汽车冲压工艺及模具设计

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1汽车用支架件工艺性分析

该汽车支架的冲压件形状见图1，材料为08F钢;精度为IT12;料厚为1．2mm，结构对称，表面平整，表面要求无划痕、毛刺等，孔不允许有严重的变形，且大批量生产．对该冲压件工艺性分析，主要考虑以下几个方面:(1)冲压件的形状和尺寸;(2)冲压件的精度、粗糙度及材料;(3)冲压件的技术要求及生产批量;(4)弯曲工艺条件．通过该零件图观察分析可知，该工件精度等级为IT12，因此该工件对精度要求不高，普通冲裁即可实现，从零件形状上看，结构对称，工件在冲裁后弯曲过程中不会产生偏移现象．直角弯曲时的最小孔边距为Lmin=r+2t［2］=0．6+2×1．2=3mm，而实际工件孔边距为4mm，大于最小弯曲孔边距，因此，在制件的弯曲过程中，不会使底孔发生变形，可采用先冲孔后弯曲方案进行成型．另外材料选用08F钢，属于低碳钢，因此材料塑性好，便于成形．从以上分析中可看出，该支架件的冲压工艺性良好，可通过冲压成形的方法进行生产．符合普通弯曲件经济精度要求．

2冲压工艺方案确定

通过对该零件的结构工艺性分析可知，其基本成形工序为:落料、冲孔、弯曲．其可采用的冲压工艺方案如下:方案1:采用单工序模具冲裁．即落料模、冲孔模、弯曲模3副模具来完成．虽然模具结构简单，制造方便，但各工序间不容易保证尺寸精度，很难满足生产技术要求，模具制造费用较大，占用设备多，操作不便，生产效率低，难以满足大批量生产的要求．方案2:采用复合模冲裁．即落料、冲孔复合模，单工序弯曲模．由于该件结构不复杂而且对称，适用于形状较复杂、精度要求高的大中型件的大批量生产，制造难度不大，易保证尺寸的精度，操作方便，与单工序模相比，减少单工序模数量，提高生产效率．方案3:采用级进模冲裁．即落料、冲孔、弯曲级进模冲压．虽然冲压生产效率高，易实现机械化、自动化，操作安全简单，制件质量高，但级进模设计和制造过程费用成本高，对技术经验的依赖性较强［1-6］．通过上述三个工艺方案在产品质量、生产效率、设备条件、模具的制造和经济效益等方面进行对比分析，可明显看出，方案3为最佳冲裁工艺．

3主要零部件结构设计与计算

3．1排样设计．排样的合理与否，会直接影响材料的利用率，还会影响到模具结构、生产率、制件质量、生产操作方便与安全等．因此，排样是冲裁工艺与模具设计中一项重要工作．查《冲压工艺与模具设计》［2］可知:工件之间搭边值a1=2mm，工件与侧边之间搭边值a=2．5mm．根据板料规格和厚度公差表，经过计算，板料1250×1500mm的利用率高，故选择用1．2×1250×1500的08F钢板料．经计算，纵排排样利用率高，排样方式如图2所示．图2纵排排样图利用率计算如下:查《冲压工艺与模具设计》［2］知，b=112．4mm，s=55mm，利用CAD绘图软件求得A=3922．92mm，一个步距的材料利用率:η=Ab×S×100%=3922．92112．4×55×100%=63．46%其中，A为一个步距内冲裁件的实际面积;b为条料宽度;S为步距．η总=NALB×100%其中，N为一张板料上所冲裁零件的总数量;A为一个冲裁件的实际面积;L为板料的长度;B为板料的宽度．n1=Bb=1250112．4=11．12，取n1=11，n2=LS=150055=27．27，取n2=27η总=11×27×3922．921250×1500×100%=62．14%3．2凸、凹模刃口与结构设计．由于该支架零件轮廓结构复杂，落料凸、凹模采用配合加工法．先加工好凸模作为基准件，然后配做凹模，使它们保持最小双面间隙Zmin．其公差不再受凸、凹模间隙大小限制，制造容易，并容易保证凸、凹模间的间隙．冲裁凸、凹模刃口尺寸与结构如图3(a)～(d)所示．(a)凸模配合加工刃口尺寸计算分为以下三类:第一类磨损后增大的尺寸，公式为Ad=(A－xΔ)+δd0．其对应第一类尺寸的凹模刃口尺寸为51．175+0．0170mm，20．84+0．0120mm，5．88+0．0100mm，2．9+0．0100mm．第二类磨损后减小的尺寸，公式为Bd=(B+xΔ)0－δd．其对应第二类尺寸的凹模刃口尺寸为48．590～0．012mm，3．10～0．010mm．第三类磨损后基本不变的尺寸，公式为Cd=C±18Δ．其对应第三类尺寸的凹模刃口尺寸为28±0．0225mm，16±0．026mm．落料凸模的刃口基本公称尺寸与凹模相同，分别是51．175mm，20．84mm，5．88mm，2．9mm，48．59mm，3．1mm，28mm，16mm，但要在技术要求中注明:凸模刃口尺寸按照落料凹模刃口实际尺寸配合，以保证最小双面合理间隙值为0．1mm．3．3冲孔部分凸凹模刃口尺寸的计算．以凸模为基准来计算冲孔部分的凸、凹模的刃口尺寸，冲孔凸模刃口的基本尺寸采用分别加工，按《冲压工艺与模具设计》中表3-26公式ap=(a+xΔ)0－δp．经过计算可得冲孔凸模冲裁分别为ap1=(6+1×0．12)0－0．007=6．120－0．007mm，ap2=(7．5+1×0．15)0－0．007=7．650－0．007mm，ap3=(7．8+1×0．15)0－0．007=7．950－0．007mm．

