陳學(xué)健，趙慶榮，黃昭明，蔣徐浩

（1.阜陽職業(yè)技術(shù)學(xué)院 工程科技學(xué)院,安徽阜陽236031;2.宣城職業(yè)技術(shù)學(xué)院 汽車工程系,安徽 宣城242000;3.無錫九和模具有限公司,江蘇無錫214142）

汽車A柱支撐板級進(jìn)模設(shè)計

陳學(xué)健1，趙慶榮2，黃昭明2，蔣徐浩3

（1.阜陽職業(yè)技術(shù)學(xué)院 工程科技學(xué)院,安徽阜陽236031;2.宣城職業(yè)技術(shù)學(xué)院 汽車工程系,安徽 宣城242000;3.無錫九和模具有限公司,江蘇無錫214142）

摘要：汽車A柱支撐板級進(jìn)模設(shè)計時，通過對其沖壓成形工藝進(jìn)行研究，運(yùn)用Autoform軟件確定零件的成形工藝方案，設(shè)計出10工位排樣圖.然后，通過考慮沖壓質(zhì)量、工藝要求及生產(chǎn)效率等因素，并依據(jù)排樣圖及對成熟級進(jìn)?？傮w結(jié)構(gòu)的研究，選擇了合理的模具結(jié)構(gòu)類型，依據(jù)所選擇的結(jié)構(gòu)類型，運(yùn)用三維造型CAD軟件UG，設(shè)計了一套能夠完成10工序的汽車A柱支撐板級進(jìn)模.最后，對模具組裝和調(diào)試后，進(jìn)行了實(shí)沖，所沖制件符合三維坐標(biāo)檢測儀的檢測要求，在模具投產(chǎn)后通過適當(dāng)?shù)木S護(hù)，能夠適應(yīng)批量生產(chǎn)要求.

關(guān)鍵詞：支撐板；級進(jìn)模；三維造型；導(dǎo)正釘；異形沖頭；調(diào)試

我國模具行業(yè)將高精密、復(fù)雜、大型多工位級進(jìn)模列為重點(diǎn)發(fā)展項目，繼“十一五”模具振興計劃之后，仍然作為“十二五”規(guī)劃中的研發(fā)重點(diǎn)對其提出了更高的要求［1］.作為一種精密多工位級進(jìn)模，汽車車身覆蓋件級進(jìn)模有效的縮短了汽車車身的開發(fā)周期，對我國汽車工業(yè)的快速發(fā)展作出了重要的貢獻(xiàn)［2］.然而此類模具的工位多、完成的工序復(fù)雜、要求的批量大且期限短等，故其技術(shù)綜合性強(qiáng)，實(shí)施難度很大.

駱昌勤等［3］提出了面向?qū)ο蟮募s束裝配樹模型描述級進(jìn)模結(jié)構(gòu)及零件間的關(guān)系，使用戶可直接在裝配環(huán)境下進(jìn)行模具的總裝和零件設(shè)計，從而保證了設(shè)計結(jié)果的一致性.秦春節(jié)等［4］結(jié)合級進(jìn)模設(shè)計特點(diǎn)以及UG三維設(shè)計軟件強(qiáng)大的建模、裝配功能，把裝配參數(shù)化設(shè)計中自頂向下的設(shè)計原理、方法引入沖模參數(shù)化裝配設(shè)計，實(shí)現(xiàn)了自頂向下的多工位級進(jìn)模參數(shù)化裝配設(shè)計.龍玲［5］借助UG運(yùn)動分析模塊對模具運(yùn)動全過程進(jìn)行仿真設(shè)計，分析了多工位級進(jìn)模運(yùn)動過程，建立了仿真實(shí)驗(yàn)并運(yùn)行，研究并實(shí)現(xiàn)了全過程仿真的關(guān)鍵技術(shù).將該技術(shù)應(yīng)用于某公司汽車零部級進(jìn)模具設(shè)計可模擬條料送進(jìn)過程中模具各工位的工作情況，使設(shè)計人員及時對設(shè)計方案進(jìn)行驗(yàn)證、修改、優(yōu)化，對提高企業(yè)模具設(shè)計水平及效率，減少開發(fā)周期及成本起到了較好的效果.筆者通過對標(biāo)準(zhǔn)模具基本結(jié)構(gòu)的選型，融入面向?qū)ο蟮募s束裝配樹模型與自頂向下的設(shè)計方法，設(shè)計制造了出汽車A柱支撐板10工位級進(jìn)模，并成功沖制出左右對稱的制件，通過三坐標(biāo)檢測儀檢驗(yàn)，制件成形質(zhì)量完全符合設(shè)計要求，模具投產(chǎn)后滿足客戶使用要求.

