轎車防撞梁固定板級進模設計

何登亞，朱亨榮，胡成武

（湖南工業大學機械工程學院，湖南株洲 412008）

1 引言

圖1 所示的防撞梁固定板是車輛的防撞梁系統中用來連接汽車車身并為防撞梁系統中的其它組件提供安裝位置的制件。防撞梁系統發揮作用時，要依靠固定在防撞梁固定板的主梁、吸能盒等部件共同作用，在車輛發生碰撞時，起到緩沖和吸收能量。根據其技術要求和生產批量，成形此類制件一般采用多工位級進模，模具設計關鍵為排樣設計、彎曲方式、成形機構和模具總體結構。

2 制件工藝分析

該制件為金屬沖壓件，材料為DC05，抗拉強度好，韌性高，材料厚度為5mm，年生產量為10萬件。

（1）制件的展開計算。UG進行一步式展開，借助制件的三維模型生成片體，分析其一步展開成形的可行性、進行網格劃分并分析計算，得到圖2的制件展開圖。

（2）刃口的分布。從形狀外形上進行分析，該制件沖壓工藝較為復雜，制件上有4個圓孔和3處彎曲，且上端部分形狀復雜，因此外形的沖裁需要分步局部沖裁進行。同時應當合理設計空工位，避免凸模之間的干涉，并提升模具強度。

（3）彎曲部分成形方法。對于彎曲部分的分析，制件的沖孔尺寸較大，最小彎曲半徑、彎曲直邊高度等參數經過校核，發現均滿足要求。本制件上端存在彎曲，且制件不對稱，成形過程中應注意上彎成形部位凸模與下半部不成形部位接觸順序，借助卸料板壓料，使得上彎成形凸模和卸料板同時接觸制件上表面，考慮到彎曲回彈和制件精度的問題，在彎曲工位后添加整形工位，以保證制件質量。

3 排樣設計

制件排樣設計需要綜合考慮制件形狀、沖壓工序特點和材料利用率等特點，確定條料尺寸和步距。利用UG軟件的分析和測量功能，對面進行分析測算，得到其展開面積為30,145mm2，選取合適的搭邊值。該制件含有的成形工序：沖裁、彎曲、校平。級進模排樣設計遵循原則為，沖裁導正孔、壓型、沖型孔、沖裁制件外形、彎曲成形、校平和切斷載體等。排樣圖如圖3所示。

工序①沖裁導正孔；工序②空工位，留出凸模安裝位置；工序③、④、⑤沖裁制件的局部外形，留下之后要進行側邊彎曲和上端彎曲的部分，端部余料切除完整，留下單側載體；工序⑥單邊載體進行扣邊彎曲，用來保證料帶的送進；工序⑦空工位；工序⑧右側邊預彎和左側假折；工序⑨空工位；工序⑩長邊完成90°彎折；工序?為空工位；工序?制件上端彎曲；工序?為空工位；工序?沖裁上端余料；工序?完成小腳處向下彎折；工序?校平整形工序；工序?空工位；工序?沖裁4個型孔；工序?空工位；工序?單邊載體切除。采用直排單排排樣，便于模具設計，同時，也便于選取條料規格，總共20 個工位，由于制件端部存在彎曲，因此，采用單邊載體，同時在單邊載體上沖裁導正孔，輔助制件定位及導向?？展の坏脑O計可以提高模具強度，為凸模安裝提供位置。同時，載體扣邊彎折的設計可以防止端部向上彎曲制件的偏移。整形工序的添加可以保證制件精度。利用UG軟件，得到其材料利用率為77.14%。條料寬為542mm，步距為101mm。

4 模具結構設計

級進模設計不僅需要進行工作制件的設計，還需要進行定位制件、卸料制件和導向制件等輔助設計，才能保證沖壓過程順利進行。

確定了排樣方案之后，通過借助UG軟件，對沖裁刃口總周長進行計算，材料抗拉強度取270MPa，計算出所需要的沖裁力為12118.624kN，并分別計算出使得毛坯彎曲的力和卸料以及抬料需要的彈力。由于本制件存在多個方向上的彎曲，采用將向上彎曲部分的凸模借助螺釘緊固，銷釘定位的形式安裝在彈性卸料板上，借助卸料板和上模座之間的彈壓力來確保向上彎曲部分的成形。通過UG模擬，發現如果將上彎曲成形凸模裝在凸模固定板上時是無法成形的，軟件模擬安裝在卸料板上時，可以確保成形。模具結構如圖4所示。

4.1 模具結構及裝配特點

導正孔與制件上的圓孔采用臺肩式的普通標準型凸模（JB/T5826-2008）進行設計。工序?中，對小腳部分彎曲的凸模也采用臺肩結構。其余外形沖裁凸模采用直通式異形凸模的形式進行設計，采用螺釘進行固定，沖裁凹模采用整板式，分幾塊板，簡化模具結構，凸、凹模材料選用GCr15，硬度58～62HRC。由于采用單邊載體，因此，在單側載體沖導正孔，保證條料的導正。制件料厚為5mm，考慮到條料的重量，發現借助浮料銷無法進行浮料，而且制件端部存在彎曲結構，故而無法采用浮料銷的結構，采用氮氣彈簧進行抬料。送料前，托料板2托料，導料尺1進行粗導向，氮氣彈簧60將條料頂起一定的高度后，自動送料機構將條料向前送進。之后借助導正銷進行精定位，同時為了保證導向精度，在卸料板和上模座之間設置了小導柱，保證其導向。

卸料部分采用彈性卸料，借助彈性卸料板，在卸料板上加裝墊板固定彎曲凸模，借助氮氣彈簧的彈壓力，來實現制件上端彎曲部分的成形。氮氣彈簧的規格選擇，根據彎曲部分的成形力進行計算選取，同時其行程需要考慮上彎凸模所需要完成成形需要的行程。

4.2 模具彎曲部分結構設計

根據排樣方案的工序選擇，先進行工序8 的兩端彎曲，左邊為假折用來平衡右邊彎曲的彎曲力，彎曲后由氮氣彈簧頂出，保證條料的抬起和送進。同時，為了控制合模行程，安裝了限位塊58，通過螺釘緊固。

上彎曲成形部分如圖4C-C 所示，將上彎成形凸模安裝在彈性卸料板上，由卸料板和上模座之間的氮氣彈簧提供彈壓力，將板料進行彎曲，同時卸料板和上模座之間安裝獨立內導柱保證卸料板工作時的導向。校平所需壓力較大，故而將凸模安裝在上模座上。

模具下行時，卸料板與安裝在卸料板上的彎曲凸模一同接觸條料，卸料板可以起到壓料的作用，壓緊條料，不斷下行的過程中，上彎成形凸模壓彎條料，氮氣彈簧壓縮，其它位置的凸模繼續下行，完成沖裁和校形工序。之后上模上升，借助卸料螺釘，帶動卸料板上行，氮氣彈簧回復，頂料機構頂料，自動送料機構將料帶送進，繼續沖壓工作。

5 結束語

通過對防撞梁固定板的工藝分析，確定了成形方案。所設計的級進模結構簡單，使用方便，解決了對于存在不同方向彎曲的制件，彎曲部分成形質量難以保證的問題。在彎曲部位成形時，應確保先行導正并完成壓料之后最后進行成形，此設計可為多個方向彎曲成形的模具設計提供參考。