舒滿征，黃昭明，沈現(xiàn)青，羅 林，芮平平

(1.安慶職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電工程系，安徽 安慶 246003； 2.皖江工學(xué)院機(jī)械工程學(xué)院，安徽 馬鞍山 243031；3.合肥職業(yè)技術(shù)學(xué)院交通工程學(xué)院，合肥 238000； 4.安慶市外國語學(xué)校，安徽 安慶 246003)

0 引言

作為汽車內(nèi)飾的重要組成，座椅一直是影響舒適駕乘的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，受到很大的重視。汽車座椅骨架作為汽車座椅的基本框架，是直接與人接觸的汽車部件，需要滿足一定的舒適性和安全性要求[1]。冷擠壓技術(shù)能最有效的節(jié)約材料、提高生產(chǎn)效率、提高機(jī)械產(chǎn)品性能、適合大批量生產(chǎn)，因此在轎車座椅骨架用產(chǎn)品中應(yīng)用廣泛[2]。

轎車座椅圓管擠凸冷擠壓模具的研制過程中，由于其管件成型時(shí)變形抗力非常高，因此如何設(shè)計(jì)執(zhí)行元件是需要解決的問題[3-5]。針對(duì)冷擠壓成形中空心管料反擠壓，目前可供參考的材料不多[6-8],為了解決所面臨的技術(shù)問題，急需提供一種轎車座椅圓管擠凸冷擠壓模具設(shè)計(jì)的技術(shù)方案。本文提供的轎車座椅圓管擠凸全工序冷擠壓模具，擠壓一次能夠?qū)崿F(xiàn)轎車座椅圓管的全工序擠凸，附帶擠凸過程中連接臂的定位裝配。通過部分成形塊的替換，還實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)品的一模多出效果，模具易實(shí)施，易推廣等。

1 模具設(shè)計(jì)前處理

冷擠壓模具設(shè)計(jì)前處理主要包含對(duì)冷擠壓零件的結(jié)構(gòu)、精度要求分析、工序安排以及冷擠壓時(shí)坯料材料成分、形狀尺寸和坯料軟化、表面及潤滑處理規(guī)范的正確選擇。冷擠壓模具設(shè)計(jì)前處理是冷擠壓模具設(shè)計(jì)的重要基礎(chǔ)工作，也是其合理設(shè)計(jì)的重要保證。

1.1 制件全工序分析

如圖1所示，兩種轎車座椅圓管全工序UG三維圖，其形狀為一根壁厚為2.0 mm的空心無縫鋼管制件，該圓管兩端要求反擠壓出一個(gè)外側(cè)凸包和一個(gè)內(nèi)側(cè)凸包，擠壓過程中內(nèi)外凸包之間壓緊連接臂或調(diào)整臂，兩個(gè)連接臂的長度方向相平行且兩個(gè)連接臂朝向圓管本體的同一側(cè)伸出，連接臂的長度方向與圓管本體的軸線相垂直。最終成型后的圓管安裝于座椅座墊與靠背連接處，用于控制座椅靠背位置與傾斜角度。

圖1(a)與圖1(b)分別為制件A與制件B的成形示意圖，在此應(yīng)用了一模成形技術(shù)，來設(shè)計(jì)轎車座椅圓管的全工序冷擠壓模具。圖1中兩種制件均包含兩個(gè)工序，第一工序?yàn)閿D壓內(nèi)側(cè)凸包，第二工序?yàn)檠b入連接臂或調(diào)整臂再擠壓一個(gè)外側(cè)凸包，該凸包配合內(nèi)側(cè)凸包壓緊裝入的連接臂或調(diào)整臂。

1.2 坯料制備與處理

冷擠壓時(shí)，坯料材料成分、形狀尺寸和坯料軟化、表面及潤滑處理規(guī)范的正確選擇，將有利于金屬的流動(dòng)，對(duì)擠壓產(chǎn)品的質(zhì)量及模具使用壽命的提高也有極大的幫助[9-10]。轎車座椅圓管材料為廠家提供的寶鋼冷成型用高強(qiáng)度鋼系列的低合金高強(qiáng)鋼HC420LA，制件坯料采用高速帶鋸下料，坯料尺寸由冷擠壓件坯料體積按金屬材料塑性變形前后體積不變?cè)瓌t計(jì)算確定，理論上需要預(yù)留一定的加工余量予以切除，但依據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)實(shí)際擠壓出的產(chǎn)品無需再進(jìn)行機(jī)械加工，故在此無需預(yù)留。

(a)制件A的全工序

(b)制件B的全工序1.連接臂；2.外側(cè)凸包；3、4、5.內(nèi)側(cè)凸包；6.調(diào)整臂；7.十字凹槽；a.制件A第二工序；b.制件A第一工序；c.制件B第二工序；d.制件B第一工序圖1 兩種轎車座椅圓管全工序UG三維圖

