风档外梁的工艺分析及模具设计

作者：信息来源:模具 2008-4-30

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1 引言前围风档下外梁是客车前围的一个重要部件，它的成形质量直接影响前围总成的曲面形状。该件成形后，如有残余应力，在使用过程中易引起前围风档玻璃自爆。因此，在确定工艺方案时必须考虑其使用状况，采用合理的成形工艺保证零件成形后的刚性及各部分曲线的平顺性，...

1 引言

　　前围风档下外梁客车前围的一个重要部件，它的成形质量直接影响前围总成的曲面形状。该件成形后，如有残余应力，在使用过程中易引起前围风档玻璃自爆。因此，在确定工艺方案时必须考虑其使用状况，采用合理的成形工艺保证零件成形后的刚性及各部分曲线的平顺性，以保证前围总成装配的质量。

2 工艺分析及成形工艺方案的确定

2.1 零件工艺性分析
　　零件如图1所示，图中NG段是风档下外梁零件图的右半部分(左右对称)，材料为1.5mm厚的08钢板。它的主体形状是一个三维曲面，2000mm，结构较大，从其截面看，形状较简单，两侧带有12mm的凸缘，属于简单的成形件。由于该件属于三维曲线拱形件，一般的冲压成形将由塑性变形和弹性变形组成，板料成形时不同的截面都有不同方向的应力和应变，而不同的应力产生的应变值也不同，产生塑性变形时其应变为零，在弹性变形范围内的应变值则由应力决定。当卸载时，零件弹性变形使制件曲面不符合产品设计要求，影响总成装配。

图1 前围风档下外梁

2.2 工艺方案的确定
　　采用直接冲压成形，制件因有弹性变形而产生回弹，而回弹量无法准确地计算，故无法给出合理的回弹补偿。产生回弹后，修正困难。因此，要考虑不产生回弹的成形方法，采用拉伸成形工艺，在拉伸成形过程中使板料产生完全塑性变形，尽量使成形后的制件不产生回弹或产生很少回弹，符合产品设计要求。采用拉伸成形方法，要选择压料面和使用设备。从该件的截面看，形状简单，可采用单动压力机，选择两侧凸缘面为压料面，并对零件增加必要的工艺补充，才能顺利拉伸成形。
2.3 零件工艺补充
　　在工艺补充前要确定合理的冲压方向，图1为选择的冲压方向，从图1中NG段来看，凸缘压料面和b、c曲线之间曲面的长度基本上相等，在拉伸时坯料得不到充分的塑性变形就被拉入凹模，必须在工艺补充时使压料面的曲线面长度小于b、c曲线间曲面的长度，才能使多余的板料不被拉入凹模。图1中GM段，为了顺利完成凸模对毛坯的拉伸作用，使材料少流动、不起皱、充分塑性变形，在压边面上设置一道拉伸筋，图1中A－A剖面所示。从B－B截面看，零件相对水平面有13.08°的倾斜角。因此，成形时板料有向低的一侧流动的趋势，在材料宽度上，对于高的一侧应有工艺补充，否则该侧成形后凸缘边宽12mm将达不到尺寸要求。其补充量在验证过程中准确地确定。由于增加了工艺补充，还要考虑后续的切边工序。

3 模具设计要点

3.1 侧向力的平衡及预防
　　模具结构如图2所示，采用拼块式结构，凸、凹模采用T10钢。

图2 模具结构
1.顶杆 2.下模板 3.过渡顶板 4.导向板 5、11.压料板
6.凸模拼块 7.上模板 8.弹簧 9.打料板 10.凹模拼块

从图1的B－B剖面来看，零件相对水平面倾斜13.08°，在拉伸时，相对凸、凹模有一个侧向力，在拉伸时一侧受力较大，影响模具的稳定性和寿命。为了消除侧向力的影响，设计压料板时在两侧压料板上带出一块凸筋，与装在下模板上的导向板4直接导向，并保持压料板与下模板在成形过程中始终处于导向状态。压料板5、11与过渡顶板3相连接成为一体，保证压料动作的一致性。
3.2 中心定位标记的压制
　　由于进行了工艺补充，就必须考虑后序的剪切工序，该件的批量不大，如果采用切边模，结构大、成本高，因此采用切割方法，样制造模具时应同时制造出该件的样板，既能用于检查工件，又能用于工件的切割定位。为了便于剪切和后道工序的需要，设计模具时在制件对称中心线上设置了一个定位顶尖，使压制出的零件有个中心标记，以便检查和切割定位用。

4 模具工作过程

　　如图2所示，工作时，压力机通过顶杆1顶到过渡顶板3上，将压料板5、11同步顶起，将坯料放入，靠住压料板11上的定位销，使工件不下滑。然后启动机床，上模向下滑行，凹模与压料板将坯料压紧，随着上模下行，板料接触凸模，沿凸模形状拉伸成形，上模达到下死点时，拉伸完成，坯料完全塑性变形，此时压料板下边与模板间留有5mm间隙，这样可使坯料充分塑性变形，模板受力小，延长模具和压力机的使用寿命。上模回升时，打料板在弹簧的作用下将工件从凹模中打出，同时顶杆将压料板顶起，将工件顶出。

5 使用效果

　　经过试压工件，曲面形状很理想，卸载后曲面基本不回弹、不变形。对下料尺寸和定位销作适当调整，拉伸成形后a、b曲线一侧的凸缘面(除两头外)基本上保持12mm，后工序对该面无需切割，另一侧及两端按样板切割，制件装配时与前围骨架曲面相吻合。采用此种工艺方法生产该工件，既降低了成本又保证了质量。

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