汽車沖壓工藝及模具設計

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1汽車用支架件工藝性分析

該汽車支架的沖壓件形狀見圖1，材料為08F鋼;精度為IT12;料厚為1．2mm，結構對稱，表面平整，表面要求無劃痕、毛刺等，孔不允許有嚴重的變形，且大批量生產．對該沖壓件工藝性分析，主要考慮以下幾個方面:(1)沖壓件的形狀和尺寸;(2)沖壓件的精度、粗糙度及材料;(3)沖壓件的技術要求及生產批量;(4)彎曲工藝條件．通過該零件圖觀察分析可知，該工件精度等級為IT12，因此該工件對精度要求不高，普通沖裁即可實現，從零件形狀上看，結構對稱，工件在沖裁后彎曲過程中不會產生偏移現象．直角彎曲時的最小孔邊距為Lmin=r+2t［2］=0．6+2×1．2=3mm，而實際工件孔邊距為4mm，大于最小彎曲孔邊距，因此，在制件的彎曲過程中，不會使底孔發生變形，可采用先沖孔后彎曲方案進行成型．另外材料選用08F鋼，屬于低碳鋼，因此材料塑性好，便于成形．從以上分析中可看出，該支架件的沖壓工藝性良好，可通過沖壓成形的方法進行生產．符合普通彎曲件經濟精度要求．

2沖壓工藝方案確定

通過對該零件的結構工藝性分析可知，其基本成形工序為:落料、沖孔、彎曲．其可采用的沖壓工藝方案如下:方案1:采用單工序模具沖裁．即落料模、沖孔模、彎曲模3副模具來完成．雖然模具結構簡單，制造方便，但各工序間不容易保證尺寸精度，很難滿足生產技術要求，模具制造費用較大，占用設備多，操作不便，生產效率低，難以滿足大批量生產的要求．方案2:采用復合模沖裁．即落料、沖孔復合模，單工序彎曲模．由于該件結構不復雜而且對稱，適用于形狀較復雜、精度要求高的大中型件的大批量生產，制造難度不大，易保證尺寸的精度，操作方便，與單工序模相比，減少單工序模數量，提高生產效率．方案3:采用級進模沖裁．即落料、沖孔、彎曲級進模沖壓．雖然沖壓生產效率高，易實現機械化、自動化，操作安全簡單，制件質量高，但級進模設計和制造過程費用成本高，對技術經驗的依賴性較強［1-6］．通過上述三個工藝方案在產品質量、生產效率、設備條件、模具的制造和經濟效益等方面進行對比分析，可明顯看出，方案3為最佳沖裁工藝．

3主要零部件結構設計與計算

3．1排樣設計．排樣的合理與否，會直接影響材料的利用率，還會影響到模具結構、生產率、制件質量、生產操作方便與安全等．因此，排樣是沖裁工藝與模具設計中一項重要工作．查《沖壓工藝與模具設計》［2］可知:工件之間搭邊值a1=2mm，工件與側邊之間搭邊值a=2．5mm．根據板料規格和厚度公差表，經過計算，板料1250×1500mm的利用率高，故選擇用1．2×1250×1500的08F鋼板料．經計算，縱排排樣利用率高，排樣方式如圖2所示．圖2縱排排樣圖利用率計算如下:查《沖壓工藝與模具設計》［2］知，b=112．4mm，s=55mm，利用CAD繪圖軟件求得A=3922．92mm，一個步距的材料利用率:η=Ab×S×100%=3922．92112．4×55×100%=63．46%其中，A為一個步距內沖裁件的實際面積;b為條料寬度;S為步距．η總=NALB×100%其中，N為一張板料上所沖裁零件的總數量;A為一個沖裁件的實際面積;L為板料的長度;B為板料的寬度．n1=Bb=1250112．4=11．12，取n1=11，n2=LS=150055=27．27，取n2=27η總=11×27×3922．921250×1500×100%=62．14%3．2凸、凹模刃口與結構設計．由于該支架零件輪廓結構復雜，落料凸、凹模采用配合加工法．先加工好凸模作為基準件，然后配做凹模，使它們保持最小雙面間隙Zmin．其公差不再受凸、凹模間隙大小限制，制造容易，并容易保證凸、凹模間的間隙．沖裁凸、凹模刃口尺寸與結構如圖3(a)～(d)所示．(a)凸模配合加工刃口尺寸計算分為以下三類:第一類磨損后增大的尺寸，公式為Ad=(A－xΔ)+δd0．其對應第一類尺寸的凹模刃口尺寸為51．175+0．0170mm，20．84+0．0120mm，5．88+0．0100mm，2．9+0．0100mm．第二類磨損后減小的尺寸，公式為Bd=(B+xΔ)0－δd．其對應第二類尺寸的凹模刃口尺寸為48．590～0．012mm，3．10～0．010mm．第三類磨損后基本不變的尺寸，公式為Cd=C±18Δ．其對應第三類尺寸的凹模刃口尺寸為28±0．0225mm，16±0．026mm．落料凸模的刃口基本公稱尺寸與凹模相同，分別是51．175mm，20．84mm，5．88mm，2．9mm，48．59mm，3．1mm，28mm，16mm，但要在技術要求中注明:凸模刃口尺寸按照落料凹模刃口實際尺寸配合，以保證最小雙面合理間隙值為0．1mm．3．3沖孔部分凸凹模刃口尺寸的計算．以凸模為基準來計算沖孔部分的凸、凹模的刃口尺寸，沖孔凸模刃口的基本尺寸采用分別加工，按《沖壓工藝與模具設計》中表3-26公式ap=(a+xΔ)0－δp．經過計算可得沖孔凸模沖裁分別為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模具其他零部件設計選用

