重型汽車整體式尾梁成形工藝分析與模具設計

李彩娟，詹 卓，程阿苗，張會軍

陜西黃河工模具有限公司（陜西西安 710043）

1 制件特點分析

圖1 整體式尾梁制件示意圖

重型汽車上包含有一些非常重要的梁型件，隨著汽車輕量化進程的推進，這些梁型件通常都由高強度鋼板制成，它們不但能夠承載著車身的大部分重量，而且可以吸附絕大部分撞擊的能量，是載重汽車上不可或缺的受力結(jié)構(gòu)件。如圖1所示，該制件為某重型卡車的整體式尾梁，具有以下特點：①材料厚，強度高，為了滿足汽車輕量化和承載的需要，該制件選用高強度鋼材料B600L，厚度為5mm；②制件成形高度極高，開口尺寸極難控制，制件長度尺寸為834mm，高度尺寸為386mm；③制件四周均要與其他部件通過螺栓連接，孔的位置要求高，且搭接面均為垂直面。經(jīng)分析該制件成形困難，開口寬度尺寸及孔的位置均難以得到很好的控制。本文以此制件為例，介紹該制件的成形方案及模具結(jié)構(gòu)設計，希望能為此類制件的生產(chǎn)提供借鑒。

2 制件成形分析

根據(jù)制件特點進行討論分析，長度方向的翻邊由于搭接的需要，必須保證在同一平面，并且側(cè)面上螺栓孔的位置也必須保證同軸，最穩(wěn)妥的方案就是增加側(cè)整形工序以及側(cè)沖孔工序，來分別保證制件的總長度和螺栓孔的相對位置。由于該制件成形高度達386mm，因此寬度方向尺寸252mm很難保證，并且均為垂直面，在成形后的回彈又極難控制，也需要增加側(cè)整形工序來滿足制件要求。但是，結(jié)合廠家現(xiàn)有設備資源以及投入成本的綜合考慮，最終確定成形方案為：激光切割下料?翻邊?成形，具體成形工藝如圖2所示。先利用現(xiàn)有激光切割機直接切割料片外形及所有的孔，保證孔間距及外形尺寸；然后通過翻邊模，將長度方向3個邊翻起來，保證3個邊與底面垂直并且在同一平面上；最后通過成形模，壓成形，保證寬度方向尺寸，同時保證長度方向尺寸。

3 模具結(jié)構(gòu)設計

3.1 翻邊模的結(jié)構(gòu)設計

整體式尾梁翻邊模的下模部分結(jié)構(gòu)如圖3所示。由于該制件材料為高強度鋼板，厚度5mm，且翻邊為90°，回彈難以控制。因此在翻邊凹模根部將R角保留，并適當將R角做小，使制件在成形過程中不但受到拉應力，而且在成形到位時，受到由R角墩死帶來的巨大壓應力，使材料進行有效的塑性變形，進而有效控制制件的回彈。另外，在成形推板上安裝4處掛料機構(gòu)，當成形結(jié)束時，機床上滑塊帶動上模部分上行時，掛料機構(gòu)有效的阻止制件繼續(xù)上行，使制件與成形凸模分離，進而達到卸料目的，此種機構(gòu)已在中厚板成形模中推廣和應用。

圖2 制件成形工序簡圖

圖3 翻邊模下模部分結(jié)構(gòu)示意圖1.推板 2.翻邊凹模 3.掛料機構(gòu) 4.下模座 5.凹模墩R角 6.推板

翻邊模的上模部分結(jié)構(gòu)如圖4所示，為了控制制件回彈，滿足制件要求，還需要對上模結(jié)構(gòu)進行以下3點設計改造：①將翻邊凸模底面加工0.5mm臺階面，使凸模中間部分懸空，R角處更有效的墩死，制件在壓應力作用下充分變形，達到配合翻邊凹模墩R角結(jié)構(gòu)的目的，減少回彈量；②經(jīng)過反復分析、調(diào)試和修正，在制件底面為大平面的區(qū)域，將翻邊凸模側(cè)面做1.5°回彈角，進而補償因材料彎曲變形而產(chǎn)生的回彈量；③在制件底面翹起的區(qū)域，將翻邊凸模側(cè)面保持垂直形狀，不做回彈角修正，靠適當減小側(cè)面間隙，使材料在成形過程中，受到充分的壓應力而減小回彈量。值得注意的是，一旦在此區(qū)域?qū)⒎呁鼓Ｗ龌貜椦a償，在成形過程中，制件會因側(cè)面間隙太大，而產(chǎn)生嚴重的起皺現(xiàn)象，直接影響制件質(zhì)量，并且這種現(xiàn)象無法消除。

3.2 成形模結(jié)構(gòu)設計

由于該制件成形高度達386mm，且兩邊不對稱，常規(guī)的生產(chǎn)方式根本無法滿足將制件全部包容在凹模型腔內(nèi)成形，因此只能將制件的部分高度包容在凹模型腔內(nèi)成形，這樣制件的開口尺寸很難控制到位。如圖5、圖6所示，在此模具設計時，將制件旋轉(zhuǎn)5°角成形，并將底面R角墩死，這樣使材料產(chǎn)生充分的塑性變形而減少回彈量。同時在制件側(cè)面增加回彈角，經(jīng)過反復調(diào)試和修正，并適當調(diào)整成形凸、凹模之間的間隙，最終將兩側(cè)面夾角由10°變?yōu)?°，制件開口尺寸252mm得到有效的控制。另外，在此成形模下模的長度方向分別增加兩件成形凹模，有效阻止制件在成形過程中向兩邊張開，這樣制件長度尺寸834mm也得到了保證。

圖4 翻邊模上模部分結(jié)構(gòu)示意圖

圖5 成形模下模結(jié)構(gòu)示意圖

圖6 成形模上模結(jié)構(gòu)示意圖

4 結(jié)束語

根據(jù)客戶實際需要，及時調(diào)整制件的工藝方案，通過精巧的設計方案和不斷地修正調(diào)試，最終解決了該制件在成形過程中的諸多難題，使得制件尺寸滿足圖紙需要及裝車要求。按此工藝方案設計的模具，結(jié)構(gòu)精細合理，構(gòu)思巧妙，能夠方便、快捷、安全地滿足制件的生產(chǎn)要求，達到了預期的目的，可為類似制件的模具設計提供參考。