某汽車后端上板沖壓工藝設計

張樹林

（1.桂林電子科技大學機電工程學院，廣西桂林541004；2.廣西科技大學鹿山學院，廣西柳州545616）

某汽車后端上板沖壓工藝設計

張樹林1，2

（1.桂林電子科技大學機電工程學院，廣西桂林541004；2.廣西科技大學鹿山學院，廣西柳州545616）

覆蓋件的沖壓工藝設計是覆蓋件生產中非常重要的一個環節，其沖壓工藝設計是否合理，將直接影響產品的生產過程和質量。以某型面包車后端上板為例，對其沖壓工藝進行分析，完成了其工藝設計的過程，為同類型產品的工藝設計過程提供了實例參考。

覆蓋件；沖壓工藝設計；DL圖

汽車覆蓋件的成形技術越來越成熟，有些覆蓋件的結構也越來越復雜，但是不管產品的結構怎么變化，基本上都脫離不了拉延、修邊、翻邊、整形和沖孔等基本成形工序[1]。根據產品的結構特點和成本考慮，有時需要將一些工序合并，如修邊沖孔、翻邊整形、沖孔側沖孔等。本文以某型面包車的后端上板（如圖1所示）為例，介紹產品的沖壓工藝分析過程、工藝的確定和三維工藝數模工藝方案（DL圖）的設計。

圖1　后端上板三維數模

1　沖壓工藝分析

后端上板位于車廂尾端后端板總成上，是內板類零件，是車廂的主要鉚接件之一，布置安裝車廂尾端的線束和管路等，其質量直接影響到車廂的強度和抗碰撞能力。后端上板屬于汽車內部的板件，產品的表面質量比外觀件要求相對較低，但對產品的剛度和強度的要求卻相對較高，產品的型面需要充分成形，從而保證零件的剛度[2]。由于對后端上板的剛度、強度的要求和需要在其上安裝各種線束等，所以零件的表面和過孔不允許出現縮頸、開裂、起皺和毛刺大等成形缺陷。

由于后端上板有抗防撞要求，所以零件的材料為高強板B280VK-FB-D，料厚0.7 mm，零件高度為182 mm.根據零件的結構特點，工藝簡要分析如下：

（1）零件比較大，結構復雜，而且零件材質為高強板，所需要的拉延力和壓邊力應該比較大，結合生產車間現有設備特點，決定采用單動液壓機進行拉延，閉式雙點壓力機進行修邊、沖孔。

（2）零件的拉延深度較深，為了降低拉延深度，零件應該旋轉角度來拉延，這樣不但可以降低縮頸、開裂等成形風險，也可以減少用料，提高材料的利用率。

（3）在設計型面的工藝面時，由于零件的型面較復雜，在保證零件在成形過程中材料流動均勻，不出現開裂、起皺等成形缺陷的同時，又要保證型面成形充分，提高零件的剛度。

（4）在設計拉延工藝補充面，要考慮后續工序成形的可行性。由于零件的結構比較特殊，如圖1所示的小翻邊無法在拉延工序成形出來，而且為了后序的切邊工序的實現，小翻邊部分和零件的邊緣部分應該先拉直，修邊完后，后序再進行翻邊整形。

（5）零件的孔比較多，又不在同一平面上，同時考慮修邊廢料排出方便，零件要旋轉角度，分兩序來進行沖孔和修邊，而且4個21 mm×6 mm的卡扣孔和2個異形長采用斜楔進行側沖。

通過上述的工藝分析，后端上板的沖壓工序基本上可以確定為四道工序，分別為：

（1）拉延工序（拉延DR）；

（2）修邊沖孔工序（修邊TR+沖孔PI）；

（3）修邊沖孔工序（修邊TR+沖孔PI+側沖孔CPI）；

（4）翻邊整形工序（翻邊BUR+整形RST）。

2　沖壓工藝設計

2.1拉延

（1）拉延方向的確定

根據拉延方向確定的基本原則，在車體坐標中，后端上板左右兩邊的型面是完全對稱的，但前后方向的拉深落差比較大，根據拉延方向的選擇原則，后端上板前后方向應旋轉一定的角度，使凸模兩側的包容角α和β盡量接近，兩側流入凹模的坯料保持均勻（即在車體絕對坐標里，繞著X軸旋轉32°），因此沖壓方向為如圖2所示坐標軸Z軸的正方向。按此沖壓方向，借助CAE軟件Dynaform5.7進行沖壓角度分析，拉延件整體成形性較好，不存在拉深負角或臨界角問題。

圖2　沖壓負角的等值線云圖

（2）壓邊面的設計

壓邊面是工藝面的主要組成部分，即分模面以外的部分[3]。根據壓邊面確定的基本原則，該后端上板零件在車體坐標中繞著X軸旋轉32°后，拉延深度降低，材料的流動更好，根據壓邊面設計要點，結合零件的實際情況，設計后端上板的壓料面如圖3所示。

