汽車覆蓋件前縱梁的模具設計及沖壓工藝

[摘 要]汽車覆蓋件前縱梁發揮承載作用，因此對其制造要求較為嚴格。其中，模具設計環節尤為重要，規范模具設計環節才能落實沖壓工藝，從而促使汽車覆蓋件前縱梁符合制造要求。文章介紹了汽車覆蓋件前縱梁的模具設計及其沖壓工藝，旨在解決其制造問題。

[關鍵詞]汽車覆蓋件；前縱梁；模具設計；沖壓工藝

[中圖分類號]U466 [文獻標志碼]A [文章編號]2095–6487（2024）06–0032–03

Die Design and Stamping Process of Front Longitudinal Beam of Automobile Covering Parts

HUANG Qihua

[Abstract]The front longitudinal beam of automobile covering parts plays a bearing role， so its manufacturing requirements are more strict. Among them， the mold design link is particularly important， and the standardization of the mold design link can implement the stamping process， so as to promote the front longitudinal beam of the automobile covering part to meet the manufacturing requirements. This paper introduces the die design and stamping process of the front longitudinal beam of automobile covering， aiming at solving the manufacturing problem.

[Keywords]automotive panels； front longitudinal beam； mold design； stamping process

1 汽車覆蓋件前縱梁的模具設計

1.1 確定拉深模結構

根據使用的不同壓力機，既存在單動壓力機拉深模，也存在雙動壓力機拉深模。覆蓋件如果形狀比較簡單，深度較淺，應使用單動壓力機，這樣設計模具較簡單，生產效率較高；覆蓋件如果形狀比較復雜、深度較深，應使用雙動壓力機。

對前縱梁形狀結構進行分析，發現拉延件屬于淺拉延，形狀簡單，因此，對拉延模進行確定，采用單動壓力機拉深模。該拉深模結構簡單，既由凸模組成，也由凹模構成，并由壓料圈集成。該拉深模表現為倒裝形式，不管是凸模與壓料圈之間，還是凹模和凸模之間，均存在倒向裝置。不管是模具外輪廓的尺寸，還是其閉合的高度，均應符合壓力機的參數要求。

根據選擇的模具類型，不管是其凹凸模，還是其壓料圈，應堅持實型鑄造。為了方便安裝，在不影響剛度前縱梁和強度的情況下，挖空非重要部分，以節約材料。在影響剛度和強度的部位，分別設計加強筋。

模具鑄件的壁厚與模具尺寸大小、零件批量生產及受力情況有關。該制件運用批量生產，該模具屬于中型模具。

根據汽車模具的要求，既要設計凹模，也要設計凸模，其他小零件選用標準件。對凹凸模的尺寸進行確定時，要考慮模具的磨損情況及拉延件的彈復情況。根據拉延件的三維數模尺寸，可確定凸模及凹模尺寸的大小。

1.2 設計凹凸模結構

1.2.1 凹凸模圓角

合理的凹凸模結構設計，拉延時應不影響坯料金屬流動性。凹模圓角半徑R越大，材料越易進入凹模，但如果R太大，則易起皺。因此，為了促使材料不起皺，R=（6-8）t，t為板料厚度（mm）。

若凸模的圓角半徑R太小，則坯料易彎曲變形，導致危險斷面材料容易變薄，甚至拉裂；R太大，坯料則容易懸空，進而產生內起皺情況。一般來講，R凸小于R凹，取R凸等于（0.7～1.0）R凹，根據所給的數模，R凸等于8 mm。

關于拉延凸模的圓角半徑，即拉延件的內輪廓圓角半徑，等于拉延件的圓角半徑。

1.2.2 凹凸模間隙問題

對凹凸模間隙大小進行拉延，其影響著拉延力、制件質量及模具壽命。間隙如果太大，則容易起皺。間隙如果太小，拉延件壁則容易變薄，甚至拉斷。

在拉延時，關于凹凸模之間的間隙，直邊部分z=t=1.5 mm，在圓角部分，由于對材料進行復原，所以，其間隙應大于直角間隙0.1t，即z=1.65 mm（t為零件的厚度）。根據拉延件的尺寸大小，決定凹凸模的尺寸大小。在對凹凸模尺寸進行確定時，既要考慮模具的磨損情況，也要考慮拉延件的彈復情況。

1.3 設計壓邊圈

拉延時，壓料效果由壓邊圈質量決定。本次設計的壓料面，設置8個上導擋料板，對毛坯進行定位，為了方便送料，上導擋料板應以汽模QM3115—2002導板為標準。8個小凸臺對平衡板進行安裝，調整壓料圈與凹模之間的間隙及進料阻力。平衡塊使用標準件，以QM1623—2002墊塊為標準。該模具屬于中型模具，選取平衡板的直徑為60 mm，高度為20 mm。

