文/郭亮亮，侯其森，張國(guó)華，宋剛·一拖（洛陽(yáng)）福萊格車(chē)身有限公司

發(fā)動(dòng)機(jī)橫梁是重卡、客車(chē)等重型車(chē)輛底盤(pán)上比較重要的承重件，其形狀復(fù)雜，成形困難。本文針對(duì)該零件在沖壓工藝設(shè)計(jì)、模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及現(xiàn)場(chǎng)模具調(diào)試方面所做的重要工藝方案進(jìn)行描述，供大家借鑒。

零件特征

發(fā)動(dòng)機(jī)橫梁如圖1所示，零件的基本尺寸為753mm×180mm×232mm，材質(zhì)為高強(qiáng)板B610，料厚為6mm。

圖1 發(fā)動(dòng)機(jī)橫梁

該發(fā)動(dòng)機(jī)橫梁最大成形深度達(dá)到232mm，兩端形狀復(fù)雜，板料較厚且材質(zhì)硬度大、成形性差，從整體上看工藝設(shè)計(jì)復(fù)雜，成形過(guò)程中容易產(chǎn)生開(kāi)裂以及回彈，所需沖裁力大，模具強(qiáng)度要求高且結(jié)構(gòu)復(fù)雜，模具制造、調(diào)試技術(shù)要求高。

工藝方案

對(duì)零件成形工藝進(jìn)行分析，經(jīng)過(guò)初步工藝預(yù)估后，制定的零件成形工序?yàn)?；預(yù)成形→成形→修邊→側(cè)修邊1→側(cè)修邊2→側(cè)整→側(cè)沖孔+沖孔，共7個(gè)工序。

工藝分析：⑴由于料厚為6mm的高強(qiáng)板，成形后零件兩端多余的料需要側(cè)修邊，因?yàn)榻嵌茸兓^大，模具結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)困難，廢料較難排出，且側(cè)修邊需要的沖裁力非常大，模具結(jié)構(gòu)復(fù)雜，后期維護(hù)較為困難，所以零件兩端邊線(xiàn)盡量不采用后期側(cè)修邊來(lái)實(shí)現(xiàn)。⑵零件回彈較大，整體回彈計(jì)算難度較大，零件開(kāi)口處回彈量難以估算。⑶零件形狀較復(fù)雜，兩端與中間落差較大，一次成形進(jìn)料不均勻，零件容易產(chǎn)生缺陷，需考慮多次成形。

經(jīng)過(guò)論證，我們更改了工藝方案，采用第一工序落料、后序分兩次成形的工藝，不僅簡(jiǎn)單，也避免了采用側(cè)修模，使全工序模具在后期批量生產(chǎn)中更加穩(wěn)定、可靠，但是也增加了確定第一工序落料線(xiàn)的難度。同時(shí)，因?yàn)榱慵啥瞬牧仙戏枯^多，在后序成形過(guò)程中，局部會(huì)嚴(yán)重缺料，增加了零件拐角處減薄、開(kāi)裂的風(fēng)險(xiǎn)。通過(guò)多次型面工藝補(bǔ)充并進(jìn)行CAE分析，將開(kāi)裂風(fēng)險(xiǎn)降到最低，如圖2所示。

最終確定零件沖壓工藝為：落料→預(yù)成形→成形→修邊→側(cè)整→側(cè)沖孔+沖孔，共6個(gè)工序。

圖2 CAE成形分析

模具調(diào)試中的問(wèn)題及解決方案

開(kāi)裂問(wèn)題

在實(shí)際調(diào)試中，零件兩端的開(kāi)裂是長(zhǎng)期困擾我們的問(wèn)題。由于發(fā)動(dòng)機(jī)橫梁成形時(shí)兩端缺料，產(chǎn)生應(yīng)力集中，很容易在此處撕開(kāi)缺口，雖然前期進(jìn)行了CAE分析，但是在前期調(diào)試中一直存在開(kāi)裂現(xiàn)象。最初為了提供合格樣件，前期零件預(yù)成形時(shí)，將平板料四角裁掉，直接用預(yù)成形模具消除了開(kāi)裂問(wèn)題，說(shuō)明預(yù)成形工序可以解決開(kāi)裂問(wèn)題，并且得出了一個(gè)結(jié)論：預(yù)成形中料片的形狀在很大程度上決定了料片是否開(kāi)裂。

