座椅板成形工艺分析及模具质量改进

高飞，王莎，王旭，刘乐

（陕西重型汽车有限公司，陕西西安 710200）

1 引言

近年来随着国内汽车产业的快速发展，不断有新势力涌入汽车行业，日益激烈的竞争环境促使新车型开发周期越来越短，同时对乘车舒适性的要求也是越来越高。驾驶室地板结构直接影响到乘车体验感，座椅板是驾驶室地板的重要组成部分。本文以某车型座椅板为研究对象，设计工艺方案，进行全工序CAE分析，模面补偿、不等间隙设计，进行动态干涉、废料滑出模拟。建立符合实际生产条件的模型，准确把控实际生产中出现的质量缺陷，减少试错成本，缩短模具开发周期，提升产品质量。

2 制件特点

此制件为重卡驾驶室地板件，三维数据模型如图1所示，材料为DC04，料厚为1.5mm，外形尺寸为424×417×231mm，模具开发周期3个月，周期较短。

图1 制件图

3 制件成形工艺设计

此制件整体呈L型，形状复杂，存在双向多角度翻边，经过对制件进行分析，初步确定成形工艺方案：第一工序拉伸，第二工序修边冲孔，第三工序翻边，第四工序折弯，共4序完成冲压成形。

3.1 拉伸工艺设计

拉伸工艺设计重点在冲压方向的选择、工艺补充及拉伸筋的设计。冲压方向不仅影响到工艺补充面的分布及后工序的成形方案，甚至会影响到是否能够成形出合格的工序件。按照此制件的结构特点，降低拉伸深度，使压料面受力均匀，以大孔法向为冲压方向。工艺补充是拉伸工序不可缺少的部分，造型需平缓，方便材料流动，且有利于后续成形修边。

拉伸成形过程中主要的质量问题是起皱和开裂，设置拉伸筋调节材料流动速度，提升成形质量。将工艺补充模型导入Autoform进行成形工艺分析，方包凸台侧壁出现撕裂拉脱现象，结果如图2所示，通过增大圆角无法解决。

图2 成形撕裂

基于制件结构特点，凸台部位存在方孔，有刺破刀安装空间，拟采用刺破方案，模拟工具体模型、刺破高度，在距离到底位置20mm开始刺破，最终成形分析结果如图3所示，从结果可以看出，侧壁减薄最大18%，满足制件技术要求。

图3 成形分析结果

3.2 修边冲孔工艺设计

修边冲孔将废料及所有孔全部冲裁到位，该工序修边线较为复杂，工艺设计重点是考虑废料滑落，如图4所示。

图4 修边冲孔工序

3.3 翻边工艺设计

翻边工序是将周圈及圆孔成形，其中翻边是沿着工序件外形边缘将工序件翻成斜角短边，呈分段多角度；翻孔是沿着孔边缘翻成直角短边。该工序存在双向翻边，工艺设计为上翻边与下翻边复合成形，如图5所示。

图5 翻边工序

3.4 折弯工艺设计

该工序折弯呈90°角，设计重点是考虑成形回弹，回弹是因为弹性恢复，制件的外层因为弹性恢复而缩短，内层因为弹性恢复而伸长，直接表现就是回弹以后的制件与模具相关尺寸不一致。工艺设计冲压方向摆放采用5°仰角设计，给予角度回弹补偿预空间。经过反复模拟分析，回弹角度补偿2°，如图6所示。

图6 折弯工序

通过工艺设计及仿真模拟，最终确定工艺成形方案：第一工序拉伸，第二工序修边冲孔，第三工序翻边，第四工序折弯，如图7所示。

图7 成形工艺

4 模具结构设计

在模拟成形工艺合理的情况下，开始模具结构设计，冲压模具的结构直接影响到冲压件质量、生产效率及生产成本。

4.1 拉伸模结构设计

拉伸模如图8所示，主要由凸模、压边圈、凹模组成。凸模由下模座、凸模固定座、凸模镶块及其它辅助零部件组成。压边圈由压边圈底座、压边圈镶块及其它辅助零部件组成。凹模由上模座、凹模镶块、刺破刀及其它辅助零部件组成。

