双活动压料芯模具成形模拟及结构设计

吴转萍，刘亚玲，彭坤龙，尹 康，白 宇

（陕西重型汽车有限公司，陕西西安 710200）

1 制件结构分析

图1所示为左车门内扣手安装支架，其特征为：4处翻边成形，分别为1个上翻，3个下翻。制件主基准型面仅存在3道小筋条，主基准面占比相对较大，制件的一侧翻边高度较低，而另一侧的翻边高度较大，考虑直接压型的稳定性，可将上翻边展开至主基准面上，以此增大压型的压料面积，增加直接压型成形的稳定性，从而简化工艺内容，采用直接压型的成形模式。考虑存在上翻、下翻，工艺方案排布有两种，一种是将全部下翻边布置在一个工序，以已经翻边成形部位为定位基准，下个工序单独进行上翻边，这种翻边模式，模具结构简单，符合常规的模具成形模式；第二种方案是将下翻边较浅的部位一侧及主基准面先成形，以先成形部位为后续的定位基准，进行另一侧所有的上翻边及下翻边，模具结构较为复杂。

图1 安装支架

2 两种成形工艺分析

经过对制件的结构分析，采用压型成形的模式，两种工艺布排分别如图2、图3所示。

图2所示为初定方案全工序过程图，落料冲孔→压型（所有下翻边成形）→上翻边成形→侧冲孔，此种工艺方案落料冲孔序存在一处窄且狭长的止裂口，此处落料刃口强度极差，模口镶块热处理易开裂、变形，影响精度尺寸及使用寿命。另外，下翻边同时进行，两侧翻边高度差比较大，压料面相对较少，易产生制件失稳，影响翻边成形。

图2 初定方案

图3所示为分步落料全工序过程图，基于以上分析，将制件窄且狭长部位进行分步，首先落料冲孔，仅落止裂口圆角部位，后续窄长条按冲孔出，因此，冲止裂口孔工序，将所有翻边展开至主基准面的基础上进行下翻边较浅侧的压型，第三工序剩余上翻及下翻一次成形，最后一工序进行侧冲孔。通过了解孔功能发现，最后一工序侧冲孔精度要求并不高，所以，可以通过修正孔位的方法，将侧冲孔工序合并到第一工序落料冲孔中去。

图3 分步落料全工序

3 仿真成形模口设计

在仿真模拟阶段，利用Autoform可以自动生成刀口，但是很多形状比较复杂的刀口设计，还需要利用NX等软件，将模口提前设计出来，后续模拟调用。由工艺方案分析可知，第二工序进行较浅一侧压型，其余翻边面均展平到基准面上，待后序完成翻边。其模口按第二工序工艺图设置，考虑坯料展开有偏差，将制件数模外缘稍向外延伸2～5mm即可。上、下模口对应，考虑要提前压料，需在一侧模口处将主定位基准面部分分离出来，作为提前压料用及后续退料用。第三工序压型工序，由于同时进行上翻、下翻，需要设计上、下双活动压7料芯，才能实现顺利成形。图4为上模模口、下模模口设计图。

图4 上、下模模口结构

下托料芯设计，将上翻边部位型面去掉，剩余部分作为下托料块的结构，如图5所示。

图5 下托料块型面

上压料芯设计，上压料芯型面依据制件数模，将上翻边型面部分去掉，在模具结构设计时，上翻边凸模是靠压料芯来成形的，上压料芯结构如图6所示。

图6 上压料芯型面

4 全工序仿真模拟设置

（1）首先将一次压型数模的*.igs格式导入Autoform中，如图7所示。

图7 制件导入

进行工序设置，单动拉伸成形，其凹模、托料块、凸模刀口设置如图8所示。

图8 工具体设置

模拟结果如图9所示。由图可以看出，最大增厚0.03mm，依据起皱判断的原则，在到底前3mm，增厚值不断增大，超过0.03mm，制件会产生起皱。因此，本序分析仅为材料增厚。