1　制件工藝分析

制件為某汽車A柱支撐板，其作用是連接與支撐A柱.由如圖1所示的零件3D建模圖，其形狀復(fù)雜、精度要求高.制件生產(chǎn)產(chǎn)量要求為150萬件每年，材料為寶鋼JSC590R冷軋高強(qiáng)度鋼、厚度為1 mm的左右對稱件.對零件進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析后，確定沖裁、沖孔、成形及整形作為零件的總體工藝要求，具體成形工藝區(qū)域如圖1所示.其中要注意的是為了更好的達(dá)到成形要求，在適當(dāng)?shù)墓の恍枰{(diào)整制件的角度以利于成形和整形.

圖1　汽車A柱支撐板3D建模圖

2　排樣設(shè)計

工件沖壓方向、變形程度及變形次數(shù)之間密切相關(guān)的，多工位級進(jìn)模的排樣設(shè)計主要是考慮模具制造的可能性與工藝性.通過AutoForm分析再利用UG軟件設(shè)計了制件的10工位排樣圖，如圖2所示 ，圖3為Auto CAD排樣設(shè)計圖，圖中給出了各工序的名稱、沖壓壓力需求及重要尺寸參數(shù).10工位排樣圖的設(shè)計是以連續(xù)沖壓工藝工步設(shè)計為基礎(chǔ)，以確保沖壓質(zhì)量及其尺寸與形位精度為核心，以沖壓工步順序安排和工位間送進(jìn)方式選擇為先導(dǎo)，以級進(jìn)模選型與結(jié)構(gòu)設(shè)計為目的而設(shè)計［6］.條料挾持式送料裝置粗定位，配合導(dǎo)正銷、導(dǎo)尺以及墊塊精密定位，并采用料卷自動送進(jìn)，其定位精度可達(dá)到±0.01 mm.制件輪廓復(fù)雜，故沖裁也是排樣設(shè)計的重點(diǎn)，必須考慮到?jīng)_壓時合理的分步進(jìn)行［7］.

圖2　三維UG排樣設(shè)計圖

圖3　CAD排樣設(shè)計圖

3　模具總體結(jié)構(gòu)設(shè)計

在級進(jìn)模結(jié)構(gòu)設(shè)計中，盡量選擇成熟的模具結(jié)構(gòu)或標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)；考慮模具零件是否具有足夠的剛度；總體結(jié)構(gòu)是否簡單、實(shí)用；送料與操作是否方便、簡單；廢料如何處理；各模具零件之間是否可靠的定位和牢固的連接，零件本身加工是否方便；模具組裝后能否適應(yīng)廠家的沖壓設(shè)備且安裝簡易，維護(hù)方便等原則.如圖4所示，本模具應(yīng)用的基本級進(jìn)模結(jié)構(gòu)為典型多工位整體彈壓板結(jié)構(gòu).其結(jié)構(gòu)包括上、下模板、4個獨(dú)立導(dǎo)柱組件、卸料板、導(dǎo)料板、導(dǎo)尺、墊板以及若干上、下墊腳等.這種級進(jìn)模結(jié)構(gòu)，能夠保證沖壓過程中全程壓住條料時對所有凸模導(dǎo)向；利用導(dǎo)尺、導(dǎo)料板和墊板的配合能夠達(dá)到對條料精密的側(cè)向定位；彈壓板上裝有定位針，能夠精確地壓下彈壓裝置，但在安裝上模板過程中要求定位針露出彈壓板下平面的有效長度為2 mm左右［8］.

