汽車A柱支撐板級進模設計

陳學健，趙慶榮，黃昭明，蔣徐浩

（1.阜陽職業技術學院 工程科技學院,安徽阜陽236031;2.宣城職業技術學院 汽車工程系,安徽 宣城242000;3.無錫九和模具有限公司,江蘇無錫214142）

汽車A柱支撐板級進模設計

陳學健1，趙慶榮2，黃昭明2，蔣徐浩3

（1.阜陽職業技術學院 工程科技學院,安徽阜陽236031;2.宣城職業技術學院 汽車工程系,安徽 宣城242000;3.無錫九和模具有限公司,江蘇無錫214142）

摘要：汽車A柱支撐板級進模設計時，通過對其沖壓成形工藝進行研究，運用Autoform軟件確定零件的成形工藝方案，設計出10工位排樣圖.然后，通過考慮沖壓質量、工藝要求及生產效率等因素，并依據排樣圖及對成熟級進模總體結構的研究，選擇了合理的模具結構類型，依據所選擇的結構類型，運用三維造型CAD軟件UG，設計了一套能夠完成10工序的汽車A柱支撐板級進模.最后，對模具組裝和調試后，進行了實沖，所沖制件符合三維坐標檢測儀的檢測要求，在模具投產后通過適當的維護，能夠適應批量生產要求.

關鍵詞：支撐板；級進模；三維造型；導正釘；異形沖頭；調試

我國模具行業將高精密、復雜、大型多工位級進模列為重點發展項目，繼“十一五”模具振興計劃之后，仍然作為“十二五”規劃中的研發重點對其提出了更高的要求［1］.作為一種精密多工位級進模，汽車車身覆蓋件級進模有效的縮短了汽車車身的開發周期，對我國汽車工業的快速發展作出了重要的貢獻［2］.然而此類模具的工位多、完成的工序復雜、要求的批量大且期限短等，故其技術綜合性強，實施難度很大.

駱昌勤等［3］提出了面向對象的約束裝配樹模型描述級進模結構及零件間的關系，使用戶可直接在裝配環境下進行模具的總裝和零件設計，從而保證了設計結果的一致性.秦春節等［4］結合級進模設計特點以及UG三維設計軟件強大的建模、裝配功能，把裝配參數化設計中自頂向下的設計原理、方法引入沖模參數化裝配設計，實現了自頂向下的多工位級進模參數化裝配設計.龍玲［5］借助UG運動分析模塊對模具運動全過程進行仿真設計，分析了多工位級進模運動過程，建立了仿真實驗并運行，研究并實現了全過程仿真的關鍵技術.將該技術應用于某公司汽車零部級進模具設計可模擬條料送進過程中模具各工位的工作情況，使設計人員及時對設計方案進行驗證、修改、優化，對提高企業模具設計水平及效率，減少開發周期及成本起到了較好的效果.筆者通過對標準模具基本結構的選型，融入面向對象的約束裝配樹模型與自頂向下的設計方法，設計制造了出汽車A柱支撐板10工位級進模，并成功沖制出左右對稱的制件，通過三坐標檢測儀檢驗，制件成形質量完全符合設計要求，模具投產后滿足客戶使用要求.

1　制件工藝分析

制件為某汽車A柱支撐板，其作用是連接與支撐A柱.由如圖1所示的零件3D建模圖，其形狀復雜、精度要求高.制件生產產量要求為150萬件每年，材料為寶鋼JSC590R冷軋高強度鋼、厚度為1 mm的左右對稱件.對零件進行結構分析后，確定沖裁、沖孔、成形及整形作為零件的總體工藝要求，具體成形工藝區域如圖1所示.其中要注意的是為了更好的達到成形要求，在適當的工位需要調整制件的角度以利于成形和整形.

圖1　汽車A柱支撐板3D建模圖

2　排樣設計

工件沖壓方向、變形程度及變形次數之間密切相關的，多工位級進模的排樣設計主要是考慮模具制造的可能性與工藝性.通過AutoForm分析再利用UG軟件設計了制件的10工位排樣圖，如圖2所示 ，圖3為Auto CAD排樣設計圖，圖中給出了各工序的名稱、沖壓壓力需求及重要尺寸參數.10工位排樣圖的設計是以連續沖壓工藝工步設計為基礎，以確保沖壓質量及其尺寸與形位精度為核心，以沖壓工步順序安排和工位間送進方式選擇為先導，以級進模選型與結構設計為目的而設計［6］.條料挾持式送料裝置粗定位，配合導正銷、導尺以及墊塊精密定位，并采用料卷自動送進，其定位精度可達到±0.01 mm.制件輪廓復雜，故沖裁也是排樣設計的重點，必須考慮到沖壓時合理的分步進行［7］.

