一种“大弯度”横梁冲压工艺及模具结构

唐海琪，袁明宇，蔡锡斌，闫玉琴

（柳州五菱汽车工业有限公司山东分公司，山东青岛 266000）

1 引言

随着汽车保有量的与日俱增，汽车市场销售空间逐年压缩，各车企业间价格的竞争不可避免，且日趋激烈；品质的保证又是价格竞争的前提，所以降本增效、提质降本成为各汽车制造企业永恒的课题。冲压工艺作为汽车制造四大工艺之首，承担提质降本重任，制件品质、尺寸、精度是车身焊接质量的根本要求，材料利用率的提升、制造成本的降低是冲压工艺和模具开发降本增效成败的关键因素。同时，因为汽车节能减排和安全碰撞的不断要求，高强度钢板在车身设计中广泛应用，因此，在制件工艺设计过程中，解决冲压回弹、扭曲、拉伤、磨损等影响制件品质、尺寸、精度的问题是冲压工艺的首要难题。一机多模、一模多腔等工艺模具设计方案、生产工艺规划是降低制造成本重要手段，模具结构合理、调试维修方便也大大降低生产维护成本及保障生产效率。

2 制件及工艺介绍

某车型皮卡车架横梁由上下板扣合焊接而成，横梁两端头与大梁总成焊接，工艺上采用机器人弧焊，为保证制件焊接质量和焊缝强度，对冲压件边线轮廓尺寸精度和稳定性提出了很高的要求：横梁上下板扣合间隙必须控制在1.0mm以内，单个横梁边及端头轮廓尺寸误差0.5mm以内。

横梁下板数模结构如图1所示，制件中部及两头存在“大弯度”，断面呈“U”型特征；制件材质选用热轧酸洗板610L，冲压件长度L=1,000mm，宽度W=90mm，材料厚度t=3.0mm。

图1 制件数模截图

合理的冲压工艺能最大限度地提高制件质量[1]。根据制件特性及精度要求，结合模具结构设计及生产操作等方面综合考虑，设定冲压工艺如图2所示。工序：OP10拉伸→OP20切边冲孔→OP30切边→OP40翻边成形→OP50侧整形→OP60冲孔→OP70冲孔。生产线设备：800t→630t→630t→630t→500t。

图2 冲压工序

工艺内容分析详述如下：

OP10：浅拉伸，主要成形出制件整体弯度形状，便于后工序型面定位，同时降低深拉伸可能造成的拉伤风险；本序工艺上主要预设计补偿量以解决型面扭曲回弹。

OP20：制件采用型面定位，正切边及局部侧切，冲工艺孔做为后工序准确定位；OP30：切边，两端头侧切，制件采用型面及工艺孔定位；OP20/OP30两序合模。

OP40：翻边成形出两侧面及端头主体形状，制件用型面及工艺孔定位。

OP50：侧整形两侧面回弹，保证上下板扣合间隙精度要求，制件用型面及工艺孔定位。

OP60：冲中部异型孔，端头预整形，制件用型面及工艺孔定位；OP70：冲孔、侧冲孔、侧切舌，局部侧修边，同时端头整形，制件用型面及工艺孔定位；OP60/OP70两序合模。

按此工艺开发模具，各工序件定位可靠，边线轮廓尺寸及侧面间隙完全稳定达到总成制件焊接精度要求，全尺寸合格率达98.6%。OP20/OP30合模、OP60/OP70合模，7道工序合成5副模具成线生产，不仅保证生产节拍效率，同时节约模具开发成本和生产制造成本。

3 冲孔模结构

OP60主要工序内容冲中部异形孔，由于孔位于制件中部，所以冲孔模采用内藏式斜楔结构，如图3所示。关键设计点：内藏式斜楔装配在压料芯内。

图3 冲孔结构剖视

制件置于下模型面1上，上模下行，压料芯2压住制件；上模继续下行，上模斜楔驱动块3推动装在压料芯内的斜楔4对制件完成冲孔；上模上行，斜楔4在氮气弹簧作用下回程，斜楔回程限制设计行程盖板6；斜楔回程氮气弹簧安装在压料芯内，斜楔与压料芯相对运动设计耐磨导向板，斜楔结构如图4所示。

图4 斜楔结构

压料芯在冲孔部位设计可拆装镶块5，便于冲孔凸凹模刃口调试及维护维修。

上下模结构平面布置如图5所示，下模OP60图示主要表达中部冲孔位置及端头翻边结构，下模OP70图示主要表达两侧面斜楔冲孔、切舌及侧整端头结构。上模图示主要表达中部斜楔冲孔驱动块布置，OP60/OP70两序压料芯设计成整体结构。

图5 上下模结构平面布置

制件侧面冲切舌局部结构如图6所示，冲切凸模2与侧冲孔、侧切边凸模分别装配在同一滑动斜楔上，冲切凹模3镶嵌在下模镶块1上，用螺钉紧固，下模镶块加工让空槽便于制件取出。因为冲切凸模单向受力，须设计防侧向力结构，冲切凹模做成标准结构便于更换维修，凸凹模刃口材质选用高硬度耐磨材料Cr12MoV[2～3]。

图6 切舌局部结构

4 结束语

高强度钢板在车身设计中广泛应用，因此在制件冲压工艺设计过程中，解决回弹、扭曲、拉伤、磨损等影响制件品质、尺寸、精度的问题是冲压工艺的首要难题，对于中厚板、厚板冲压尤为重要；各工序间制件定位稳定可靠、尺寸链关系设计正确是制件最终尺寸精度保证的基本条件；一机多模、一模多腔等工艺模具设计方案、生产工艺规划是降低制造成本的重要手段，模具结构合理、调试维修方便也大大降低生产维护成本及保障生产效率。

本篇介绍“大弯度”横梁制件冲压工艺全面完整，制件尺寸合格率和精度稳定性高，可为类似制件冲压生产提供借鉴。