4．1凸模固定板設計．凸模固定板上需要開設4個階梯形圓孔，與沖孔凸模進行配制，由于沖孔凸模與上模座之間沒有銷釘、螺釘的連接，為了使沖孔凸模固定在上模座上，因此采用凸模固定板來實現．(1)凸模固定板的厚度一般取落料凹模厚度的0．6～0．8倍，其平面尺寸可與落料凹模、卸料板的外形尺寸相同，但是還應該考慮緊固螺釘、銷釘的位置;(2)凸模固定板上的沖孔凸模的安裝孔與凸模采用H7/m6過渡配合，壓入后端面要磨平;(3)凸模固定板的上下表面應磨平，與凸模安裝孔的軸線垂直粗糙度1．6～0．8μm;(4)凸模固定板的材料一般采取45#鋼［3，7-9］．4．2推件塊設計．根據《沖壓工藝及模具設計》圖3-116可知，材料選用45#鋼，熱處理硬度為43～48HRC．推件塊與沖孔凸模采用間隙配合H8/f8．4．3模具結構設計該模具采用復合沖裁模，其結構設計如下:(1)采用倒裝式復合模．凸凹模裝在下模，沖孔凸模和落料凹模安裝在上模，便于落料，沖孔廢料則通過凸凹模的內孔從壓力機臺面的孔漏下，且有利于安全操作．(2)上模座采用了剛性推件裝置．當上模座向上回程時，壓力機通過打桿、推桿和推件塊將沖裁件從落料凹模中推出．(3)卸料時，下模采用了彈性卸料的裝置，彈性卸料裝置由卸料板、卸料板螺釘和橡膠組成．通過橡膠產生的壓縮回彈力使條料從凸凹模周圍脫出，進而實現卸料功能．

5模具結構及工作過程

圖4為落料-沖孔復合模總裝圖。圖4落料-沖孔復合模總裝圖從圖中可看出，該復合模采用了倒裝式后側滑動導向模架結構．其工作原理是:在開模狀態下，先將板料放在彈性卸料板8上，用擋料銷定位，起動壓力機，滑塊向下，隨著滑塊的下降，沖孔凸模17、落料凹模7向下，直接對板料進行落料、沖孔，當滑塊繼續向下至死點時，滑塊回程，彈性卸料板8將板料卸下，推件塊16將板料推出，完成落料-沖孔工序沖裁［10-11］．圖5為該工件彎曲模．從圖中可看到，該模具同樣采用了后側滑動導向模架，模具在在開模狀態下，先將板料放在定位板7上，啟動壓力機，滑塊向下，隨著滑塊的下降，彎曲凸模18向下，直接對板料進行彎曲，當滑塊繼續向下至死點時，滑塊回程，頂件塊15將板料頂出凹模，打桿22將板料從凸模退出，完成彎曲工序．

6結論

通過對汽車用支架件的成形工藝性分析，確定了合理的沖壓工藝方案，然后設計了落料-沖孔復合模及單工序彎曲模，模具結構設計合理，符合工藝技術要求，使用方便，對同類零件的沖壓工藝分析及模具設計提供一定的參考價值和借鑒作用．

參考文獻:

［1］姚洪華．我國汽車沖壓件的技術現狀與發展趨勢研究［J］．上海汽車，2010(2):26-30．

［2］柯旭貴．沖壓工藝與模具設計［M］．北京:機械工業出版社，2012．

［3］高錦張．塑性成型工藝與模具設計［M］．第2版，北京:機械工業出版社，2010．

［4］郝濱海．沖壓模具簡明設計手冊［M］．北京:化學工業出版社，2005．

作者:王 張志浩 彭孟孟 姜 峰 單位:吉林化工學院 機電工程學院