托架冲压工艺方案的分析及模具设计

莫宏政

摘 要：冲压工艺方案的分析是一个复杂的环节，关系着制件成形的质量。对托架的冲压工艺方案进行了分析，对模具设计展开了研究，探讨了原有工艺方案中存在的问题，详细介绍了新的工艺方案设计，旨在为其他托架工艺方案及模具的设计提供参考和借鉴。

关键词：托架；冲压工艺；模具设计；车辆模具

中图分类号：TG386 文献标识码：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2017.01.084

随着车辆制造业的快速发展，车辆模具企业也取得了极大的进步，对其工艺方案及模具设计也提出了更高的要求。其中，托架作为驾驶室中的重要组成部分，其制件的质量直接影响着驾驶室左右纵梁总成的装配质量，在车辆制造中占据着一定的地位。因此，对托架的冲压工艺方案进行分析，并优化模具设计具有十分重要的意义。某托架如图1所示，本文对其冲压工艺方案及其模具设计进行了介绍。

1 原有工艺方案存在的问题

该加长托架是F2000驾驶室中的一种零件，原方案成形工艺为：下料一切边冲孔（切端头、冲4个大孔，底面3个小孔），一切边冲孔压弯（切边，压90°小边、冲长圆孔和2小孔）。

该制件在生产中一直存在以下质量问题：①压弯角度超差，图纸要求角度为90°，实测为92°～93°，甚至能达到94°～95°；②OP20工序切边压形后毛刺较多，必须打磨毛刺；③OP30工序压成U形后两边高度不一致，相差最大超过2 mm，造成两侧孔错位严重，U形开口尺寸为66 mm，实测为70 mm，对后续驾驶室左右纵梁总成的装配质量造成了影响。

由于存在以上问题，对该制件冲压工艺进行了分析。

OP10工序分析：該工序主要为切边冲孔，基本无问题。

OP20工序分析：该工序主要包含切边、冲孔、压弯内容，即在1副模具中要同时实现上述3个工序。机床滑块下行时，上模压料板压住坯料，滑块继续下行，制件开始成形，同时开始切边、冲孔。由于压弯时存在一定的侧向力，导致模具的压力中心与机床的压力中心不重合，在压料力不足的情况下，制件发生了一定的滑动现象，进而导致在模具下行切边冲孔时凸、凹模之间的间隙发生变化，产生了毛刺，影响了凹模、凸凹模的寿命。实际生产中，每生产1 500件左右就需要维修一次，大约生产10 000件左右就需要更换一次。此外，由于该压弯模的凸模及凹模采用垂直结构，实际生产中压弯角度约为93°。

OP30工序分析：在压U形时，一般要求托料块与凹模之间的间隙为滑配，坯料是固定在托料块上的。如果托料块与凹模两边的间隙过大，则在冲压过程中因模具中心与机床压力中心不重合导致侧向力生成，进而导致在冲压过程中坯料随托料块向间隙小的一侧滑动，造成压U形后两边高度不一致。此外，该工序模具采用弹簧托料，导致托料力不能调整，因此，制件压形的开口尺寸只能通过更换弹簧调整。

通过以上分析，该制件的主要问题存在于OP20工序、OP30工序。OP20工序产生的毛刺必须打磨，否则会降低生产效率；OP30工序因侧向力的存在而造成制件两侧孔边距超差，且因托料力造成压形开口尺寸超差。

2 新工艺方案设计

根据以上分析，对OP20工序进行了相关试验：①对该模具的压型部分结构进行了改进，将原设计的弹簧更换为重载弹簧，并增加了弹簧的数量，以此来增加压料力，同时，在模具凹模上增加了压弯回弹的补偿量。通过试压，最终显示制件毛刺高度有所降低，但仍然存在，压弯角度超差问题没有得到解决，因此，认定压弯角度不足及毛刺的存在主要是因工艺不合理导致的。②将OP20工序拆分。将原切边冲孔压弯工序拆分为两个工序切边冲孔+压弯（采用通用压弯），拆除压弯凹模镶块，调整好切边冲孔凸模、凸凹模间隙，生产了约2 000件，毛刺基本消除，通用压弯模具压弯角度为90°，尺寸基本符合公差要求。

根据以上分析，对该制件冲压工艺进行了改进，取消可OP10工序切边冲孔，改为全封闭落料冲孔，OP20工序采用压弯模压90°角，OP30工序压U形弯，具体如下。

OP10工序采用落料冲全部孔，原工艺未采用落料冲全部孔的主要原因是考虑到冲裁力可能超过机床吨位。因此，对改进后的冲裁力进行了计算。其中，落料周长为1 030 mm，冲孔周长为907 mm，总周长为1 937 mm，取τ=0.8，则δb=328 MPa，F冲=2 477 kN（小于3 150 kN）。可采用JD31-315机床，模具结构如图2所示。

OP20工序采用通用压弯模压弯，结构如图3所示，可保证压弯角度为90°。

对OP30工序模具进行了以下改进：①压形凸模与凹模间隙按单面间隙Z取一个料厚，同时，在凸模上制作出1.5°补偿角，以托料块上定位销定位，凸模上增加2处导正销导正。②重新配做托料块，凹模与托料块间隙按滑配控制，二者之间单面间隙小于等于0.3 mm，同时，应注意保证凹模与模座间固定可靠；将模具弹簧托料机构改为采用机床气垫+顶杆方式托料，通过调整气垫压力来保证U形件开口尺寸。

3 结束语

综上所述，托架是驾驶室中的重要组成部分，其冲压工艺方案及模具设计与产品的质量密切相关，且对驾驶室的性能有十分重要的影响。因此，要对托架制件冲压工艺进行分析，并对其模具进行改进设计，认真分析各种问题出现的原因，并采取相应的措施处理，从而确保制件的质量。本文中的托架冲压工艺及模具已投入使用，托架成形的质量及模具寿命均满足使用要求，取得了良好的效果。

参考文献

[1]王兴伟，焦大勇，刘丛雷.托架成形工艺及模具设计[J].模具制造，2013（05）.

[2]文根保，丁杰文.托架悬挂立式安装复合冲模结构的设计和制造[J].模具技术，2015（01）.

〔编辑：张思楠〕