波紋安裝板沖壓成形

文／馬聯(lián)合·陜西渭河工模具有限公司

波紋安裝板是汽車上的一個產(chǎn)品，呈波浪形，需求量大，工藝上使用鋼板沖壓成形，成形所需壓力較大，成形時容易破裂，形狀尺寸不穩(wěn)定，平面度難以保證，通過多次分析、計算和試制，制定出合理工藝，可高效地生產(chǎn)出合格的產(chǎn)品。該波紋安裝板外形尺寸為1100mm×800mm，尺寸較大，材料為SQ650，厚度為8mm，如圖1所示。

圖1 波紋安裝板

波紋安裝板成形部分相當(dāng)于三個U形彎曲件，按自由彎曲力計算成形力，F(xiàn)自由彎曲力=0.7Kbt2σb/(r+t），其中，K為安全系數(shù)，b為彎曲件寬度，t為材料厚度，σb為材料抗拉強(qiáng)度，r為彎曲圓角半徑尺寸，分別取K=1.3，b=3×1100mm，t=8mm，σb=650MPa，r=8mm。經(jīng)計算，F(xiàn)自由彎曲力=780.7t，為保證平面度及成形尺寸，增加一部分校正力，需要壓力機(jī)噸位為1500t。根據(jù)以上分析，我們決定采用一次成形，并在2000t壓力機(jī)上進(jìn)行壓制。

設(shè)計制作完模具后，在模具試沖時，碰到的第一個問題是壓力機(jī)噸位明顯不夠，只能壓到成形深度的一半，而且工件出現(xiàn)破裂現(xiàn)象，特別是中間的波浪形，由于材料流動時兩邊波浪形結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的阻力較大，更容易破裂。

通過分析和結(jié)合公司的實際生產(chǎn)，確定采用熱壓工藝，將成形件加熱到650℃～700℃，材料的強(qiáng)度可以降低40%，塑性可以提高50%，從而解決沖床壓力不足的問題和消除彎曲破裂的現(xiàn)象。

通過材料加熱，在原冷壓模具上進(jìn)行熱壓試驗，所沖壓的產(chǎn)品尺寸精度和平面度都達(dá)到圖紙要求，產(chǎn)品一致性很好，通過一年多來的生產(chǎn)，產(chǎn)品質(zhì)量非常穩(wěn)定。

熱壓工藝生產(chǎn)產(chǎn)品符合要求，質(zhì)量穩(wěn)定，但又存在以下缺點(diǎn)：⑴生產(chǎn)成本高，每加熱一件坯料，需要費(fèi)用較高。⑵生產(chǎn)效率低，由于受加熱速度限制，生產(chǎn)效率無法提高。⑶需要操作人員多，包括加熱人員、沖床操作人員、送料取料人員，至少需要四個人。

因市場競爭激烈，產(chǎn)品降成本的壓力非常大，公司對工藝再次進(jìn)行改進(jìn)，力爭做到保證質(zhì)量，提高效率，降低成本。

通過技術(shù)部門、生產(chǎn)部門的多次分析，決定用冷壓工藝，分兩次成形，第一壓，沖壓出中間形狀；第二壓，以中間形狀定位，沖壓兩邊形狀（用一個模具，分兩次沖壓），這樣可以降低沖壓力，材料流動性也好，不會破裂。基于以上分析，制作了兩套冷成形模具，并進(jìn)行試制。這種工藝在沖壓試制時，能夠壓出形狀，但產(chǎn)品平面度嚴(yán)重超差，尺寸穩(wěn)定性不夠，沖壓件底面成多折線不平行，無法校平，如圖2所示。

圖2 波紋安裝板成形示意圖

經(jīng)過這次的失敗，我們總結(jié)出兩點(diǎn)：第一、三個U形最好一次成形；第二、最后成形時，必須有校正彎曲工序。在這兩點(diǎn)基礎(chǔ)上，再降低沖壓力，使用本公司現(xiàn)有設(shè)備進(jìn)行冷壓成形。此外，對工藝進(jìn)行更改，采用兩套模具，進(jìn)行兩次冷壓成形，第一次壓成波浪形，如圖3所示。

⑴ 一壓成波浪形的原因是，產(chǎn)品在一次成形過程中，中間部分的材料要繞過兩邊成形部分，相當(dāng)于增加了一道阻力檻，并非自由彎曲，這是實際需要壓力遠(yuǎn)大于計算壓力的原因，所以一壓必須采用大圓弧波浪形過渡，從而減少成形壓力。

圖3 一壓成形圖

⑵ 一壓成形各圓弧部分中性層長度按產(chǎn)品對應(yīng)成形部分中性層長度的98%，這樣可以給二壓留2%的變形余量，來保證二壓后的平面度，如果大于98%，二壓沒有變形，平面度不好，如果小于98%太多，容易產(chǎn)生裂紋，而且易導(dǎo)致沖壓力太大。

⑶ 一壓總長808mm大于產(chǎn)品總長800mm，是為了補(bǔ)充二壓時材料所需的2%的變形余量，從而保證二壓變形后平面度符合要求。

⑷ 二壓和熱壓的一次成形產(chǎn)品結(jié)構(gòu)相同，由于存在一壓的預(yù)成形，二壓所需沖床的噸位降低，2000t壓力機(jī)完全可以滿足。

根據(jù)以上工藝制作模具，通過試制，產(chǎn)品尺寸和平面度均達(dá)到圖紙要求，模具使用半年后質(zhì)量也很穩(wěn)定，與熱壓成形相比，生產(chǎn)效率提高50%，使用人員減少一半，產(chǎn)品成本降低20%。

結(jié)論

⑴ 波紋安裝板各波紋部分成形必須一次壓成，各個U形部分不能一個一個分開成形，否則，無法保證尺寸精度的穩(wěn)定性，無法保證沖壓件平面度要求。

⑵ 可以采用波浪形預(yù)成形進(jìn)行過渡，減少成形壓力。