圖3 第二工序模具

圖4 第三工序模具

圖3和圖4分別是零件預(yù)成形和成形工序的模具結(jié)構(gòu)，首先料片預(yù)成形到一定深度，然后成形模具將零件成形到位。開(kāi)裂問(wèn)題出現(xiàn)在預(yù)成形工序，通過(guò)激光下料，嘗試多種的料片形狀來(lái)分散拉伸力，消除應(yīng)力集中問(wèn)題。同時(shí)將預(yù)成形凹模側(cè)面加工成斜面，提高凹?？谛兔婀鉂嵍?，減小摩擦力，讓兩側(cè)板料順利進(jìn)入模腔內(nèi)。

圖5是通過(guò)改變輪廓線(xiàn)形狀的方法來(lái)解決開(kāi)裂問(wèn)題的處理過(guò)程，圖5中①至④為端頭處料邊線(xiàn)的調(diào)整過(guò)程，最終采用的邊線(xiàn)④讓拐角處平緩過(guò)渡，將拐點(diǎn)分散到兩側(cè)，加大變薄區(qū)域，可以吸收更多拉伸力，消除了局部應(yīng)力過(guò)大而產(chǎn)生的開(kāi)裂。同時(shí)，也要保證成形后的邊線(xiàn)輪廓符合檢具測(cè)量要求。

圖5 零件消除開(kāi)裂的過(guò)程

預(yù)成形定位問(wèn)題

在第一工序中，對(duì)落料件增加一個(gè)直徑為10mm的孔用于定位，模具結(jié)構(gòu)上再增加四處邊定位讓其定位穩(wěn)定，在后續(xù)修邊、沖孔工序，將其沖壓成直徑為16mm的定位孔。在模具工作過(guò)程中，成形后的定位孔因變形而夾住定位銷(xiāo)，導(dǎo)致取料困難，如果批量生產(chǎn)，會(huì)大大影響生產(chǎn)效率。為此，我們將定位銷(xiāo)改為可上下滑動(dòng)的彈性定位銷(xiāo)，在上模下壓接觸料片時(shí)，定位銷(xiāo)受壓脫離定位孔，這樣就消除了定位銷(xiāo)卡于變形孔的問(wèn)題。

零件回彈問(wèn)題

大弧度U形梁成形后極易出現(xiàn)回彈，特別是對(duì)高強(qiáng)板B610來(lái)講，該工件最初出現(xiàn)了整體回彈，上表面最大回彈量達(dá)5mm，零件開(kāi)口最大回彈量接近4mm。為了使零件合格，我們?cè)诘谌ば虻某尚文＞呱细牧诵兔?，同時(shí)在Z向和Y向上做回彈補(bǔ)償，通過(guò)兩次更改，使零件的面差完全合格。這樣也就解決了后序側(cè)沖孔后，零件回彈造成的孔位偏差問(wèn)題，保證了兩端8個(gè)安裝孔的位置和孔徑合格。

兩端安裝面垂直度問(wèn)題

為解決兩側(cè)面開(kāi)口問(wèn)題，我們特別增加了一道側(cè)整形工序，對(duì)兩端側(cè)面進(jìn)行校正，保證兩側(cè)面相互平行，且與底面垂直，如圖6所示，圖6中成品件為合格零件。

結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)正確安排工序內(nèi)容、合理設(shè)計(jì)模具結(jié)構(gòu)以及依靠分析軟件和豐富的制造經(jīng)驗(yàn)調(diào)整修邊線(xiàn)和回彈補(bǔ)償量，解決了四個(gè)技術(shù)難題，最終實(shí)現(xiàn)了發(fā)動(dòng)機(jī)橫梁模具的成功開(kāi)發(fā)，效果良好，為以后類(lèi)似零件的模具開(kāi)發(fā)提供一些可以借鑒的經(jīng)驗(yàn)：⑴在設(shè)計(jì)階段制定工藝方案時(shí)，需從質(zhì)量、周期、成本等各方面分析每個(gè)方案的優(yōu)劣性，為最終方案的確定提供有力參考。⑵調(diào)試階段是工藝方案的重要驗(yàn)證環(huán)節(jié)，不能一味追求與設(shè)計(jì)的一致性，可根據(jù)實(shí)際調(diào)試情況，對(duì)工藝方案優(yōu)化改進(jìn)。⑶合理的模具結(jié)構(gòu)是成功實(shí)現(xiàn)工藝意圖的關(guān)鍵，后期優(yōu)化結(jié)構(gòu)可解決設(shè)計(jì)之初難以預(yù)見(jiàn)的問(wèn)題，是模具調(diào)試合格的關(guān)鍵。

圖6 全工序成品件