新能源汽車翻邊整形模具結構詳解

文／胡德力，張相龍，韓曉東，趙飛，奧迪·一汽新能源汽車有限公司

模具是指工業生產上用以注塑、吹塑、擠出、壓鑄或鍛壓成形、冶煉、沖壓等方法得到所需產品的各種模子和工具。簡而言之，模具是用來制作成形物品的工具，這種工具由各種零件構成，不同的模具由不同的零件構成。它主要通過所成形材料物理狀態的改變來實現物品外形的加工，素有“工業之母”的稱號。

在汽車制造產業中，冷沖壓模具使用最多，幾乎所有的沖壓件都是沖壓模具生產的。每個沖壓成品需要毛坯料經過成形工序、修邊工序、翻邊工序、整形工序加工才能滿足工藝要求。各序模具在工作部件的順序動作和工藝性輔助部件的作用下完成加工。

翻邊模介紹

翻邊模是將工件的部分材料進行 90°(或者不同角度)折邊的沖壓工序。通過翻邊模可以生成制件的壓合邊或者為下一工序(整形)做準備工作。翻邊模的主要組成部分為翻邊凸模、壓料板和翻邊整形鑲塊。壓料板將板料壓緊在翻邊凸模上，翻邊整形鑲塊向下行駛，對板料進行翻邊。

不同的參數對翻邊工序流程有影響作用。首先，一個重要的參數為翻邊凸模的圓角半徑，其對制件上生成的圓角大小起決定性作用。再者，鑲塊的圓角半徑和著力點也很重要。若圓角太小，會對板料有剪切作用將折邊切斷；若圓角太大，壓合邊則無法再向工作方向翻折，導致角度過大。最后，凸模和鑲塊之間的間隙大小也起到影響作用。

翻邊整形工藝流程

⑴翻邊是利用模具把板料上的孔緣或外緣翻成豎立邊緣的沖壓加工方法。利用翻邊可以加工具有特殊空間形狀和良好剛度的立體零件，翻邊的位置多用于沖壓件之間的相互連接，如圖1 所示。

圖1 翻邊整形工藝流程

⑵整形工序基本設置在沖壓工序的最后，主要是為了把沖壓件不平度、圓角半徑或某些形狀尺寸修整到合格的要求。

翻邊分類

翻邊一般分為伸長類翻邊和收縮類翻邊。伸長類翻邊是指翻邊后板料被拉長。伸長翻邊可能導致的缺陷為開裂和回彈，解決方法主要有以下四點。⑴盡量多拉深成形，以減少翻邊前后的弧長變化。⑵拉延時增加工藝凸包，儲存板料如圖2 所示。⑶改變翻邊鑲塊的先后觸料順序。⑷采用壓料式翻邊。收縮類翻邊是指翻邊后板料被壓縮。收縮翻邊可能導致的缺陷為起皺和回彈，解決方法主要有三點，⑴盡量多拉深成形以減少翻邊前后的弧長變化。⑵改變翻邊鑲塊的先后觸料順序。⑶采用壓料式翻邊，如圖3 所示。

圖2 增加工藝凸包

圖3 壓料式翻邊

整形分類

制件法蘭邊主要功能是與其他制件壓合、搭接、焊接、鉚接，如果法蘭邊存在缺陷或者尺寸超差會影響與其他制件的配合，影響車身表面質量，嚴重時影響車身強度。制件工藝凸包主要功能是焊接、鉚接與內飾件連接，工藝凸包缺陷或尺寸超差會影響車身匹配間隙，產生車身異響等問題。制件圓弧主要功能是與內飾件匹配，外露面圓弧的美觀均勻性，圓弧缺陷會間接影響與之匹配的外邊面件的質量。

整形過程中存在的主要問題是因為翻邊整形成形包含一定比例的彈性變形，成形后會產生一定的回彈，需要做回彈補償處理。回彈處理的角度和材質、翻邊整形的形式(正翻或側翻)以及最終產品的角度都有關。通過全工序的模擬分析來計算回彈的角度并做回彈補償處理，如圖4 所示。