圖3　拉延模的壓邊面

（3）其他工藝補充設計

1）工藝補充是出于拉延工藝和壓邊面考慮，因此設計工藝補充時要考慮會不會對后序切邊和翻邊有影響，保證后序的定位穩定性，制件取料方便，盡量采取垂直修邊等。

2）工藝補充是拉延工藝重要組成部分，但拉延后又需要修切掉，所以工藝補充部分盡量減少，以提高材料的利用率[4]。

3）根據零件各部位成形特點，在壓邊面上設置拉延筋或拉延檻，可有效地調整毛坯料的進給速度。

4）工藝孔及工藝切口。有的零件存在局部突起或鼓包，不利于毛坯料流動，會造成零件局部破裂，這時就要采取開工藝孔或工藝切口來改善拉延條件，以便從工藝補充內部得到材料補充。工藝孔或工藝切口必須是在修邊線之外，修邊時不能影響制件的形狀。

（4）拉延工藝數模

根據上述拉延工藝原則和要點，利用CAD軟件（NX8.0）繪制拉延工藝數模（DL圖），如圖4所示。

圖4　拉延DL圖

2.2修邊沖孔

在選擇修邊方向時，首先考慮修邊質量。所選修邊方向應該盡量與制件型面垂直，必要時采用斜楔修邊，但修邊方向與制件型面法向的夾角一般在15°以內為好[5]。

零件外邊緣修邊沖孔時，為了方便廢料排出，廢料長度：長條型廢料長度小于等于600 mm，寬度小于等于250 mm；L型廢料長度小于等于500 mm.為了保證廢料從廢料刀一側落下，必須對模具一周廢料刀周密考慮，即順時針或逆時針沿周設置，并且廢料刀的刀面角度為5°.

因為后端上板結構特點，考慮修邊質量和廢料排出方便，后端上板安排有兩道修邊沖孔工序，第一序修邊沖孔位置和廢料刀位置如圖5所示。為了實現拉延工藝的可行性，提高修邊質量，簡化模具結構，制件長度方向的另一側邊緣修邊線，在制件旋轉32°回到車體坐標后，采用垂直修邊方式進行修邊和沖正面的孔，同時側面的孔采用側沖孔方式沖出，如圖6所示。這樣，在這兩序修邊沖孔中，完成所有的修邊和沖孔。

圖5　修邊+沖孔工序示意圖

圖6　修邊+沖孔+側沖孔工序示意圖

2.3翻邊整形

翻邊整形是覆蓋件沖壓的關鍵工序之一，翻邊質量的好壞及翻邊位置是否準確和整形到位與否，將直接影響到制件的產品質量和剛性，最終將影響到車身焊接和裝配的質量。

較為合理的翻邊方向應該達到翻邊凹模運動方向和翻邊凸模、立邊相一致的要求。車身沖壓覆蓋件型面一般都比較復雜，在工藝上基本實現不了一次拉延形成到位，往往需要通過修改拉延件的局部形狀或R角半徑來改善拉延條件，防止制件在拉延中開裂或縮頸，再通過增加整形工序完成零件成形過程。在后端上板成形過程中，需在翻邊整形工序中完成的翻邊位置和整形位置如圖7所示。

圖7　翻邊整形位置示意圖

該沖壓工藝設計目前已在柳州某公司應用于實際生產，經過模具調試，可獲得合格的產品，沖壓工藝設計合理，滿足零件成形要求。

3　結束語

本文按照后端上板的工藝特點，分析了零件沖壓成形工藝的可行性，完成了設備的選擇和沖壓工序的分配。在工藝分析的基礎上，進行了沖壓工藝的和沖壓工序的設計，主要包括沖壓方向、工藝補充面設計、翻邊展開、修邊線的確定、修邊沖孔的次序、壓邊面設計、拉延筋的布置等。按照工藝分析結果，利用三維設計軟件NX8.0初步完成了沖壓工藝數模（DL圖）。

[1]王福香.車身外覆蓋件沖壓工藝方案設計[J].模具制造，2012，（7）：40-45.

[2]秦永法.汽車覆蓋件模具設計[M].北京：機械工業出版社，2013.

[3]向小漢.汽車覆蓋件模具設計[M].北京：機械工業出版社，2013.

[4]薛松.基于Dynaform的加油口盒成形工藝分析及優化[J].熱加工工藝，2013，42（11）：115-120.

[5]鄺志偉.整體前側圍外板工藝分析及拉伸模設計[J].模具制造，2010，（5）：29-31.

Stamping Process Design of an Automobile Back End

ZHANG Shu-lin1，2
（1.College of Mechanical and Electronic Engineering，Guilin University of Electronic Technology，Guilin Guangxi 541004，China；2.The library of lu shan College off Guangxi University of science and technology，Liuzhou Guangxi 545616，China）

Stamping process design is a very important part in the production of covering parts，the stamping process design is reasonable，will directly affect the production process and quality of the product。In this paper，taking the back end of a bus as an example，the stamping process is analyzed，and the process design is completed，which provides an example reference for the process design of the same type of product.

covering parts；stamping process design；figure DL

TG76

A

1672-545X（2016）10-0084-03

2016-07-13

廣西教育科學“十二五”規劃課題成果《提高廣西獨立學院機械類專業學生實踐與創新能力的研究與實踐》（項目：2013C205）；2016年廣西高等教育教學改革工程項目，2016JGA42816建設產教融合實訓基地的探索與實踐——以廣西科技大學鹿山學院模具專業為例。

張樹林（1983-），男，學士，講師，研究方向：模具技術。