為了改善冷擠壓坯料的擠壓性能，提高模具的使用壽命，大部分材料在擠壓前和多道擠壓工序之間必須進(jìn)行軟化處理[11]。為減小該材料顯微組織中的珠光體形態(tài)對(duì)擠壓性能的影響，轎車座椅圓管材料低合金高強(qiáng)度鋼采用球化退火組織。球化退火組織不僅硬度和強(qiáng)度低，而且塑性較高，特別是隨著鋼材中含碳量的增加，其影響作用也越來越大。冷擠壓時(shí)，金屬材料產(chǎn)生劇烈的塑性變形，單位擠壓力很大，如果沒有很好的潤滑就會(huì)導(dǎo)致制件表面嚴(yán)重刮傷。對(duì)于本制件的低合金高強(qiáng)鋼坯料，在冷擠壓前必須采用磷化處理，即把鋼坯料放在磷酸鹽溶液中進(jìn)行處理。經(jīng)磷化處理后，可減少坯料與模具之間的接觸摩擦，降低單位擠壓力，提高冷擠壓件的表面質(zhì)量和模具使用壽命。低合金高強(qiáng)鋼坯料在磷化表面處理后還需要進(jìn)行皂化潤滑處理，以獲得有效的硬脂酸鋅潤滑。

2 全工序冷擠壓模具設(shè)計(jì)

轎車座椅圓管冷擠壓模具主要是由兩套上驅(qū)動(dòng)型斜楔機(jī)構(gòu)配合上下模帶動(dòng)的多個(gè)成形塊在一次擠壓行程下，實(shí)現(xiàn)轎車座椅圓管的全工序擠壓。

2.1 凸包成形組件設(shè)計(jì)

凸包成形組件各零部件的結(jié)構(gòu)與位置設(shè)計(jì)是否合理，關(guān)系到凸包成形后的形狀精度與位置精度。本設(shè)計(jì)中的凸包成形組件主要由固定塊1，成形塊2和3，定位塊4、5、7和8，墊板6和16，滑塊9和10，成形塊11、17和18，定位銷12，樹脂拉手13和14，彈簧15，成形定位塊19，小導(dǎo)柱導(dǎo)套20，卸料螺絲21等組成，各零部件具體安裝位置，如圖2(a)所示。

(a)制件A全工序凸包成形組件

(b)制件B全工序凸包成形組件1.固定塊；2、3.成形塊；4、5、7、8.定位塊；6、16.墊板；9、10.滑塊；11、17、18.成形塊；12.定位銷；13、14.樹脂拉手；15.彈簧；19.成形定位塊；20.小導(dǎo)柱導(dǎo)套；21.卸料螺絲圖2 凸包成形組件結(jié)構(gòu)圖

2.2 上下模組件設(shè)計(jì)

上下模組件結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)主要取決于模板結(jié)構(gòu)與上下成形塊的緊固方法。合理的緊固方法可以提高冷擠壓件的擠壓精度，延長模具的使用壽命，且便于模具的安裝、調(diào)整及快速地更換零件。本設(shè)計(jì)中的上模組件主要由墊腳1和10，導(dǎo)滑板2，上模3，限位柱4和9，導(dǎo)套固定座5，強(qiáng)制復(fù)位板6，驅(qū)動(dòng)塊7，定位板8，固定板11，導(dǎo)滑板12，剝料鉤13，打死塊14，壓板15，大導(dǎo)套16，斜楔機(jī)構(gòu)上模部分a和b等組成，各零部件具體安裝位置，如圖3所示。本設(shè)計(jì)中的下模組件主要由墊腳1和6，滑座2、11和16，限位柱3，大導(dǎo)柱4，下模板5，滑塊7、10、15和18，定位板8，導(dǎo)滑板9、19，固定板12和14，鍵13、17，斜楔機(jī)構(gòu)下模部分a和d，防錯(cuò)裝置b和c等組成，各零部件具體安裝位置，如圖4所示。

1、10.墊腳；2.導(dǎo)滑板；3.上模板；4、9.限位柱；5.導(dǎo)套固定座；6.強(qiáng)制復(fù)位板；7.驅(qū)動(dòng)塊；8.定位板；11.固定板；12.導(dǎo)滑板；13.剝料鉤；14.打死塊；15.壓板；16.大導(dǎo)套；a、b.斜楔機(jī)構(gòu)上模部分圖3 上模組件結(jié)構(gòu)圖