圖2　三維UG排樣設計圖

圖3　CAD排樣設計圖

3　模具總體結構設計

在級進模結構設計中，盡量選擇成熟的模具結構或標準結構；考慮模具零件是否具有足夠的剛度；總體結構是否簡單、實用；送料與操作是否方便、簡單；廢料如何處理；各模具零件之間是否可靠的定位和牢固的連接，零件本身加工是否方便；模具組裝后能否適應廠家的沖壓設備且安裝簡易，維護方便等原則.如圖4所示，本模具應用的基本級進模結構為典型多工位整體彈壓板結構.其結構包括上、下模板、4個獨立導柱組件、卸料板、導料板、導尺、墊板以及若干上、下墊腳等.這種級進模結構，能夠保證沖壓過程中全程壓住條料時對所有凸模導向；利用導尺、導料板和墊板的配合能夠達到對條料精密的側向定位；彈壓板上裝有定位針，能夠精確地壓下彈壓裝置，但在安裝上模板過程中要求定位針露出彈壓板下平面的有效長度為2 mm左右［8］.

圖4　基本結構模型

4　模具結構特點

（1）卸料機構設計.汽車A柱支撐板級進模使用的卸料機構主體部件如圖5所示.作為級進模基本結構的重要組成單元，卸料機構是在工作時卸下凸模上沖切后留下的條料.卸料裝置主要包括卸料板、氮氣彈簧、卸料螺釘、剝料橋和剝料柱等.為保證較高的送料精度，卸料板采用彈壓裝置，在沖裁前將料帶壓平，防止沖裁件翹曲.

圖5　卸料機構設計

（2）導料及定距定位機構設計.導料機構的作用是在條料的多工位沖壓成形過程中，保證條料的暢通送進，條件是條料必須浮離凹模一定的高度.同時，為了保證倒沖或側沖加工裝置的沖壓工作，應設置模具導料系統零件.汽車A柱支撐板級進模內導料系統結構如圖6所示，主要有導尺、導正釘、墊板、條料的側壓裝置、帶導向槽浮頂式導料柱、條料浮頂器、除塵裝置、障礙檢出機構等，在實際生產過程中應按不同沖壓加工要求合理地對導料系統的結構零件進行組合、選用.在不同的工位為適應實際定距定位的實際需求采用了導引孔、導尺或多個導孔的導正釘定距定位形式.

圖6　導料與定距定位機構設計

（3）凸、凹模結構設計.為保證制件精度、控制毛刺方向以及維修便利，凸、凹模的刃口均采用鑲拼形式進行設計［9］.為保證凸、凹模的強度，一般采用線切割的加工工藝.若其截面面積太小而影響到抗彎強度與剛性，視情況選用光學曲線磨床加工.在設計卸料鑲件時，為防止與凸、凹模發生干涉，在鑲件背面要設計適當的空間.設計成形零件時，應考慮到現有的設備能否滿足凸、凹模零件的加工要求.汽車A柱支撐板級進模中所使用的成形零件主要是用輪廓的沖裁與切割的異形沖頭，制件表面成形的凸、凹模零件以及制件切斷過程的沖頭等.其設計如圖7與圖8所示.

圖7　凸模結構設計　

圖8　凹模結構設計

圖9　整體裝配模型

（4）總體裝配.卸料機構、導料與定距定位、凸、凹模結構設計完成后，級進模設計階段基本結束.在模具制造裝配完成后，安裝模具于壓力機上，用指定的坯料試模，對試模沖壓出的制件首先應符合廠家所提供的檢具的檢測要求即零件裝車后的配合要求，然后利用三維坐標檢測儀逐一檢測其形狀與位置精度，看檢測結果是否符合廠家所提供的零件圖要求.若發現制件存在缺陷，應分析其原因，并設法對模具修正和調試，直到能生產出完全符合零件圖要求的零件.試模過程中，應排除影響生產、安全、質量和操作等各種不利因素，保證模具能穩定、批量生產之后模具就可以投入實際生產過程.如圖9所示，為汽車A柱支撐板級進模的整體裝配模型.