1.4 導向裝置

使用導滑板導向，其不僅結構相對簡單，造價也相對較低。期間，既要對凹凸模進行導向，也要對壓邊圈進行導向。根據模具的實際結構及結合其拉延深度，以QM1301-2002擋料板為標準，凹凸模8個導板以C100 mm×100 mm為標準，凸模和壓邊圈8個導板以C100 mm×125 mm為標準。

1.5 卸料裝置

拉延毛坯外形，均勻分布8根頂桿，在液壓缸的驅動下，促使壓力圈向上運動，使得凸模可卸料，在凹模座的內部，存在兩個卸料頂銷，使得凹模可卸料。這樣可提升生產的自動化程度，模具運行方面也比較穩定，使得設備延長了使用壽命，工件質量得到了提升，噪聲有所減少。

2 汽車覆蓋件前縱梁的沖壓工藝

2.1 汽車覆蓋件前縱梁的工藝性分析

2.1.1 結構分析

前縱梁沖壓件選用材料以SPRC440冷軋鋼板為主，材料厚度大約為1.6 mm，實施大批量生產。

地板加強板以矩形拉延件為主。該零件選用材料以SPRC440冷軋鋼板為主，進而實施拉延較為合適。為促使拉延不具備缺陷（褶皺），應對毛坯實施補充面的設計工藝。

前縱梁沖壓件的基本特點表現為工件尺寸相對較長、尺寸精度相對一般以及材料強度相對較高。其外形結構左右對稱，既有凹凸狀態，也有其他狀突變，屬于經典的板料沖壓件，易拉延成型。

就前縱梁沖壓件的形狀而言，雖然該零件具有相對復雜的整體形狀，但拉延部分比較規則，因拉深存在較大的深度，無法一次拉伸到位，還需整形工序。工件的主要變形表現為拉深但不變薄，材料具有較大的流動量。

2.1.2 沖壓工藝性分析

（1）成形件的形狀比較復雜，但也相對對稱。其模具容易加工，工藝相對簡單。

（2）拉延成形具有較大的變形程度，如拉伸高度可達163 mm，但變形部分相對比較勻稱。

（3）該零件屬于加強部件，外廓尺寸不具備較高的精度。

（4）該零件具有12個孔位，發揮促使汽車總裝固定的作用，不管是模具設計，還是零件加工，應確保其孔位精度。

（5）在沖壓工藝中，不僅有拉延工藝，還有成型等工藝，結合材料所體現的不同異性，在各變型工序中，材料既可能出現回彈、翹曲、起皺問題，也可能出現變薄、劃痕等問題。為避免類似問題，除要設計出合適的模具結構外，還要設計出合理的沖壓工藝，進而生產出符合使用標準的產品。

2.2 確定工序方案

由于該零件不管是修孔，還是沖壓，均具有復雜性，所以，應選定先落料，再拉延，然后修邊沖孔，接著整形沖孔，最后側修邊翻孔沖孔的工序方案。

采用該工序方案的原因：①該零件屬于梁類零件。在汽車覆蓋件中，其成形具有較大難度。②材料以高強度鋼板為主，原因為汽車應具備車身輕量化以及高強度化的特點。該零件材料屬于新型材料，其特點表現為成型性相對較差、反彈相對嚴重，因此有必要采取相應的整形方法。③該零件拉延成形具有較深的深度，局部產品擁有相對較小的R圓角，需要對產品實施拉延修改，再對其實施整形修改。④整形修改無法與第一沖壓方向相同，需要實施旋轉處理。⑤兩邊的垂直修邊不符合要求，還應對其進行側修邊。⑥產品中心需要實施翻孔，應對其進行翻孔。

2.3 確定沖裁精度

沖裁精度即沖裁實際尺寸與基本尺寸存在的差值，差值越小，則沖裁精度越高。

該零件尺寸之所以存在誤差，是因為凹凸模存在影響誤差的制造精度、對材料沖裁導致其彈性回復，以及操作存在偶然因素，如因為定位不夠準確或材料性能不夠穩定等。

由于零件尺寸沒有標注公差值，所以以國標非配合尺寸的IT14級為準，模具設計的精度以IT12、IT13為準。該零件屬于支撐零件，其模具設計的精度以IT13為準。

2.4 設計拉延件

2.4.1 拉延件的沖壓方向

拉深方向的確定原則：覆蓋件本身存在對稱面，為確定其拉伸方向，以與對稱面垂直的軸旋轉為準；覆蓋件本身不存在對稱面，為確定其拉伸方向，以繞汽車位置相互垂直的兩個坐標旋轉為準。值得注意的是，拉伸工序的沖壓方向與后續工序應保持相同。另外，確定拉深方向，還應注意以下問題。