1、6.墊腳；2、11、16.滑座；3.限位柱；4.大導(dǎo)柱；5.下模板；7、10、15、18.滑塊；8.定位板；9、19.導(dǎo)滑板；12、14.固定板；13、17.鍵；a、d.斜楔機(jī)構(gòu)下模部分；b、c.防錯(cuò)裝置圖4 下模組件結(jié)構(gòu)圖

2.3 斜楔機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

如圖5所示，作為冷擠壓模具設(shè)計(jì)核心，轎車座椅圓管凸包成形組件的設(shè)計(jì)方案主要取決于擠壓力與擠壓方向。斜楔機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)方案主要采用了4個(gè)垂直氮?dú)飧?配合打死塊壓住坯料，用4個(gè)垂直小導(dǎo)柱導(dǎo)套3和4維持壓料方向的運(yùn)動(dòng)精度；4個(gè)水平氮?dú)飧?提供擠壓力，用4個(gè)水平導(dǎo)柱導(dǎo)套5維持?jǐn)D壓方向的運(yùn)動(dòng)精度。本設(shè)計(jì)中的斜楔機(jī)構(gòu)a和b主要由水平氮?dú)飧?、垂直氮?dú)飧?、垂直小導(dǎo)套3、垂直小導(dǎo)柱4、水平導(dǎo)柱導(dǎo)套5、水平導(dǎo)滑板6、斜楔機(jī)構(gòu)等組成，各零部件具體安裝位置，如圖5所示。

1.水平氮?dú)飧祝?.垂直氮?dú)飧祝?.垂直小導(dǎo)套；4.垂直小導(dǎo)柱；5.水平導(dǎo)柱導(dǎo)套；6.水平導(dǎo)滑板；a、b.斜楔機(jī)構(gòu)11.固定板；12.導(dǎo)滑板；13.剝料鉤；14.打死塊；15.壓板；16.大導(dǎo)套；a、b.斜楔機(jī)構(gòu)上模部分圖5 斜楔機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)圖

3 裝配與試模

3.1 模具裝配

如圖5所示，兩套上驅(qū)動(dòng)型斜楔機(jī)構(gòu)位于凸包成形組件兩端，上側(cè)凸包成形組件與兩端的上側(cè)上驅(qū)動(dòng)型斜楔機(jī)構(gòu)，分別通過打死塊與固定板固定在上模部分，下側(cè)凸包成形組件與其兩端的下側(cè)上驅(qū)動(dòng)型斜楔機(jī)構(gòu)，通過固定板安裝在下模部分，形成上下模組件兩個(gè)總成。最后通過緊固螺絲將模具的上模組件安裝于壓力機(jī)上滑塊，下模組件安裝于壓力機(jī)底座，模具裝配如圖6所示。

圖6 模具裝配圖

3.2 實(shí)沖驗(yàn)證

試模是在江蘇海鍛630 t的壓力機(jī)上進(jìn)行的，所用材料為HC420LA，材料厚度為2.0mm。圖7所示為實(shí)沖試驗(yàn)所獲制件B的產(chǎn)品圖，該零件的外觀質(zhì)量好，表面無拉傷、畸變等現(xiàn)象發(fā)生，關(guān)鍵成形部位的成形質(zhì)量符合檢具檢驗(yàn)。通過實(shí)沖試驗(yàn)反饋了上述設(shè)計(jì)合理可行。將所設(shè)計(jì)制造出的轎車座椅圓管擠凸全工序冷擠壓模具用于實(shí)際生產(chǎn)，模具能夠適應(yīng)批量生產(chǎn)的要求，產(chǎn)品質(zhì)量合格且模具本身不會(huì)產(chǎn)生問題，進(jìn)一步說明所設(shè)計(jì)的模具完全符合實(shí)際生產(chǎn)需求。

圖7 轎車座椅圓管制件B產(chǎn)品圖

4 結(jié)語

通過對(duì)轎車座椅圓管零件進(jìn)行分析，采用了全工序的一模成形技術(shù)，即一次完成圓管兩端內(nèi)側(cè)凸包和圓管兩端外側(cè)凸包的擠壓工作，然后對(duì)坯料材料成分、形狀尺寸和坯料軟化、表面及潤滑處理做了規(guī)范的正確選擇，為冷擠壓模具設(shè)計(jì)奠定了良好的基礎(chǔ)。

所設(shè)計(jì)的轎車座椅圓管擠凸全工序冷擠壓模具，具體包括上下模組件、凸包成型組件與上驅(qū)動(dòng)型斜楔機(jī)構(gòu)。通過更換的凸包成形組件，解決制件A與制件B的擠壓加工，經(jīng)濟(jì)性好，該設(shè)計(jì)還解決了凸包成形時(shí)變形抗力、空心管件凸包成形精度、卸料以及模具壽命等問題，而且模具具有易實(shí)施、易推廣等特點(diǎn)。