發(fā)動機橫梁的模具開發(fā)與調(diào)試

文/郭亮亮，侯其森，張國華，宋剛·一拖（洛陽）福萊格車身有限公司

發(fā)動機橫梁是重卡、客車等重型車輛底盤上比較重要的承重件，其形狀復(fù)雜，成形困難。本文針對該零件在沖壓工藝設(shè)計、模具結(jié)構(gòu)設(shè)計及現(xiàn)場模具調(diào)試方面所做的重要工藝方案進行描述，供大家借鑒。

零件特征

發(fā)動機橫梁如圖1所示，零件的基本尺寸為753mm×180mm×232mm，材質(zhì)為高強板B610，料厚為6mm。

圖1 發(fā)動機橫梁

該發(fā)動機橫梁最大成形深度達到232mm，兩端形狀復(fù)雜，板料較厚且材質(zhì)硬度大、成形性差，從整體上看工藝設(shè)計復(fù)雜，成形過程中容易產(chǎn)生開裂以及回彈，所需沖裁力大，模具強度要求高且結(jié)構(gòu)復(fù)雜，模具制造、調(diào)試技術(shù)要求高。

工藝方案

對零件成形工藝進行分析，經(jīng)過初步工藝預(yù)估后，制定的零件成形工序為；預(yù)成形→成形→修邊→側(cè)修邊1→側(cè)修邊2→側(cè)整→側(cè)沖孔+沖孔，共7個工序。

工藝分析：⑴由于料厚為6mm的高強板，成形后零件兩端多余的料需要側(cè)修邊，因為角度變化較大，模具結(jié)構(gòu)實現(xiàn)困難，廢料較難排出，且側(cè)修邊需要的沖裁力非常大，模具結(jié)構(gòu)復(fù)雜，后期維護較為困難，所以零件兩端邊線盡量不采用后期側(cè)修邊來實現(xiàn)。⑵零件回彈較大，整體回彈計算難度較大，零件開口處回彈量難以估算。⑶零件形狀較復(fù)雜，兩端與中間落差較大，一次成形進料不均勻，零件容易產(chǎn)生缺陷，需考慮多次成形。

經(jīng)過論證，我們更改了工藝方案，采用第一工序落料、后序分兩次成形的工藝，不僅簡單，也避免了采用側(cè)修模，使全工序模具在后期批量生產(chǎn)中更加穩(wěn)定、可靠，但是也增加了確定第一工序落料線的難度。同時，因為零件兩端材料上翻量較多，在后序成形過程中，局部會嚴重缺料，增加了零件拐角處減薄、開裂的風(fēng)險。通過多次型面工藝補充并進行CAE分析，將開裂風(fēng)險降到最低，如圖2所示。

最終確定零件沖壓工藝為：落料→預(yù)成形→成形→修邊→側(cè)整→側(cè)沖孔+沖孔，共6個工序。

圖2 CAE成形分析

模具調(diào)試中的問題及解決方案

開裂問題

在實際調(diào)試中，零件兩端的開裂是長期困擾我們的問題。由于發(fā)動機橫梁成形時兩端缺料，產(chǎn)生應(yīng)力集中，很容易在此處撕開缺口，雖然前期進行了CAE分析，但是在前期調(diào)試中一直存在開裂現(xiàn)象。最初為了提供合格樣件，前期零件預(yù)成形時，將平板料四角裁掉，直接用預(yù)成形模具消除了開裂問題，說明預(yù)成形工序可以解決開裂問題，并且得出了一個結(jié)論：預(yù)成形中料片的形狀在很大程度上決定了料片是否開裂。

圖3 第二工序模具

圖4 第三工序模具

圖3和圖4分別是零件預(yù)成形和成形工序的模具結(jié)構(gòu)，首先料片預(yù)成形到一定深度，然后成形模具將零件成形到位。開裂問題出現(xiàn)在預(yù)成形工序，通過激光下料，嘗試多種的料片形狀來分散拉伸力，消除應(yīng)力集中問題。同時將預(yù)成形凹模側(cè)面加工成斜面，提高凹模口型面光潔度，減小摩擦力，讓兩側(cè)板料順利進入模腔內(nèi)。

圖5是通過改變輪廓線形狀的方法來解決開裂問題的處理過程，圖5中①至④為端頭處料邊線的調(diào)整過程，最終采用的邊線④讓拐角處平緩過渡，將拐點分散到兩側(cè)，加大變薄區(qū)域，可以吸收更多拉伸力，消除了局部應(yīng)力過大而產(chǎn)生的開裂。同時，也要保證成形后的邊線輪廓符合檢具測量要求。

圖5 零件消除開裂的過程

預(yù)成形定位問題

在第一工序中，對落料件增加一個直徑為10mm的孔用于定位，模具結(jié)構(gòu)上再增加四處邊定位讓其定位穩(wěn)定，在后續(xù)修邊、沖孔工序，將其沖壓成直徑為16mm的定位孔。在模具工作過程中，成形后的定位孔因變形而夾住定位銷，導(dǎo)致取料困難，如果批量生產(chǎn)，會大大影響生產(chǎn)效率。為此，我們將定位銷改為可上下滑動的彈性定位銷，在上模下壓接觸料片時，定位銷受壓脫離定位孔，這樣就消除了定位銷卡于變形孔的問題。

零件回彈問題

大弧度U形梁成形后極易出現(xiàn)回彈，特別是對高強板B610來講，該工件最初出現(xiàn)了整體回彈，上表面最大回彈量達5mm，零件開口最大回彈量接近4mm。為了使零件合格，我們在第三工序的成形模具上更改了型面，同時在Z向和Y向上做回彈補償，通過兩次更改，使零件的面差完全合格。這樣也就解決了后序側(cè)沖孔后，零件回彈造成的孔位偏差問題，保證了兩端8個安裝孔的位置和孔徑合格。

兩端安裝面垂直度問題

為解決兩側(cè)面開口問題，我們特別增加了一道側(cè)整形工序，對兩端側(cè)面進行校正，保證兩側(cè)面相互平行，且與底面垂直，如圖6所示，圖6中成品件為合格零件。

結(jié)束語

通過正確安排工序內(nèi)容、合理設(shè)計模具結(jié)構(gòu)以及依靠分析軟件和豐富的制造經(jīng)驗調(diào)整修邊線和回彈補償量，解決了四個技術(shù)難題，最終實現(xiàn)了發(fā)動機橫梁模具的成功開發(fā)，效果良好，為以后類似零件的模具開發(fā)提供一些可以借鑒的經(jīng)驗：⑴在設(shè)計階段制定工藝方案時，需從質(zhì)量、周期、成本等各方面分析每個方案的優(yōu)劣性，為最終方案的確定提供有力參考。⑵調(diào)試階段是工藝方案的重要驗證環(huán)節(jié)，不能一味追求與設(shè)計的一致性，可根據(jù)實際調(diào)試情況，對工藝方案優(yōu)化改進。⑶合理的模具結(jié)構(gòu)是成功實現(xiàn)工藝意圖的關(guān)鍵，后期優(yōu)化結(jié)構(gòu)可解決設(shè)計之初難以預(yù)見的問題，是模具調(diào)試合格的關(guān)鍵。

圖6 全工序成品件