压边圈与下模之间设有安全保护板，护板高度保证压边圈在上死点时有30mm的遮盖高度。上、下模采用导板导向。上模座、下模座、凸模固定座、压边圈底座采用HT300铸造，凸模镶块、压边圈镶块、凹模镶块、刺破刀采用Cr12MoV锻造，淬火硬度56～60HRC。

成形之初，坯料由8个定位支架定位，成形时上模与下模接触，在压料力作用下，拉伸筋首先参与成形，随着滑块下行，板料在拉伸筋及压料面作用下开始成形，最终成形充分。拉伸成形结束后，上模上行，顶杆顶起压边圈，取出制件，拉伸工序结束。

4.2 修边冲孔模结构设计

修边冲孔模结构如图9所示，上模由上模座、压料芯、上模镶块及其它辅助零部件组成。下模由下模座、修边下模、废料刀、顶料汽缸及其它辅助零部件组成。上、下模采用导柱导向，压料芯采用导板导向。上模座、下模座、压料芯采用HT300铸造，修边上模、修边下模、废料刀采用Cr12MoV锻造，淬火硬度56～60HRC。

制件材料为DC04，厚度为1.5mm，冲裁力的计算：

式中L——剪切总长度

S——制件厚度

σb——制件抗拉强度

图8 拉伸模结构

修边冲孔模的重点是冲裁间隙的控制。冲刺间隙大，断面表现为塌角和断裂带软毛刺，冲裁间隙小，断面表现为光亮带和硬毛刺。针对间隙大，通常需要重新补焊研修刃口，间隙小时，重新研配间隙即可。该制件以上模为基准，下模配间隙，单边0.08～0.11mm。

坯料由修边下模型面定位，成形时修边上模与修边下模相互作用，制件上所有孔及周边废料同时切除。修边冲孔结束后，顶料汽缸顶起制件，取出制件，修边冲孔工序结束。

4.3 翻边模结构设计

翻边模结构如图10所示，下模由下模座、下压料芯、翻边下模及其它辅助零部件组成。上模由上模座、上压料芯、翻边上模及其它辅助零部件组成。上、下模采用导板导向。上模座、下模座、压料芯采用HT300铸造，翻边上模、翻边下模采用Cr12MoV锻造，淬火硬度56～60HRC。坯料由下压料芯型面定位，成形时翻边上模与翻边下模相互作用，上、下翻边同时成形。翻边结束后，翻边举升器顶起制件，取出制件，翻边工序结束。

4.4 折弯模结构设计

折弯模结构如图11所示，下模由下模座、下模镶块及其它辅助零部件组成。上模由上模座、压料芯、上模镶块及其它辅助零部件组成。上、下模采用导板导向。上模座、下模座、压料芯采用HT300铸造，上模镶块、下模镶块采用Cr12MoV锻造，淬火硬度56～60HRC。坯料由下模型面定位，成形时上模镶块与下模镶块相互作用，两条边同时成形。折弯结束后，顶料汽缸顶起制件，取出制件，折弯工序结束，最终制件成形。

图9 修边冲孔模结构

图10 翻边模结构

图11 折弯模结构

5 质量改进

折弯模验证V形缺口外凸面产生波浪变形，变形角度相差3°左右，经分析产生此面不平的原因为该部位下凹模悬空，折弯边高度较短，经过堆焊加工，将V形外凸面补齐，如图12所示，确保在制件折弯过程中此面能够抵抗变形，最终获得比较平整的制件。折弯出现较为严重的拉痕，如图13所示，通过钳工修配折弯间隙，消除了拉痕问题，最终全序模具验证调试合格，如图14所示，满足批量生产条件，冲压件质量稳定。

图12 补齐外凸面

图13 折弯拉痕

图14 成形制件

6 结束语

运用Autoform仿真模拟全工序成形，工艺及结构设计合理，全序模在较短的时间内完成调试交付，缩短了模具开发的周期和降低了模具的生产成本，冲压质量稳定，能够满足此制件的生产需要。设置刺破大，折弯仰角设计，为类似制件的模具开发积累了宝贵的经验。