圖4　基本結(jié)構(gòu)模型

4　模具結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

（1）卸料機(jī)構(gòu)設(shè)計.汽車A柱支撐板級進(jìn)模使用的卸料機(jī)構(gòu)主體部件如圖5所示.作為級進(jìn)?；窘Y(jié)構(gòu)的重要組成單元，卸料機(jī)構(gòu)是在工作時卸下凸模上沖切后留下的條料.卸料裝置主要包括卸料板、氮?dú)鈴椈?、卸料螺釘、剝料橋和剝料柱?為保證較高的送料精度，卸料板采用彈壓裝置，在沖裁前將料帶壓平，防止沖裁件翹曲.

圖5　卸料機(jī)構(gòu)設(shè)計

（2）導(dǎo)料及定距定位機(jī)構(gòu)設(shè)計.導(dǎo)料機(jī)構(gòu)的作用是在條料的多工位沖壓成形過程中，保證條料的暢通送進(jìn)，條件是條料必須浮離凹模一定的高度.同時，為了保證倒沖或側(cè)沖加工裝置的沖壓工作，應(yīng)設(shè)置模具導(dǎo)料系統(tǒng)零件.汽車A柱支撐板級進(jìn)模內(nèi)導(dǎo)料系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖6所示，主要有導(dǎo)尺、導(dǎo)正釘、墊板、條料的側(cè)壓裝置、帶導(dǎo)向槽浮頂式導(dǎo)料柱、條料浮頂器、除塵裝置、障礙檢出機(jī)構(gòu)等，在實(shí)際生產(chǎn)過程中應(yīng)按不同沖壓加工要求合理地對導(dǎo)料系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)零件進(jìn)行組合、選用.在不同的工位為適應(yīng)實(shí)際定距定位的實(shí)際需求采用了導(dǎo)引孔、導(dǎo)尺或多個導(dǎo)孔的導(dǎo)正釘定距定位形式.

圖6　導(dǎo)料與定距定位機(jī)構(gòu)設(shè)計

（3）凸、凹模結(jié)構(gòu)設(shè)計.為保證制件精度、控制毛刺方向以及維修便利，凸、凹模的刃口均采用鑲拼形式進(jìn)行設(shè)計［9］.為保證凸、凹模的強(qiáng)度，一般采用線切割的加工工藝.若其截面面積太小而影響到抗彎強(qiáng)度與剛性，視情況選用光學(xué)曲線磨床加工.在設(shè)計卸料鑲件時，為防止與凸、凹模發(fā)生干涉，在鑲件背面要設(shè)計適當(dāng)?shù)目臻g.設(shè)計成形零件時，應(yīng)考慮到現(xiàn)有的設(shè)備能否滿足凸、凹模零件的加工要求.汽車A柱支撐板級進(jìn)模中所使用的成形零件主要是用輪廓的沖裁與切割的異形沖頭，制件表面成形的凸、凹模零件以及制件切斷過程的沖頭等.其設(shè)計如圖7與圖8所示.

圖7　凸模結(jié)構(gòu)設(shè)計　

圖8　凹模結(jié)構(gòu)設(shè)計

圖9　整體裝配模型

（4）總體裝配.卸料機(jī)構(gòu)、導(dǎo)料與定距定位、凸、凹模結(jié)構(gòu)設(shè)計完成后，級進(jìn)模設(shè)計階段基本結(jié)束.在模具制造裝配完成后，安裝模具于壓力機(jī)上，用指定的坯料試模，對試模沖壓出的制件首先應(yīng)符合廠家所提供的檢具的檢測要求即零件裝車后的配合要求，然后利用三維坐標(biāo)檢測儀逐一檢測其形狀與位置精度，看檢測結(jié)果是否符合廠家所提供的零件圖要求.若發(fā)現(xiàn)制件存在缺陷，應(yīng)分析其原因，并設(shè)法對模具修正和調(diào)試，直到能生產(chǎn)出完全符合零件圖要求的零件.試模過程中，應(yīng)排除影響生產(chǎn)、安全、質(zhì)量和操作等各種不利因素，保證模具能穩(wěn)定、批量生產(chǎn)之后模具就可以投入實(shí)際生產(chǎn)過程.如圖9所示，為汽車A柱支撐板級進(jìn)模的整體裝配模型.