5　驗證成形方案

將設計制造出的10工位汽車A柱支撐板級進模安裝于1 000噸壓力機上.人工送進1 mm厚度的寶鋼JSC590R冷軋高強度鋼卷料.通過實沖試驗獲得制件，如圖10所示.首先，通過目檢發現其表面光滑，無起皺、疊料、破裂的現象發生；然后，用檢具檢測其關鍵成形部位符合公差要求；最后，通過三維坐標儀的檢測，確定制件符合廠家的圖紙要求.制件的部分檢測數據如圖11所示.模具投產后，能夠在要求的沖床頻次下，適應批量化生產且產品質量合格.生產過程中對模具進行周期性維護，可保證模具本身使用壽命.

圖10　汽車A柱支撐板實沖左右對稱件零件

圖11　三維坐標儀檢測汽車A柱支撐板部分數據

6　結論

級進模的結構設計主要為裝配設計與零件設計，它占整個模具設計80%以上工作量.利用UG軟件設計時，需要在保證模具整體功能的基礎上，對上百個零件進行設計和修改，還要完成模具總裝圖與零件圖的生成.因此，通過對標準模具基本結構的選型，融入面向對象的約束裝配樹模型與自頂向下的設計方法，可以大大提高模具設計效率與靈活性.

近年來，國內先進多工位與多功能級進模的設計技術提升很快，借助于高精度加工設備的普及和運用，模具制造裝備水平已躋身到國際先進行列.伴隨著模具設計制造水平的提高，部分精密、復雜級進模已經進入了規模化生產階段，與先進沖壓模具水平的差距在逐步縮小，模具的進口替代成效明顯，出口逐年遞增.

參考文獻：

［1］陳炎嗣.多工位級進模設計手冊［M］.北京:化學工業出版社，2012.

［2］林建平.我國冷沖模發展現狀及發展建議［J］.電加工與模具，2010（Z）:26-30.

［3］駱昌勤，溫建勇，李建軍,等.面向對象的級進模結構約束描述模型［J］.計算機輔助工程，2001,10（2）:36-41.

［4］秦春節，歐長勁，黃中原.多工位級進模自頂向下參數化裝配設計［J］.模具工業，2006,32（6）:5-7.

［5］龍玲，殷國富，胡新如.多工位級進模具運動仿真技術研究與應用［J］.機械設計與制造，2012（2）:239-241.

［6］張正修.多工位連續沖壓技術及應用［M］.北京:機械工業出版社，2010.

［7］黃昭明，王利，劉小飛，等.轎車C柱連接支架件連續模設計［J］.時代漫游，2014（1）:39-40.

［8］歐陽波儀.多工位級進模設計標準教程［M］.北京:化學工業出版社，2008.

［9］嚴智勇，譚平.電源連接器面板沖壓工藝與級進模設計［J］.模具工業，2010（1）:39-44.

（責任編輯：李婉）

中圖分類號：TG385

文獻標識碼：A

文章編號：1007-5348（2015）06-0019-06

［收稿日期］2015-04-26

［基金項目］安徽省質量工程項目（2014zy094）.

［作者簡介］陳學健（1980－），男，安徽阜陽人，阜陽職業技術學院工程科技學院講師，碩士；研究方向：模具設計與制造.

Design of Progressive Die for Cars A-Column Support Plate

CHEN Xue-jian1,ZHAO Qing-rong2,HUANG Zhao-ming2,JIANG Xu-hao3
(1.Institute of Engineering and Technology,Fuyang Vocational&Technical College,Fuyang 236031,Anhui,China; 2.Department of Automobile Engineering,Xuancheng Vocational&Technical College, Xuancheng 242000,Anhui,China;3.Wuxi Jiuhe Mould Co.,Ltd.,Wuxi 214142,Jiangsu,China）

Abstract：This paper analyzed the forming process of stamping parts in the cars A-column support plate, determined the scheme of forming process for parts by using Autoform software,and designed 10 position layout design chart.Then,it analyzed the layout and the overall structure of mature modulus of continuity,chose the reasonable structure type by taking into account of the stamping quality,process requirement and production efficiency.Based on the structure type,it designed a set of progressive die to be able to complete the 10 step of cars A-column support plate by using 3D modeling software CAD UG.Finally,a stamping experiment was carried out after the mold assembly and adjustment;it proved that the parts can meet the testing requirements of 3D coordinate detector and the requirement of mass production.

Key words：support plate;progressive die;3D modeling;guide nail;special shape punch;adjustment