汽車縱梁加強板成形工藝優化與模具設計

李彩娟，程阿苗，詹 卓，張玲玲，張會軍

陜西黃河工模具有限公司（陜西西安 710043）

1 引言

縱梁承載著車身的大部分重量，并吸附著絕大部分撞擊能量，是汽車上不可或缺的受力結構件。縱梁加強板的存在，不但使縱梁在整體強度上得到進一步強化，使撐力區的傳力性能大大增強，而且在變形時能夠有效吸收、衰減車輛碰撞時的沖擊能量。隨著汽車輕量化進程的不斷推進，高強度鋼板在梁架件中的使用比例越來越大，強度越來越高，使得在其沖壓成形過程中造成極大的困難，對沖壓工藝、模具設計及制造提出了更高的要求和挑戰。

2 制件特點分析

如圖1所示的兩種制件，分別為我公司承接的某兩款輕型卡車的縱梁加強板，具有以下共同特點：①材料厚，強度高。為了滿足汽車輕量化和承載的需要，兩種制件均選用高強度鋼材料B510L，厚度為4.5mm；②沖孔多，部分安裝孔位置要求高。為了滿足裝配及吸收車輛運動過程中的沖擊能量，制件上設計許多形狀各異的孔；③型面及邊線裝配精度要求高。雖然縱梁加強板焊接在縱梁上、下板內部，但是該制件的型面及邊線與縱梁上、下板均有配合和搭接焊接關系，且搭接面均為垂直面，制件回彈控制難度大，制件尺寸要求比較嚴格。本文以這兩種制件為例，從成形工藝及模具設計的角度進行比較和分析，將此類制件的成形方案予以討論和總結，希望能對此類制件的模具設計起到一定的借鑒作用。

圖1 左右縱梁加強板制件圖

圖3 制件Ⅱ成形工序簡圖

3 制件成形工藝方案

3.1 制件Ⅰ成形工藝方案

如圖2所示，采用左右雙件連在一起成形，這樣能有效消除兩側翻邊帶來的側向力，保證成形的穩定性。由于將左右件連在一起生產，則必須在成形后增加分離工序，因此，決定將各處側孔、螺栓安裝孔及易變形孔均調整到沖孔分離工序完成，這樣能夠更好的保證孔徑及孔位要求，滿足裝配需要。同時，由于左右件連在一起生產，制件所有外形均需要落料來實現，那么落料沖孔工序的沖裁力也就成倍的增長。另外，由于該制件的孔多而密集，為了保證模具的使用功能及強度，必須將沖孔盡量分工序沖裁。綜合考慮客戶現有設備的狀態，決定將落料沖孔分為兩道工序，并且采用分級沖孔的方式才能滿足生產需要。綜上所述，制件Ⅰ成形方案定為：落料沖孔?落料沖孔?成形?沖孔側沖孔分離。

3.2 制件Ⅱ成形工藝方案

如圖3所示，采用將左右件分別旋轉5°單獨成形，這樣不但能更好的控制制件翻邊引起的回彈，而且兩側翻邊帶來的側向力得到了消除，成形穩定性也有一定的保障。由于采用單件成形的方案，制件不需要單獨設置分離工序，只需將各處側孔、螺栓安裝孔及易變形孔布置在沖孔側沖孔工序完成，剩余部分孔布置在落料沖孔工序完成即可。這樣以來，落料沖孔模的沖裁力能夠大幅度降低，對生產設備的要求也相應地降低。另外，針對制件Ⅱ的特點進行分析，將制件的直線邊線部分，采用下料來保證，后序的落料沖孔工位不涉及到直線修邊，這樣就明顯提升了該制件的材料利用率，大大降低了生產生本，提高了生產效率。綜上所述，制件Ⅱ成形方案定為：落料沖孔?成形?沖孔側沖孔。

3.3 兩種成形工藝方案的對比

圖2 制件Ⅰ成形工序簡圖

經過上述比較分析，制件Ⅰ的成形方案在成形穩定性方面好于制件Ⅱ的成形方案，但是在控制制件回彈、生產設備要求及生產成本的控制等方面均比制件Ⅱ的成形方案差。因此，按照制件Ⅱ的成形工藝方案設計、制造的模具，得到了客戶更高的評價和認可。

4制件Ⅱ模具結構設計分析

4.1 落料沖孔模的結構設計

如圖4所示，制件Ⅱ落料沖孔模的下模結構及制件排樣示意圖。針對該制件特點分析，直線邊由下料保證，其余部分由落料保證，采用調頭沖裁的排樣方法，單件毛坯料可以生產兩件制件，最終的廢料只有很少一部分。這樣不但大大提高了材料利用率，而且提高了生產效率。坯料依靠浮動定位板定位，送料側采用浮動卸料板撐料，兩側靠廢料刀將廢料從寬度方向切斷，既保證了調頭后坯料的方便操作，又能保證切斷后的廢料順利滑落。經過大批量生產的驗證，該模具結構穩定，可靠性強，可為相似制件提供參考。

4.2 成形模的結構設計

由于該制件型面裝配精度要求高，制件的回彈控制是所有問題中的重中之重。制件Ⅰ成形時，由于左右零件連在一起，必須在成形凸模上增加回彈角或者在成形凸模底面開槽來消除回彈，并且鑒于理論情況和實際狀態存在差別，回彈角往往通過多次調試才能準確確定，在生產成本和生產周期上造成一定的浪費。如圖5所示，在制件Ⅱ成形模設計時，將左、右件制件分別旋轉5°成形，就不必在刻意凸模上單獨增加回彈角，同時將底面R角墩死，這樣使材料產生充分的塑性變形而有效控制回彈量。實踐證明，此種成形方案不需要在凸模上增加回彈角，不但大大降低了模具調試成本，而且縮短了生產周期。

5 結束語

總結同類制件的特點，及時調整制件工藝方案，針對制件關鍵尺寸要求，優化制件模具設計。最終在滿足制件要求及客戶需要的情況下，減少了生產周期，降低了生產成本，達到了預期的效果，可為同類制件的開發及模具設計提供參考。

圖4 制件Ⅱ落料沖孔模下模結構及排樣示意圖

圖5 制件Ⅱ成形模下模部分結構及制件回彈控制示意圖