5　驗(yàn)證成形方案

將設(shè)計制造出的10工位汽車A柱支撐板級進(jìn)模安裝于1 000噸壓力機(jī)上.人工送進(jìn)1 mm厚度的寶鋼JSC590R冷軋高強(qiáng)度鋼卷料.通過實(shí)沖試驗(yàn)獲得制件，如圖10所示.首先，通過目檢發(fā)現(xiàn)其表面光滑，無起皺、疊料、破裂的現(xiàn)象發(fā)生；然后，用檢具檢測其關(guān)鍵成形部位符合公差要求；最后，通過三維坐標(biāo)儀的檢測，確定制件符合廠家的圖紙要求.制件的部分檢測數(shù)據(jù)如圖11所示.模具投產(chǎn)后，能夠在要求的沖床頻次下，適應(yīng)批量化生產(chǎn)且產(chǎn)品質(zhì)量合格.生產(chǎn)過程中對模具進(jìn)行周期性維護(hù)，可保證模具本身使用壽命.

圖10　汽車A柱支撐板實(shí)沖左右對稱件零件

圖11　三維坐標(biāo)儀檢測汽車A柱支撐板部分?jǐn)?shù)據(jù)

6　結(jié)論

級進(jìn)模的結(jié)構(gòu)設(shè)計主要為裝配設(shè)計與零件設(shè)計，它占整個模具設(shè)計80%以上工作量.利用UG軟件設(shè)計時，需要在保證模具整體功能的基礎(chǔ)上，對上百個零件進(jìn)行設(shè)計和修改，還要完成模具總裝圖與零件圖的生成.因此，通過對標(biāo)準(zhǔn)模具基本結(jié)構(gòu)的選型，融入面向?qū)ο蟮募s束裝配樹模型與自頂向下的設(shè)計方法，可以大大提高模具設(shè)計效率與靈活性.

近年來，國內(nèi)先進(jìn)多工位與多功能級進(jìn)模的設(shè)計技術(shù)提升很快，借助于高精度加工設(shè)備的普及和運(yùn)用，模具制造裝備水平已躋身到國際先進(jìn)行列.伴隨著模具設(shè)計制造水平的提高，部分精密、復(fù)雜級進(jìn)模已經(jīng)進(jìn)入了規(guī)?；a(chǎn)階段，與先進(jìn)沖壓模具水平的差距在逐步縮小，模具的進(jìn)口替代成效明顯，出口逐年遞增.

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（責(zé)任編輯：李婉）

中圖分類號：TG385

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1007-5348（2015）06-0019-06

［收稿日期］2015-04-26

［基金項目］安徽省質(zhì)量工程項目（2014zy094）.

［作者簡介］陳學(xué)健（1980－），男，安徽阜陽人，阜陽職業(yè)技術(shù)學(xué)院工程科技學(xué)院講師，碩士；研究方向：模具設(shè)計與制造.

Design of Progressive Die for Cars A-Column Support Plate

CHEN Xue-jian1,ZHAO Qing-rong2,HUANG Zhao-ming2,JIANG Xu-hao3
(1.Institute of Engineering and Technology,Fuyang Vocational&Technical College,Fuyang 236031,Anhui,China; 2.Department of Automobile Engineering,Xuancheng Vocational&Technical College, Xuancheng 242000,Anhui,China;3.Wuxi Jiuhe Mould Co.,Ltd.,Wuxi 214142,Jiangsu,China）

Abstract：This paper analyzed the forming process of stamping parts in the cars A-column support plate, determined the scheme of forming process for parts by using Autoform software,and designed 10 position layout design chart.Then,it analyzed the layout and the overall structure of mature modulus of continuity,chose the reasonable structure type by taking into account of the stamping quality,process requirement and production efficiency.Based on the structure type,it designed a set of progressive die to be able to complete the 10 step of cars A-column support plate by using 3D modeling software CAD UG.Finally,a stamping experiment was carried out after the mold assembly and adjustment;it proved that the parts can meet the testing requirements of 3D coordinate detector and the requirement of mass production.

Key words：support plate;progressive die;3D modeling;guide nail;special shape punch;adjustment