汽车防溅板工艺改进及模具设计

韩耀东，韩明彦

（武汉中人瑞众汽车零部件产业有限公司，湖北武汉 430073）

1 引言

防溅板是安装在汽车车轮刹车盘附近，起到挡泥板的作用，每车4件，分前后左右防溅板。由于车型的不同，其尺寸和形状会有差异，但基本形式和功能是相同的，是汽车上必不可少的一个制件，有效地防止刹车盘和刹车片之间进入异物，影响制动安全。同时，由于制件安装在底盘下面，距离运动件较近，对尺寸、型面、毛刺、防腐蚀都有严格的要求。良好的冲压工艺和完善的模具结构，对该制件的生产成本降低、批量生产的质量稳定性以及高效生产都有很大的好处。这里仅就冲压工艺优化改进和模具结构方面的设计思路，进行简单介绍。

2 制件冲压工艺分析

某汽车防溅板（前后防溅板，左右件对称）如图1所示，材料DC01，料厚0.8mm，制件有平面度要求，冲压毛刺高度≤0.2mm，表面有电泳漆涂覆。

图1 防溅板

该制件轮廓形状比较简单，材料成形容易，模具结构和工艺方案相对也比较简单。为降低成本和简化生产工序，考虑将左右件拼在一起开发模具。而且前后防溅板的形状大体相似，所以工艺方案也相似。最初，分析的冲压工艺方案是：①块料拉伸；②修边冲孔；③翻边成形；④冲孔分离。

3 原始工艺生产过程及优缺点

原来的生产工艺如图2所示，前后防溅板（左右件）的工艺流程分别是：

图2 原始冲压工艺图

这种生产方式的优点是：左右件连体生产，生产工艺简洁，操作方便，最后一道序才分离为左右2个制件。

（1）块料成双拉伸模。将制件的所有形状直接拉伸出来，包括到底打印（翻边和折弯面暂不成形）。

（2）修边冲孔模具，制件用外形定位，将外形的翻边部分进行修边，局部需要成形的部位也进行修边，对不易变形的部位完成冲孔。

（3）翻边成形模具。制件用外形和孔定位，完成翻边和局部成形，到底时，实现整形功能，确保制件的型面尺寸、平面度要求。

（4）冲孔分离模具。制件用外形和孔定位，将已经成形好的制件进行冲孔、局部切断分离，使2件连体的制件分离为左右2个制件。

这种生产方式有以下缺点：

需要4台冲床进行生产，生产工序较长，需要的人工数量较多，人力成本、设备成本、模具成本都增加，生产管理相对复杂一些，生产效率较低。

4 改进后的冲压工艺设计

由于这种制件的生产批量较大，任务较重，类似产品的品种较多，这种生产方式虽然没有什么明显的弊端，但还是难以适应市场竞争的要求。特别现阶段，汽车行业竞争激烈，企业的用工成本、设备成本较高，市场上冲压费用较低，这一矛盾的出现，迫切需要浓缩生产和简化生产工序，提高生产效率。为适应当前的市场竞争环境，考虑在原来的工艺基础上进行优化改进，采用2工序的生产方式，具体方案如图3所示。

图3 优化后的冲压工艺图

这种生产方式，是将原来的4工序生产浓缩为2工序生产，其基本的冲压内容不变。整个生产过程，只需要2台设备、2副模具，机床每冲压一次，生产出左右2个制件：

第一工序。拉伸修边冲孔模具：这道工序是块料拉伸，一模二件连体生产，模具先拉伸，当毛坯拉伸成形基本完成时，模具在即将到底的瞬间进行修边冲孔。这道序是将原工艺方案的第一、第二道工序浓缩到一副模具中完成。

第二工序。翻边成形冲孔分离模具：将上工序的半成品工序件转入这副模具中，工序件以外形和孔定位，对制件进行周边翻边和局部压弯成形，在模具即将到底的瞬间进行冲孔分离，并且在模具到底时实现整形功能。这道序是将原工艺方案的第三、第四道工序浓缩到一副模具中完成。

5 模具结构及其工作过程

前防溅板（左右件）的模具结构及设计要点（后防溅板的模具结构类似，不再单独描述）。

（1）前防溅板（左右件）拉伸修边冲孔模具的结构，如图4所示。

图4 前防溅板（左右件）拉伸修边冲孔模具

该模具是钢板模具，模具导向4个，目的是确保模具的运行具有良好精度，由于制件的材料较薄，成形工艺较复杂，刃口间隙必须得到很好保证。

上模是拉伸的凹模，分型面上有拉伸筋槽，同时中间的凹模部分又是活动的结构，它既是拉伸的凹模部分，又是修边冲孔的顶出器，顶出器的后面安装有冲孔的凸模，当模具到底时，凸模伸出顶出器约1.2倍料厚的长度，另外，型腔的周边随着顶出器的后退，凹模刃口也露出1.2倍料厚的长度。顶出器上面的氮气缸力量足够大，要充分满足拉伸成形的力量要求。同时在模具工作的初始阶段，各型面之间的配合必须构成一个完整的型腔，不允许出现高低台阶差，防止制件在成形之前产生冲裁现象。分型面上还布置了一些小的弹顶销，便于制件脱模。

