一模雙腔設計校核方法探討

文/龔玉祿，陳士佳，段清秀·長城汽車股份有限公司，河北省汽車工程技術研究中心

如何在激烈的競爭中搶占先機，是每個車企必須直面的問題。在眾多舉措中，提高效率、降低成本是提升車企競爭力的重要方法。圍繞著提效降本的核心命題，汽車模具技術也在不斷創新和應用新技術中。在眾多提效降本模具技術中，一模雙腔工藝具備明顯優勢，可明顯提升生產效率，降低開發成本及人員維護工時。

一模雙腔廣泛應用于產品的左右件工藝設計中，具有提升生產效率，縮短調試、生產備模工時，減少模具存放空間，降低一次性投資成本等優勢。當前整車市場競爭日益激烈，提效降本為各車企提升競爭力的有效方式。為有效支撐提效降本指標，沖壓工藝尋求突破與提升，一模雙腔工藝已經可以實現產品左右狀態。本文主要研討一模雙腔工藝實現2 種不同產品的工藝方案。

零件介紹

后地板及后圍板均位于整車的后部區域，是車身地板的重要組成部件，是地板區域重要的承力組件。由于其在整車結構中作用的通用性，可作為平臺件供多款相似車型共同使用。圖1 為某車型后地板與后圍板產品。后地板材質為DC01-FB，料厚為0.7mm，產品尺寸為1460mm×844mm×188mm，后圍板材質DC51D+Z-FB，料厚為0.7mm，產品尺寸為1440mm×755mm×50mm。兩者料厚一致，長度方向相差20mm，寬度相差89mm，高度相差138mm。經初步對比，產品具備一模雙腔合模條件。

圖1 后地板與后圍板產品圖

拉延工藝分析

明確送料方向

確認送料方向是一模雙腔工藝設計關鍵的步驟，送料方向直接影響工藝頂桿排布形式、廢料滑落方向安排及模具結構尺寸設計等。結合此后地板產品形狀及尺寸，充分考慮壓邊圈頂桿施加力的均勻性，同時兼顧產品生產階段節拍，可確定產品生產階段送料方向(圖2)。

圖2 拉延工藝

確認工藝中心間距

①確認選用壓力機是否具備雙料片間距調整功能，因現場生產階段運用此功能的場景不多，為降低投資成本，一般機床不具備此功能。當機床不具備此功能時，需考慮機床可識別雙料片間距及范圍值。在一模雙腔工藝設計階段，需保證拉延成形階段板料間距大于200mm，板料整體長度值小于4000mm。

②結合2 種產品的成形性分析結果，確認中間部位成形到底后板料走料量，進而確認壓料面寬度，再結合壓邊圈與凸模間隙、導板和導滑面寬度、模具中部加強筋寬度、后序模具廢料滑料空間等因素，最終確定此時的間距值b。一般情況下，b 值是大于200mm 的，故設計階段間距值按照b 值設計。因模具尺寸影響模具開發成本，故模具結構設計一般選取b 的最小值進行設計。

拉延參數校核

在一模雙腔工藝中，拉延成形參數的校核是十分必要的，經過校核，可規避后期現場生產中的機床不匹配、成形力不足、成形階段壓力機“悶死”等現象。成形參數的校核主要涉及成形能量和模具偏載。

⑴成形能量校核。以后地板為例，首先從Autoform 分析結果中調出后地板成形力曲線圖(圖3)，將曲線圖上部陰影區劃分為3 個區域，每個區域對應面積即為每個區域的成形能量值。然后在線圖中查找關鍵點的坐標值：a(-185.73mm,0kN)；b(-1803mm,1604.2kN)；c(-35.68mm,1663.7kN)；d(-13.55mm,1940.2kN)；e(0mm,6800kN) 。最后依據多邊形面積計算公式，計算各區域成形能量值。

圖3 后地板成形力曲線

區域1 成形能量為 244772J；區域2 成形能量為39877J；區域3 成形能量為59215J；則成形總能量為3 個區域能量的和，約等于344kJ。使用同樣的方法計算出后地板成形能量為396kJ，兩者能量和為740kJ。遠遠小于設備能量值1150kJ，故設備可提供成形能量滿足生產需求。

1)模具偏載校核。①拉延成形力及與機床中心數值的確定：綜合考慮產品工藝材料流入量、頂杠數據排布、板料形狀尺寸等因素，確定后地板、后圍板與機床中心的距離分別為725mm、675mm，兩個產品工藝中心間距為1400mm。經Autoform分析，兩個產品成形力分別為540t、680t，成形力之和為1220t。一般情況下，校核機床是否具備產品成形所需力時需乘以安全系數(1.2 ～1.5)，則成形力乘以系數約為1830t。

②拉延成形偏載量的計算：設模具中心與后地板工藝中心距離為X，則模具中心與后圍板工藝中心距離為1400-X。利用杠桿原理，列出算式540×X=680×(1400-X)，求得X=780。即后地板工藝中心距離模具中心780mm。即，整體工藝中心距離機床中心55mm，且位置偏后圍板一側。圖4 為某2400t 生產機床偏載曲線圖，當計算中心偏載數值在對應成形力四邊形區域內，即可認定此時偏載滿足機床要求。圖4 中紅色線為整體工藝中心X 向偏心位置，從圖中可以看出坐標值位于1800t 四邊形區域內，故X 向偏載在機床允許范圍內。由于產品均為對稱件，故Y 向無偏載情況。

圖4 合模偏載校核曲線

后序工藝及模具結構

由于產品工藝中心的距離在拉延工藝設計階段已確定，故雙腔后序工藝設計階段需重點保證兩個產品工藝中心間距與拉延階段保持一致，以便于生產階段工序件在模具間的自動化傳遞。其他諸如修邊、翻邊等工序內容與單腔工藝設計一致，保證最終產品成形狀態即可。

模具結構設計階段，需以工藝數據為基礎，在保證模具結構性能基礎上，進行模具輕量化設計，以降低模具開發成本。同時還需對工藝設計規劃進行結構校核，當結構設計階段發現工藝數據存在問題時，需及時反饋商談，按照合理方法修改，以避免實際生產階段出現問題。模具結構見表1。

表1 模具結構

結束語

針對不同產品，合理應用一模雙腔模具工藝及結構，是降低成本、提升生產效率的重要舉措。隨著模具行業的不斷發展，涌現出越來越多的新工藝，新結構。大膽熟練的創新及應用，才會益于模具行業的良性發展。當然，更多的創新需應用于現場，在策劃不同產品的一模雙腔模具工藝及結構時，需要經過充分的驗算，以避免后期現場生產階段存在問題。