺和側耳二次成形模共7副冷沖模。

3.模具設計及制造

通過以上對這個汽車座椅沖裁件成形工序進行分解，設計出合理的成形工藝方案后，其一系列模具的設計過程就變得簡單、明晰了。

(1)模具設計。作為沖孔、落料、側耳打彎成形及壓臺等模具的設計只要毛坯或半成品定位可靠、間隙取值合理、卸料方便，模具的設計基本不存在什么問題。

這里要說的就是上述第三步中成形模的設計:①在以上的措施中已經將沖裁件的成形進行了調整，使其成為對稱成形，避免了成形模諸多的不足。②沖裁件的材料為 Q235，這是一種屈服極限為235 MPa左右的低碳鋼，強度、塑性等性能均較好。③沖孔、落料后，沖裁件上有了許多可以定位的孔，選取其中2個尺寸在φ6～φ8 mm范圍內的孔進行定位即可。④根據黑色金屬彎曲單面間隙Z/2=t(1+n)，其中n是根據彎曲件高度H和彎曲線長度B而決定的系數。我們知道沖裁件材料厚度t=2 mm，H=42 mm，B=352 mm。由此可見，B＞2H，根據表查到n=0.15，則單面間隙為2.3 mm。

當這些細節問題都得到妥善處理后，成形模的設計就會達到事半功倍的效果。

一般情況下，沖裁模的凸凹模我們都會采用工具鋼T8A、T10A，輔助的卸料板、固定板采用Q235鋼，模架一般采用相應大小的標準模架。

(2)模具制造。對于沖裁件中沖孔模、落料模、成形模、側耳打彎成形模及壓臺中凸模、凹模、卸料板、固定板及墊板等的制造，無非就是一些車、銑、刨和磨等的基礎加工，在模具制造上根本不存在什么問題。

4.試用效果

該沖裁件成形系列模具設計、制作和裝配完成后，經過試模，結果顯示，工藝性良好，沖裁件尺寸及外觀完全符合圖樣要求，成功實現了這個沖裁件從坯料到成形零件的轉變。

5.結語

該沖裁件的完成，不但滿足了生產需要，而且為需要引伸成形要求的、兩邊成形力量懸殊的、非對稱類沖裁件的制造積累了豐富的經驗，同時也大大提高了我們設計沖裁件工藝方案的水平。