汽车覆盖件前纵梁的模具设计及冲压工艺

[摘 要]汽车覆盖件前纵梁发挥承载作用，因此对其制造要求较为严格。其中，模具设计环节尤为重要，规范模具设计环节才能落实冲压工艺，从而促使汽车覆盖件前纵梁符合制造要求。文章介绍了汽车覆盖件前纵梁的模具设计及其冲压工艺，旨在解决其制造问题。

[关键词]汽车覆盖件；前纵梁；模具设计；冲压工艺

[中图分类号]U466 [文献标志码]A [文章编号]2095–6487（2024）06–0032–03

Die Design and Stamping Process of Front Longitudinal Beam of Automobile Covering Parts

HUANG Qihua

[Abstract]The front longitudinal beam of automobile covering parts plays a bearing role， so its manufacturing requirements are more strict. Among them， the mold design link is particularly important， and the standardization of the mold design link can implement the stamping process， so as to promote the front longitudinal beam of the automobile covering part to meet the manufacturing requirements. This paper introduces the die design and stamping process of the front longitudinal beam of automobile covering， aiming at solving the manufacturing problem.

[Keywords]automotive panels； front longitudinal beam； mold design； stamping process

1 汽车覆盖件前纵梁的模具设计

1.1 确定拉深模结构

根据使用的不同压力机，既存在单动压力机拉深模，也存在双动压力机拉深模。覆盖件如果形状比较简单，深度较浅，应使用单动压力机，这样设计模具较简单，生产效率较高；覆盖件如果形状比较复杂、深度较深，应使用双动压力机。

对前纵梁形状结构进行分析，发现拉延件属于浅拉延，形状简单，因此，对拉延模进行确定，采用单动压力机拉深模。该拉深模结构简单，既由凸模组成，也由凹模构成，并由压料圈集成。该拉深模表现为倒装形式，不管是凸模与压料圈之间，还是凹模和凸模之间，均存在倒向装置。不管是模具外轮廓的尺寸，还是其闭合的高度，均应符合压力机的参数要求。

根据选择的模具类型，不管是其凹凸模，还是其压料圈，应坚持实型铸造。为了方便安装，在不影响刚度前纵梁和强度的情况下，挖空非重要部分，以节约材料。在影响刚度和强度的部位，分别设计加强筋。

模具铸件的壁厚与模具尺寸大小、零件批量生产及受力情况有关。该制件运用批量生产，该模具属于中型模具。

根据汽车模具的要求，既要设计凹模，也要设计凸模，其他小零件选用标准件。对凹凸模的尺寸进行确定时，要考虑模具的磨损情况及拉延件的弹复情况。根据拉延件的三维数模尺寸，可确定凸模及凹模尺寸的大小。

1.2 设计凹凸模结构

1.2.1 凹凸模圆角

合理的凹凸模结构设计，拉延时应不影响坯料金属流动性。凹模圆角半径R越大，材料越易进入凹模，但如果R太大，则易起皱。因此，为了促使材料不起皱，R=（6-8）t，t为板料厚度（mm）。

若凸模的圆角半径R太小，则坯料易弯曲变形，导致危险断面材料容易变薄，甚至拉裂；R太大，坯料则容易悬空，进而产生内起皱情况。一般来讲，R凸小于R凹，取R凸等于（0.7～1.0）R凹，根据所给的数模，R凸等于8 mm。

关于拉延凸模的圆角半径，即拉延件的内轮廓圆角半径，等于拉延件的圆角半径。

1.2.2 凹凸模间隙问题

对凹凸模间隙大小进行拉延，其影响着拉延力、制件质量及模具寿命。间隙如果太大，则容易起皱。间隙如果太小，拉延件壁则容易变薄，甚至拉断。

在拉延时，关于凹凸模之间的间隙，直边部分z=t=1.5 mm，在圆角部分，由于对材料进行复原，所以，其间隙应大于直角间隙0.1t，即z=1.65 mm（t为零件的厚度）。根据拉延件的尺寸大小，决定凹凸模的尺寸大小。在对凹凸模尺寸进行确定时，既要考虑模具的磨损情况，也要考虑拉延件的弹复情况。

1.3 设计压边圈

拉延时，压料效果由压边圈质量决定。本次设计的压料面，设置8个上导挡料板，对毛坯进行定位，为了方便送料，上导挡料板应以汽模QM3115—2002导板为标准。8个小凸台对平衡板进行安装，调整压料圈与凹模之间的间隙及进料阻力。平衡块使用标准件，以QM1623—2002垫块为标准。该模具属于中型模具，选取平衡板的直径为60 mm，高度为20 mm。