下模是由凸凹模和卸料板组成，卸料板相当于拉伸模具的压力板，其上面布置有拉伸筋和定位钉、浮料弹顶销、平衡块，下面氮气缸的力量较大，满足拉伸成形过程中，材料成形充分、不起皱的功能。凸凹模相当于拉伸的凸模，也是修边冲孔的凸凹模，冲压的大废料通过顶出器顶出（顶出器在初始状态应与凸凹模型面平齐），小废料直接下漏到模具的下面。废料框和制件一起从分型面拿出来，再冲压下一个制件。

（2）前防溅板（左右件）翻边成形冲孔分离模具的结构，如图5所示。

图5 前防溅板（左右件）翻边成形冲孔分离模具

该模具同样是钢板模具，模具导向4个，目的是确保模具的运行具有良好精度，由于制件的材料较薄，成形工艺较复杂，刃口间隙必须得到很好保证。

上模是翻边成形的凸模，上模布置有退料弹顶销，同时也是冲孔分离的卸料板，这个凸模是活动的，通过冲孔的大凸模和小导柱导向，后面的氮气缸压力较大，满足在冲孔分离之前完成翻边成形的功能。上模同时还装有冲孔分离及成形压弯的固定凸模，模具工作的初期，这些凸模是没有伸出翻边凸模的表面的，只有模具即将到底是才伸出1.2倍料厚的长度，实现冲孔修边。

下模是由翻边成形的凹模和顶出器组成，顶出器相当于冲孔分离的凹模，也是工序件型面和孔定位的基础。顶出器上布置有小型的浮顶销，方便取件。顶出器与凹模滑动配合，同时还有小导柱导向，保证冲孔分离的刃口间隙。冲压废料从模具的下方露出，制件从分型面取走。顶出器下面的氮气缸力量较大，充分压住制件，防止制件在翻边成形的过程中产出移动变形。模具到底时，翻边凸模和顶出器之间形成镦压，对制件进行最后的整形。制件从分型面拿出来之后，再冲压下一个制件。

在实际的生产过程中，希望冲压的工序越少越好。如果制件的翻边量足够，模具的强度能够实现，工艺可以做到更加浓缩，如图6所示的防溅板就是一个典型实例，材料为1mm厚的铝板。

图6 防溅板

通常情况下的冲压工艺为（左右件连体冲压）：①块料拉伸；②修边冲孔；③翻边成形；④冲孔分离。经过仔细分析，模具强度足够，考虑将4道工序浓缩到一副模具中，直接完成整个制件的生产过程。模具结构如图7、图8所示。

图7 模具结构（3D图）

图8 冲压成形及模具结构

（3）模具工作过程。

a.块料依靠外形定位，先利用氮气缸的力量，通过件3拉伸压料板、件4活动拉伸凹模、件5固定拉伸凸模共同作用，完成制件的拉伸成形工序；此时件3到底不再运动了。

b.模具继续下行，件4继续回退，件2修边凸模下行，与件1修边凹模作用，完成修边工序。

c.模具再继续下行，件2翻边凹模与件3作用，完成翻边工序。

d.模具再继续下行，件4继续回退到底，件6冲孔凸模下行，与件5冲孔凹模作用，完成冲孔、修边、打印工序。此时模具的工作全部完成，模具上行，可以进行下一个制件的生产过程。

该冲压工艺的设计及模具结构的布置，使生产效率得到进一步的提高，而且整个生产过程顺利流畅，效果非常不错。

6 结论

该制件的生产过程，经历几种方案、各种模具结构的对比实施，从实际生产的效果看，几种方案的生产都很顺利，制件质量也非常好，完全满足了制件的技术要求，能够形成长期稳定的生产能力。问题也是显而易见的，原始方案，工序长、模具多，占用设备资源和人力资源也较多。经改进后，生产效率提高50%；原始方案是4台设备，需要4人操作，每冲次生产1对制件；现在浓缩工序生产，每冲次也是1对件，所需设备和人员更少，班产能没有变化。这种生产模式，提高了生产效率，解决了设备和人员的资源问题，大大降低了生产成本，提高了生产竞争力。