一種“大彎度”橫梁沖壓工藝及模具結構

唐海琪，袁明宇，蔡錫斌，閆玉琴

（柳州五菱汽車工業(yè)有限公司山東分公司，山東青島 266000）

1 引言

隨著汽車保有量的與日俱增，汽車市場銷售空間逐年壓縮，各車企業(yè)間價格的競爭不可避免，且日趨激烈；品質的保證又是價格競爭的前提，所以降本增效、提質降本成為各汽車制造企業(yè)永恒的課題。沖壓工藝作為汽車制造四大工藝之首，承擔提質降本重任，制件品質、尺寸、精度是車身焊接質量的根本要求，材料利用率的提升、制造成本的降低是沖壓工藝和模具開發(fā)降本增效成敗的關鍵因素。同時，因為汽車節(jié)能減排和安全碰撞的不斷要求，高強度鋼板在車身設計中廣泛應用，因此，在制件工藝設計過程中，解決沖壓回彈、扭曲、拉傷、磨損等影響制件品質、尺寸、精度的問題是沖壓工藝的首要難題。一機多模、一模多腔等工藝模具設計方案、生產(chǎn)工藝規(guī)劃是降低制造成本重要手段，模具結構合理、調試維修方便也大大降低生產(chǎn)維護成本及保障生產(chǎn)效率。

2 制件及工藝介紹

某車型皮卡車架橫梁由上下板扣合焊接而成，橫梁兩端頭與大梁總成焊接，工藝上采用機器人弧焊，為保證制件焊接質量和焊縫強度，對沖壓件邊線輪廓尺寸精度和穩(wěn)定性提出了很高的要求：橫梁上下板扣合間隙必須控制在1.0mm以內，單個橫梁邊及端頭輪廓尺寸誤差0.5mm以內。

橫梁下板數(shù)模結構如圖1所示，制件中部及兩頭存在“大彎度”，斷面呈“U”型特征；制件材質選用熱軋酸洗板610L，沖壓件長度L=1,000mm，寬度W=90mm，材料厚度t=3.0mm。

圖1 制件數(shù)模截圖

合理的沖壓工藝能最大限度地提高制件質量[1]。根據(jù)制件特性及精度要求，結合模具結構設計及生產(chǎn)操作等方面綜合考慮，設定沖壓工藝如圖2所示。工序：OP10拉伸→OP20切邊沖孔→OP30切邊→OP40翻邊成形→OP50側整形→OP60沖孔→OP70沖孔。生產(chǎn)線設備：800t→630t→630t→630t→500t。

圖2 沖壓工序

工藝內容分析詳述如下：

OP10：淺拉伸，主要成形出制件整體彎度形狀，便于后工序型面定位，同時降低深拉伸可能造成的拉傷風險；本序工藝上主要預設計補償量以解決型面扭曲回彈。

OP20：制件采用型面定位，正切邊及局部側切，沖工藝孔做為后工序準確定位；OP30：切邊，兩端頭側切，制件采用型面及工藝孔定位；OP20/OP30兩序合模。

OP40：翻邊成形出兩側面及端頭主體形狀，制件用型面及工藝孔定位。

OP50：側整形兩側面回彈，保證上下板扣合間隙精度要求，制件用型面及工藝孔定位。

OP60：沖中部異型孔，端頭預整形，制件用型面及工藝孔定位；OP70：沖孔、側沖孔、側切舌，局部側修邊，同時端頭整形，制件用型面及工藝孔定位；OP60/OP70兩序合模。

按此工藝開發(fā)模具，各工序件定位可靠，邊線輪廓尺寸及側面間隙完全穩(wěn)定達到總成制件焊接精度要求，全尺寸合格率達98.6%。OP20/OP30合模、OP60/OP70合模，7道工序合成5副模具成線生產(chǎn)，不僅保證生產(chǎn)節(jié)拍效率，同時節(jié)約模具開發(fā)成本和生產(chǎn)制造成本。

3 沖孔模結構

OP60主要工序內容沖中部異形孔，由于孔位于制件中部，所以沖孔模采用內藏式斜楔結構，如圖3所示。關鍵設計點：內藏式斜楔裝配在壓料芯內。

圖3 沖孔結構剖視

制件置于下模型面1上，上模下行，壓料芯2壓住制件；上模繼續(xù)下行，上模斜楔驅動塊3推動裝在壓料芯內的斜楔4對制件完成沖孔；上模上行，斜楔4在氮氣彈簧作用下回程，斜楔回程限制設計行程蓋板6；斜楔回程氮氣彈簧安裝在壓料芯內，斜楔與壓料芯相對運動設計耐磨導向板，斜楔結構如圖4所示。

圖4 斜楔結構

壓料芯在沖孔部位設計可拆裝鑲塊5，便于沖孔凸凹模刃口調試及維護維修。

上下模結構平面布置如圖5所示，下模OP60圖示主要表達中部沖孔位置及端頭翻邊結構，下模OP70圖示主要表達兩側面斜楔沖孔、切舌及側整端頭結構。上模圖示主要表達中部斜楔沖孔驅動塊布置，OP60/OP70兩序壓料芯設計成整體結構。

圖5 上下模結構平面布置

制件側面沖切舌局部結構如圖6所示，沖切凸模2與側沖孔、側切邊凸模分別裝配在同一滑動斜楔上，沖切凹模3鑲嵌在下模鑲塊1上，用螺釘緊固，下模鑲塊加工讓空槽便于制件取出。因為沖切凸模單向受力，須設計防側向力結構，沖切凹模做成標準結構便于更換維修，凸凹模刃口材質選用高硬度耐磨材料Cr12MoV[2～3]。

圖6 切舌局部結構

4 結束語

高強度鋼板在車身設計中廣泛應用，因此在制件沖壓工藝設計過程中，解決回彈、扭曲、拉傷、磨損等影響制件品質、尺寸、精度的問題是沖壓工藝的首要難題，對于中厚板、厚板沖壓尤為重要；各工序間制件定位穩(wěn)定可靠、尺寸鏈關系設計正確是制件最終尺寸精度保證的基本條件；一機多模、一模多腔等工藝模具設計方案、生產(chǎn)工藝規(guī)劃是降低制造成本的重要手段，模具結構合理、調試維修方便也大大降低生產(chǎn)維護成本及保障生產(chǎn)效率。

本篇介紹“大彎度”橫梁制件沖壓工藝全面完整，制件尺寸合格率和精度穩(wěn)定性高，可為類似制件沖壓生產(chǎn)提供借鑒。