1.4 导向装置

使用导滑板导向，其不仅结构相对简单，造价也相对较低。期间，既要对凹凸模进行导向，也要对压边圈进行导向。根据模具的实际结构及结合其拉延深度，以QM1301-2002挡料板为标准，凹凸模8个导板以C100 mm×100 mm为标准，凸模和压边圈8个导板以C100 mm×125 mm为标准。

1.5 卸料装置

拉延毛坯外形，均匀分布8根顶杆，在液压缸的驱动下，促使压力圈向上运动，使得凸模可卸料，在凹模座的内部，存在两个卸料顶销，使得凹模可卸料。这样可提升生产的自动化程度，模具运行方面也比较稳定，使得设备延长了使用寿命，工件质量得到了提升，噪声有所减少。

2 汽车覆盖件前纵梁的冲压工艺

2.1 汽车覆盖件前纵梁的工艺性分析

2.1.1 结构分析

前纵梁冲压件选用材料以SPRC440冷轧钢板为主，材料厚度大约为1.6 mm，实施大批量生产。

地板加强板以矩形拉延件为主。该零件选用材料以SPRC440冷轧钢板为主，进而实施拉延较为合适。为促使拉延不具备缺陷（褶皱），应对毛坯实施补充面的设计工艺。

前纵梁冲压件的基本特点表现为工件尺寸相对较长、尺寸精度相对一般以及材料强度相对较高。其外形结构左右对称，既有凹凸状态，也有其他状突变，属于经典的板料冲压件，易拉延成型。

就前纵梁冲压件的形状而言，虽然该零件具有相对复杂的整体形状，但拉延部分比较规则，因拉深存在较大的深度，无法一次拉伸到位，还需整形工序。工件的主要变形表现为拉深但不变薄，材料具有较大的流动量。

2.1.2 冲压工艺性分析

（1）成形件的形状比较复杂，但也相对对称。其模具容易加工，工艺相对简单。

（2）拉延成形具有较大的变形程度，如拉伸高度可达163 mm，但变形部分相对比较匀称。

（3）该零件属于加强部件，外廓尺寸不具备较高的精度。

（4）该零件具有12个孔位，发挥促使汽车总装固定的作用，不管是模具设计，还是零件加工，应确保其孔位精度。

（5）在冲压工艺中，不仅有拉延工艺，还有成型等工艺，结合材料所体现的不同异性，在各变型工序中，材料既可能出现回弹、翘曲、起皱问题，也可能出现变薄、划痕等问题。为避免类似问题，除要设计出合适的模具结构外，还要设计出合理的冲压工艺，进而生产出符合使用标准的产品。

2.2 确定工序方案

由于该零件不管是修孔，还是冲压，均具有复杂性，所以，应选定先落料，再拉延，然后修边冲孔，接着整形冲孔，最后侧修边翻孔冲孔的工序方案。

采用该工序方案的原因：①该零件属于梁类零件。在汽车覆盖件中，其成形具有较大难度。②材料以高强度钢板为主，原因为汽车应具备车身轻量化以及高强度化的特点。该零件材料属于新型材料，其特点表现为成型性相对较差、反弹相对严重，因此有必要采取相应的整形方法。③该零件拉延成形具有较深的深度，局部产品拥有相对较小的R圆角，需要对产品实施拉延修改，再对其实施整形修改。④整形修改无法与第一冲压方向相同，需要实施旋转处理。⑤两边的垂直修边不符合要求，还应对其进行侧修边。⑥产品中心需要实施翻孔，应对其进行翻孔。

2.3 确定冲裁精度

冲裁精度即冲裁实际尺寸与基本尺寸存在的差值，差值越小，则冲裁精度越高。

该零件尺寸之所以存在误差，是因为凹凸模存在影响误差的制造精度、对材料冲裁导致其弹性回复，以及操作存在偶然因素，如因为定位不够准确或材料性能不够稳定等。

由于零件尺寸没有标注公差值，所以以国标非配合尺寸的IT14级为准，模具设计的精度以IT12、IT13为准。该零件属于支撑零件，其模具设计的精度以IT13为准。

2.4 设计拉延件

2.4.1 拉延件的冲压方向

拉深方向的确定原则：覆盖件本身存在对称面，为确定其拉伸方向，以与对称面垂直的轴旋转为准；覆盖件本身不存在对称面，为确定其拉伸方向，以绕汽车位置相互垂直的两个坐标旋转为准。值得注意的是，拉伸工序的冲压方向与后续工序应保持相同。另外，确定拉深方向，还应注意以下问题。