图9 成形模拟效果图

（2）增加工序，进行上、下压料芯的双活压型工序模拟分析设置，导入双活压型模口，如图10所示。

图10 压型模口

（3）在模拟设置过程中，最重要的是要将各个工具体的位置设置合理，另外，需在前序的行程基础上增加下行行程。同时工具体设置也尤为关键，依据前期工艺分析，进行工具体设置如下。上凹模工具体设置如图11所示，位置Above，移动距离-1000。

图11 上凹模工具体

下凸模工具体设置如图12所示，位置Below，一般情况下punch是的位移为0，即Movement数值为0，但是此处由于前工序punch在此位置，所以模拟设置需下移后序punch，下移值设置为-1000。

图12 下凸模工具体

上压料芯设置如图13所示，位置为Above,应提前压料，位移值在上凹模值基础上下移，下移值以超过上凹模模口最低面为准，因此，设置为-900。

图13 上压料芯工具体

下托料设置如图14所示，位置为Below，应提前压料，需高出下凸模模口最高面，此处赋值为-900。

图14 下托料工具体

图15 所示为上压料及下托料，上凹模及下凸模模口工具体整体设置效果图。

图15 所有工具体设置位置效果图

（4）process设置。

成形过程设置可分为3个阶段，在closing状态，上凹模与上压料芯一起下行，与下托料块接触，行程为1,800mm；随后分两次成形，即drawing2及drawing3，在drawing3过程中，上压料芯施力，下托料块不动，实现下翻边成形，行程设置为100（上凹模与上压料芯之间的位移）；在drawing2过程中，上压料芯与上凹模一起设置速度v，下托料块受力，与上压料芯相互作用，实现上翻边成形。图16、图17、图18分别为closing状态、drawing3状态、drawing2状态。

图16 closing状态

图17 drawing3状态

图18 drawing2状态

提交运算后，得出模拟结果如图19所示。折弯圆角部位出现紫色，圆角部位存在材料增厚现象，根据模拟过程分析，增厚值在到底前3mm没有增大趋势，起皱风险不大。通过分析表明，此方案可行。

图19 模拟结果

5 坯料修正模拟

依据仿真模拟结果发现，孔位存在偏差，同时考虑节约成本，将工艺侧冲孔工序合并至落料冲孔工序，需进行孔位修正。利用修边线反算功能，导入制件数模，点击应用，如图20所示。

图20 反算模型导入

选择孔，利用creat trim进行孔位反算，迭代次数设置为3次，设置完成后提交运算，如图21所示。

图21 创建反算设置

反算结果如图22所示，模拟孔与制件数模孔完全重合，结果证明孔反算成功。

图22 孔位拟合情况

6 压型模具结构设计

上型模块结构如图23所示，由于上翻边为单侧翻边，存在单向侧向力，设计反侧块挡墙。上模采用分体式镶块和中间活动压料芯结构。

图23 上型模块结构

下型模块结构如图24所示，下模采用分块式镶块，下托料块结构采用中间压料带下翻边模口，兼成形作用。

图24 下型模块结构

双活动压料芯结构如图25所示。

图25 上、下压料芯闭合状态

7 模具成形过程

模具成形过程：上模下行，上压料芯与下压料芯接触，上压料芯在上氮气弹簧的压力下保持不动，上模座带动上翻边镶块下行实现上翻边，直至上模座与上压料芯墩死块接触，完成上翻边，随着上模继续下行，上模带动下翻边镶块、上压料芯、下托料块一起下行，实现下翻边。直至下托料块墩死块与下模座接触，下翻边完成。至此，完成所有上翻、下翻成形。

8 总结

本文利用Autoform仿真模拟全工序设置，具有以下优点：

（1）针对狭长刃口，需综合考虑热处理变形，模具结构的强度。

（2）精准把握全工序模拟设计的工具体设置，双活动压料芯的模拟参数设置方法，成功解决该制件的成形模拟问题，为后续此类模具仿真模拟提供经验。

（3）修边线及孔位反算，成功实现模具工序的压缩，节省了模具成本。

（4）双活动压料芯的受力分析及氮气弹簧选取方法，对双活动压力板模具结构设计可提供借鉴作用。