（1）拉深凸模是否匹配凹模。在拉深完畢時，確認拉深凸模是否可匹配拉深件的所有型面，不能存在該模具無法接觸的死角或死區，以促使拉深件成形。

（2）拉深深度是否均勻。在確認拉深凸?？梢云ヅ淅畎寄r，應事先檢查拉深深度是否均勻。

（3）拉入角相同。在拉深的過程中，應促使凸模相對兩側的拉入角相同，促使材料進入凹模速度相對一致，使得變形條件更加理想。

（4）凸模與毛坯平穩接觸。應將中間作為接觸部位，接觸面積應盡量大，接觸點也應盡量大。這樣確保拉深時，毛坯不會竄動，拉深程度相對穩定。

（5）工藝補充部分相對不多。拉深件不能缺少工藝補充，最好的拉深工藝，應在耗材最少的情況下，得到合格的拉深件。

2.4.2 確定壓料面

壓料面各個部位存在不同的進料助力，在拉深的過程中，毛坯經過凸模頂部進行竄動，使得表面質量受到影響，易產生拉裂及起皺。若壓料面兩端高度一致，那么，進料阻力相對均勻，凸模進行拉深時，接觸拉深毛坯的中心部位，拉深成形相對較好。為了促使壓腳面各部分的進料阻力相對均勻，要合理設計壓料面形狀及拉深筋，確保拉深深度均勻，促使凸模對應兩側的材料具有相同的拉入角。另外，確定壓料面形狀應結合以下幾點。

（1）降低拉深深度，既可防裂，也可防皺。

（2）凸模對毛坯具備拉伸作用，這也是確定壓料面形狀不可忽視的因素。只有毛坯各部分在拉深時，處于拉伸狀態，并對凸模進行緊貼，才能防止起皺。

2.4.3 設計工藝補充部分

為對覆蓋件進行拉深，根據拉深工藝的要求，應對覆蓋件的相關結構進行工藝處理，如孔、開口及壓料面等，即為工藝補充。

工藝補充屬于拉深件不可忽視的部分，在拉深完畢后，應修正和切掉其工藝補充部分。工藝補充若太多，會消耗較多材料。因此，在符合拉深條件的情況下，應盡量減少工藝補充部分，確保材料利用率相對較高。

從零件結構的角度來講，對零件進行工藝補充后，表現為對帶凸緣的盒形件進行拉深。因此，選擇修邊線時，應選擇盒形件拉深的底部，并進行垂直修邊，且修邊線應與拉深筋控制合理距離。

壓料面的尺寸沿著周邊長度大約為80 mm，拉深筋沿著周邊長度大約為12 mm。關于工藝補充部分，深拉伸處補充大約為60 mm，淺拉伸處補充大約為30 mm。

2.4.4 設置拉深筋

在壓料面設置拉深筋，需結合不同數量和位置，以及不同結構尺寸和拉深筋與槽之間的松緊，對壓料面各部位的阻力進行調節，并對材料流入進行控制，促使進料速度有所緩解，壓應力有所削弱，制件剛度有所提升，在進行拉深時，要防止出現起皺及產生開裂。

設置拉深筋的原則：①如果拉深深度較淺，應設置增加剛性的拉深筋，或者設置拉深檻。②為了確保進料阻力比較均勻，在直線部分設置拉深筋，或設置拉深檻。③為了避免出現起皺，在凸曲線設置合適的拉深筋。④不管是拉深筋，還是拉深檻，均要接近凹模圓角，但不能對修邊模的強度造成影響。⑤同個位置應設置一條拉深筋，必要時增加兩條或者3條。

若零件的成型結構和工藝補充后的形狀，拉延部分出現了較大變形，應對其設置拉延筋。同時因為工件材料存在較差的拉延性，導致拉延形狀如同盒形，因此，在直邊處需要設置壓料筋，圓角邊則不用設置。在零件的4個直邊處，分別設置一條拉延筋。

壓料筋的尺寸與凸模外輪廓相關，沿著凸模外輪廓的形狀而變，尺寸的大小決定凹模圓角的大小以及壓料圈的強度，一般控制大小在30～35 mm（本次控制大小為20 mm）。壓料筋相互之間的尺寸，應沿著壓料筋的形狀不變，一般控制大小在28～30 mm。若壓料面屬于覆蓋件的凸緣面，則壓料筋與凸模外輪廓之間的尺寸大小，為壓料筋與修邊線之間的尺寸大小，加上修邊線與凸模外輪廓之間的尺寸大小。壓料筋之間的尺寸大小控制在28～30 mm。

壓料筋的高度為4 mm，從第1根開始遞減，寬度為12 mm、16 mm，由拉延件的尺寸大小所決定，本次寬度以12 mm為標準。

對汽車覆蓋件前縱梁零件的模具設計及其沖壓工藝進行規范，才能促使汽車覆蓋件前縱梁零件在生產方面更加符合汽配標準。

3 結束語

對汽車覆蓋件前縱梁零件的模具設計進行規范，并對其沖壓工藝進行規范，才能促使汽車覆蓋件前縱梁零件在生產方面更加符合汽配標準，以適應現代智能工業的要求，保障產品的質量，節省成本。

參考文獻

[1] 于爽，何洋，趙廣.汽車25%覆蓋度64 km/h正面剛性壁障碰撞的前縱梁加強結構研究[J].汽車實用技術，2020（7）：78-79.