（1）拉深凸模是否匹配凹模。在拉深完毕时，确认拉深凸模是否可匹配拉深件的所有型面，不能存在该模具无法接触的死角或死区，以促使拉深件成形。

（2）拉深深度是否均匀。在确认拉深凸模可以匹配拉深凹模时，应事先检查拉深深度是否均匀。

（3）拉入角相同。在拉深的过程中，应促使凸模相对两侧的拉入角相同，促使材料进入凹模速度相对一致，使得变形条件更加理想。

（4）凸模与毛坯平稳接触。应将中间作为接触部位，接触面积应尽量大，接触点也应尽量大。这样确保拉深时，毛坯不会窜动，拉深程度相对稳定。

（5）工艺补充部分相对不多。拉深件不能缺少工艺补充，最好的拉深工艺，应在耗材最少的情况下，得到合格的拉深件。

2.4.2 确定压料面

压料面各个部位存在不同的进料助力，在拉深的过程中，毛坯经过凸模顶部进行窜动，使得表面质量受到影响，易产生拉裂及起皱。若压料面两端高度一致，那么，进料阻力相对均匀，凸模进行拉深时，接触拉深毛坯的中心部位，拉深成形相对较好。为了促使压脚面各部分的进料阻力相对均匀，要合理设计压料面形状及拉深筋，确保拉深深度均匀，促使凸模对应两侧的材料具有相同的拉入角。另外，确定压料面形状应结合以下几点。

（1）降低拉深深度，既可防裂，也可防皱。

（2）凸模对毛坯具备拉伸作用，这也是确定压料面形状不可忽视的因素。只有毛坯各部分在拉深时，处于拉伸状态，并对凸模进行紧贴，才能防止起皱。

2.4.3 设计工艺补充部分

为对覆盖件进行拉深，根据拉深工艺的要求，应对覆盖件的相关结构进行工艺处理，如孔、开口及压料面等，即为工艺补充。

工艺补充属于拉深件不可忽视的部分，在拉深完毕后，应修正和切掉其工艺补充部分。工艺补充若太多，会消耗较多材料。因此，在符合拉深条件的情况下，应尽量减少工艺补充部分，确保材料利用率相对较高。

从零件结构的角度来讲，对零件进行工艺补充后，表现为对带凸缘的盒形件进行拉深。因此，选择修边线时，应选择盒形件拉深的底部，并进行垂直修边，且修边线应与拉深筋控制合理距离。

压料面的尺寸沿着周边长度大约为80 mm，拉深筋沿着周边长度大约为12 mm。关于工艺补充部分，深拉伸处补充大约为60 mm，浅拉伸处补充大约为30 mm。

2.4.4 设置拉深筋

在压料面设置拉深筋，需结合不同数量和位置，以及不同结构尺寸和拉深筋与槽之间的松紧，对压料面各部位的阻力进行调节，并对材料流入进行控制，促使进料速度有所缓解，压应力有所削弱，制件刚度有所提升，在进行拉深时，要防止出现起皱及产生开裂。

设置拉深筋的原则：①如果拉深深度较浅，应设置增加刚性的拉深筋，或者设置拉深槛。②为了确保进料阻力比较均匀，在直线部分设置拉深筋，或设置拉深槛。③为了避免出现起皱，在凸曲线设置合适的拉深筋。④不管是拉深筋，还是拉深槛，均要接近凹模圆角，但不能对修边模的强度造成影响。⑤同个位置应设置一条拉深筋，必要时增加两条或者3条。

若零件的成型结构和工艺补充后的形状，拉延部分出现了较大变形，应对其设置拉延筋。同时因为工件材料存在较差的拉延性，导致拉延形状如同盒形，因此，在直边处需要设置压料筋，圆角边则不用设置。在零件的4个直边处，分别设置一条拉延筋。

压料筋的尺寸与凸模外轮廓相关，沿着凸模外轮廓的形状而变，尺寸的大小决定凹模圆角的大小以及压料圈的强度，一般控制大小在30～35 mm（本次控制大小为20 mm）。压料筋相互之间的尺寸，应沿着压料筋的形状不变，一般控制大小在28～30 mm。若压料面属于覆盖件的凸缘面，则压料筋与凸模外轮廓之间的尺寸大小，为压料筋与修边线之间的尺寸大小，加上修边线与凸模外轮廓之间的尺寸大小。压料筋之间的尺寸大小控制在28～30 mm。

压料筋的高度为4 mm，从第1根开始递减，宽度为12 mm、16 mm，由拉延件的尺寸大小所决定，本次宽度以12 mm为标准。

对汽车覆盖件前纵梁零件的模具设计及其冲压工艺进行规范，才能促使汽车覆盖件前纵梁零件在生产方面更加符合汽配标准。

3 结束语

对汽车覆盖件前纵梁零件的模具设计进行规范，并对其冲压工艺进行规范，才能促使汽车覆盖件前纵梁零件在生产方面更加符合汽配标准，以适应现代智能工业的要求，保障产品的质量，节省成本。

参考文献

[1] 于爽，何洋，赵广.汽车25%覆盖度64 km/h正面刚性壁障碰撞的前纵梁加强结构研究[J].汽车实用技术，2020（7）：78-79.