翻邊整形模具結構

下模主要部件

下模是整套模具的基礎，后續的所有構件都安裝在下模上，這些部件通過組裝完成各種模具動作，下模主要功能部件如圖5 所示。

圖5 下模主要部件

⑴模具轉運部件－起重棒(圖6)。起重棒數量交付時僅提供下模4 個，上下模必須通用。生產過程中起重棒應放置在下模；為防止連接處松動，需配上螺紋緊固劑旋緊后，加裝防轉銷釘，必要時僅可端頭螺紋處點焊防轉；注意起重棒的位置和高度適用于多層堆垛。起重棒必須在物流方向上對稱布置，起重棒位置與下模對齊，不能超寬，起重棒高度應等高，需要在250mm ～300mm 之間。

圖6 起重棒標準

⑵導柱、導板是上下模相對運動部件，主要作用為在上下模之間進行導向，其中導柱負責精導向，導板負責粗導向。裝配方法為，①導柱。液氮冷卻到-80℃安裝，然后導柱自己受熱膨脹。H6/r6 過盈配合需注意：安裝導柱的孔下面不能夠有鑄造筋，必須為通孔，方便導柱導套的取出。②導板。用內六角圓柱螺栓進行安裝，內六角圓柱螺栓要配上螺栓緊固劑進行緊固，防止松動。

⑶模具行程限制器。行程限制器用于限制上下模具之間的距離，根據模具的大小布置4 ～8 個行程限制器。

⑷定位(圖7)可以保證制件在模具中相對位置的準確性。定位嚴禁焊接拼接，定位的位置、數量及高度要能夠完全限制板料或者制件的自由度，保證板料在模具中位置穩定，但是不得大于上模中的預留量，下模定位避免與上模躲避孔干涉。定位圓角處理及預留量的尺寸大小，定位及定位的安裝槽需全部倒圓角處理，避免板料放入或者成形時板料剮蹭產生料屑。模具調質結束后鉆銷釘孔、打銷釘，固定位置。

圖7 定位

⑸存放限制器。存放限制器是外協件(外購件)。這里需要特別注意的是，模具存放時避免被壓至下死點，避免鑲塊損壞。當合模狀態時(上模氮氣缸與下模接觸)，存放限制器能夠自由的翻轉。存放限制器的數量在4 ～8 個之間，高度由設計和模具結構決定。

⑹氮氣缸。通過氮氣缸實現存放輔助的功能，使模具的上模在不同的裝備及壓機中(如多工位壓力機)安裝時省時。其數量和位置由模具結構及設計決定。法蘭盤固定在下模。氮氣缸的充氣嘴必須安裝在兩塊法蘭盤之間，以使充氣時緊固螺釘不需再次拆下。螺釘緊固時，需加上墊片及螺紋緊固劑。在使用重量小于等于 10t(100kN)的上模時，在每個模具上各使用30kN 支撐力的4 個氮氣缸。如果上模重量超過10t 的，那么氮氣缸的數量或其支撐力必須相應的提高。氮氣缸需要利用自身彈力將上模保持一定高度。

⑺到底標記。拉延模/整形模的到底標記可以用來確認制件是否已經完全成形。將到底標記銷用螺釘把緊到預留的安裝孔中。最終標記只能布置在成形凹區(最低點)且在零件上可見。

⑻退料器。退料器分布于翻邊凸模四周，可將已翻邊的制件從翻邊凸模頂出。為了確保翻邊后的制件穩定的頂出，退料塊必須與翻邊凸模的輪廓相匹配。退料器均勻分布，避免單側/單點工作，退料器與翻邊線等距，保證翻邊后所有退料器同時接觸制件。退料器的導向部分要足夠長，限位塊的良好匹配間隙為0.05 ～0.1mm，避免退料器擺動或轉動，避免夾件，避免間隙過小與凸模干涉，損傷凸模或者出現夾死現象。

⑼哈丁插頭。46 針的哈丁插頭使模具上的電子元件和壓機連接起來。它的作用是檢測制件是否在正確的位置上，并發出信號給壓機。哈丁插頭安裝在物流方向的左側(或者右側)，并用四個螺釘緊固。

⑽零件傳感器和分配器。檢查制件是否放在正確的位置上，傳感器被布置在凸模對角的位置。通過分配器和哈丁插頭把信號傳給壓機，壓機從而檢測制件是否干涉，以決定是否繼續壓件。傳感器用一個支架和螺釘固定在凸模上，支架下面的螺母可以調節傳感器的高度。傳感器上表面比凸模型面低5mm，兩個螺母通過反向的旋入以固定傳感器(一共有兩個傳感器)，當凸模的型面傾斜時，可通過彎曲傳感器支架的方法來使其與凸模的型面達到隨形(傳感器的上表面和凸模的型面相互平行)。