4模具其他零部件设计选用

4．1凸模固定板设计．凸模固定板上需要开设4个阶梯形圆孔，与冲孔凸模进行配制，由于冲孔凸模与上模座之间没有销钉、螺钉的连接，为了使冲孔凸模固定在上模座上，因此采用凸模固定板来实现．(1)凸模固定板的厚度一般取落料凹模厚度的0．6～0．8倍，其平面尺寸可与落料凹模、卸料板的外形尺寸相同，但是还应该考虑紧固螺钉、销钉的位置;(2)凸模固定板上的冲孔凸模的安装孔与凸模采用H7/m6过渡配合，压入后端面要磨平;(3)凸模固定板的上下表面应磨平，与凸模安装孔的轴线垂直粗糙度1．6～0．8μm;(4)凸模固定板的材料一般采取45#钢［3，7-9］．4．2推件块设计．根据《冲压工艺及模具设计》图3-116可知，材料选用45#钢，热处理硬度为43～48HRC．推件块与冲孔凸模采用间隙配合H8/f8．4．3模具结构设计该模具采用复合冲裁模，其结构设计如下:(1)采用倒装式复合模．凸凹模装在下模，冲孔凸模和落料凹模安装在上模，便于落料，冲孔废料则通过凸凹模的内孔从压力机台面的孔漏下，且有利于安全操作．(2)上模座采用了刚性推件装置．当上模座向上回程时，压力机通过打杆、推杆和推件块将冲裁件从落料凹模中推出．(3)卸料时，下模采用了弹性卸料的装置，弹性卸料装置由卸料板、卸料板螺钉和橡胶组成．通过橡胶产生的压缩回弹力使条料从凸凹模周围脱出，进而实现卸料功能．

5模具结构及工作过程

图4为落料-冲孔复合模总装图。图4落料-冲孔复合模总装图从图中可看出，该复合模采用了倒装式后侧滑动导向模架结构．其工作原理是:在开模状态下，先将板料放在弹性卸料板8上，用挡料销定位，起动压力机，滑块向下，随着滑块的下降，冲孔凸模17、落料凹模7向下，直接对板料进行落料、冲孔，当滑块继续向下至死点时，滑块回程，弹性卸料板8将板料卸下，推件块16将板料推出，完成落料-冲孔工序冲裁［10-11］．图5为该工件弯曲模．从图中可看到，该模具同样采用了后侧滑动导向模架，模具在在开模状态下，先将板料放在定位板7上，启动压力机，滑块向下，随着滑块的下降，弯曲凸模18向下，直接对板料进行弯曲，当滑块继续向下至死点时，滑块回程，顶件块15将板料顶出凹模，打杆22将板料从凸模退出，完成弯曲工序．

6结论

通过对汽车用支架件的成形工艺性分析，确定了合理的冲压工艺方案，然后设计了落料-冲孔复合模及单工序弯曲模，模具结构设计合理，符合工艺技术要求，使用方便，对同类零件的冲压工艺分析及模具设计提供一定的参考价值和借鉴作用．

参考文献:

［1］姚洪华．我国汽车冲压件的技术现状与发展趋势研究［J］．上海汽车，2010(2):26-30．

［2］柯旭贵．冲压工艺与模具设计［M］．北京:机械工业出版社，2012．

［3］高锦张．塑性成型工艺与模具设计［M］．第2版，北京:机械工业出版社，2010．

［4］郝滨海．冲压模具简明设计手册［M］．北京:化学工业出版社，2005．

作者:王 张志浩 彭孟孟 姜 峰 单位:吉林化工学院 机电工程学院