上模主要部件

⑴導套。導套是標準件，與其對應的是導柱，其同樣是模具的導向件。導套使用H7/h6 的配合，標明位置號并用壓塊壓住。導套的內徑尺寸必須滿足導柱的要求。導套自帶潤滑材料(黑色的石墨)，從而可作為導向潤滑。在導套周圍抹上油，并把導套放入導套固定孔內，用尼龍錘輕輕的敲擊使導套進入孔內。需要注意的是：導套安裝不能傾斜。導套沉入模具基體里(導套的法蘭緊貼模具)，用2 個壓塊壓著導套法蘭，螺釘配上止轉片和螺紋緊固劑擰緊壓塊。

⑵壓料板減振元件(圖8)。在上模和壓料板安裝完畢后，可將壓料板推進上模中去。最后用橡膠彈簧和六角螺母將減振元件緊固，其可防止壓料板脫落。

圖8 壓料板緩沖部件

橡膠彈簧和墊片插到螺紋桿上，再將螺母旋緊。出于安全考慮必須先將模具翻轉后再用圓柱螺栓和緊固劑將減振桿安裝在上模底座中。安裝時必須確保減振桿不能卡在圓角上，如果減振桿沒有和通孔緊合的話，會發生偏斜的狀況。

⑶側銷(圖9)。側銷可以防止壓料板的脫落。只有在減振元件失效的情況下，側銷才發揮其功能。插銷插入在預留通孔內，用墊片鎖緊(墊片規格為32mm/40mm/50mm 三種)。在模具上鑄上標志字母(H,S)并在側銷上打上標志鋼印字母以防混淆(由模具制造商實施)。H 代表工作銷；S 代表安全銷，兩者行程差10mm。

圖9 側銷

⑷壓料板打桿(圖10)將上氣墊的力轉移到壓料板上。上氣墊打桿盡量選用鑄造或者整體鍛造機加的形式。上氣墊打桿禁止采用法蘭與桿的主體燒焊或者螺紋旋合的結構，必須是整體式的，打桿下方禁止安裝墊片。

圖10 壓料板打桿

⑸堆垛鍵(圖11)。模具中的堆垛鍵可在模具存放時，限定模具間的距離，保護模具。如果沒有安裝堆垛鍵的話，上方存放模具的全部重量全部作用在下面模具的托桿上。這樣減振元件的橡膠彈簧就會在壓力的作用下保持負荷狀態，彈簧的材料和螺桿會因為疲勞而損傷。堆垛鍵安裝在上模預留凹槽里(距離模具邊緣125mm，距模具中心685mm)用圓柱螺栓緊固。單個零件的模具上模使用8 個鍵，或者生產雙件的模具在每個件的上模使用4 個鍵。在下模底面上需要加工出寬度300mm 的平面用于配合堆垛鍵。

圖11 堆垛鍵

⑹成形鑲塊。成形鑲塊和凸模共同實現了翻邊整形模的主要功能，成形鑲塊通過凸模圓角的配合對板料進行整形。CVD 鍍層需要較高的溫度(化學反應950 ～1050℃)，達到合金鋼的回火溫度，涂層附著力好，但電鍍完后鑲塊硬度降低，需要重新真空熱處理以達到需要的硬度，電鍍后電鍍層較厚,影響間隙配合，表面略顯粗糙，表面粗糙度不好。PVD 鍍層需要的溫度(物理反應200 ～500℃)相對較低，附著力略低，鑲塊變形小，電鍍層薄，對間隙的配合影響小，電鍍后表面粗糙度好，不需要單獨的拋光處理。

結束語

翻邊整形工序是保證沖壓件的配合尺寸和輪廓尺寸。掌握翻邊整形工序的工藝要求和各類缺陷的維修方法是提高沖壓件尺寸精度的有效途徑，在工藝結構中改進有助于提高維修效率。對翻邊整形模具結構的了解和掌握，也將有助于模具前期設計時及時發現問題和改進問題；在日常的生產維護方面，也將有助于我們在線快速的解決問題，減少不必要的設備及模具停臺，促進生產效率的提高。