本文分析了汽車支架零件的外形結(jié)構(gòu)特點，制定了該零件的成形工藝，并通過排樣分析給出了零件排樣圖 。利用有限元分析軟件對其沖壓成形過程進行數(shù)值模擬，根據(jù)模擬結(jié)果 （ 成形極限圖及材料變薄率） 對成形工藝及工藝參數(shù)進行優(yōu)化，將優(yōu)化結(jié)果用于指導模具設計工作 。

多工位有效率高即安全性高等優(yōu)點，是制造業(yè)經(jīng)常采用的冷沖壓工藝， 但多工位沖壓模具與普通單工位模具有許多不同 。

多工位級進模又稱連續(xù)模 、跳步模， 它是在一副模具中，按所加工的工件分為若干等距離的工位 ， 在每個工位設置一個或幾個基本沖壓工序來完成 中壓件某部分的加工，它是在單工位沖壓模具基礎上發(fā)展起來的多工序集成模具， 是沖壓工藝的發(fā)展方向之一 。隨著我國汽車行業(yè)的迅速發(fā)展，企業(yè)之間競爭激烈程度的持續(xù)加劇 ， 零件質(zhì)量和成本控制顯得尤為突出重要，級進模將成為該行業(yè)沖壓模具的重點發(fā)展方向 。

零件工藝性分析

圖 1 為支架零件圖 。單車型多處使用且 多車型共用 ，現(xiàn)有沖壓壓件模具使用年限較長無法繼續(xù)滿足新老車型的大量使用 ，故在新車型開發(fā)階段考慮能夠滿足大批量生 產(chǎn)的級進模設計 。該零件比較簡單 ， 僅有一處沖孔和一處彎曲 ，但零件彎曲為 90 度，對沖孔位置精度要求較高 。

一、零件排樣分析

多工位較普通單工位一個明顯的特點就 是排樣設計 ， 排樣設計的原則除了遵循普通沖壓排樣的原則外 ， 還要考慮以下內(nèi)容：

1 ） 工序安排 。中裁工序盡量避免采用 復雜形狀的凸模 ，如果形狀復雜 ，寧可多加 一個工序用來簡化凸模形狀 。為了保證模具強度和設變需求 ， 料帶上應視情況適當預留 空工位 ，空工位就是不做任何 中壓工序的一個工位。

對于彎曲類零件 ，應在切除彎曲部位周 邊的廢料后進行彎曲 ，然后再切除其余廢料 。對于有沖孔的彎曲件 ， 如果彎曲工序可能影 響孔的位置精度或形狀時 ，應考慮先折彎后沖孔或者在折彎處壓線以減少折彎對沖孔的影響。對于不對稱的彎曲 ， 工件易于滑動 ， 因此可以對零件進行對稱彎曲 ， 然后將用于 彎曲的一邊切除 ，如果零件較小 ，也可考慮用對排保證料帶及零件的穩(wěn)定。

2 ） ? ?導正孔的設計 。級進模中導正銷是非常重要的 ，導正銷孔用來做級進模中的精 定位，一般在第 ? ?步就要沖出導正銷孔 ， 從 第二工位開始使用導正銷 。導正銷孔一般開 在廢料上 ，如用零件上的孔做導正銷孔的話 ， 應注意孔與定位銷之間的精度 ， 同時還應注意，被借用的孔經(jīng)導正后 ， 會損壞孔的精度甚至變形 ，應考慮后序精 中。

3 ） 料帶的連料 。在級進模中 ， 為了保證級進沖裁的流暢性 ，料帶必須要有足夠的 強度和剛度 ，這主要決定于料帶連料部分的 強度和剛度 。限于工件形狀和工序的要求 ， 連料的形式也各不相同 ，有雙側(cè)連料 、 中間 連料 、 單側(cè)連料等 。最理想的是雙側(cè)連料 ， 因為這樣對零件的送料 、 導正和定位來說都 是有利的 ， 單側(cè)連料對零件最不利 。

根據(jù)該支架零件的外形特點 ，單件為不 對稱彎曲 ，成形時工件易渭動質(zhì)量無法保證 ， 又因該零件較小 ， 考慮采用對排保證 零件及 料帶的穩(wěn)定 。由于該零件料厚 為 1 5mr啊 ， 對排后中間連料方案料帶的剛性可以滿足送 料要求 。綜上考慮 ，選定的排樣方案 為 10 個工位 （ 圖2 ） ，各工位依次為；中導正銷孔、 切邊 、 切邊 、 切邊 、 翻邊 、 切邊 、 空位、 成 開豆 、 精 中孔、 切斷。

二、支架有限元模型建立與沖壓成形 仿真

參數(shù)設定

該支架的材料為 SPCC ，料厚為 1 ?5mm .其材料的物理性能見表 1。

有限元建模

有限元模型如圖 3 所示 ，模具采用正裝結(jié)構(gòu) ， 凸模、 凹模選為剛性材料 ，模具運動 類型為 single action . ?自適應網(wǎng)格重劃次數(shù) 為 4 ，時間步為 1 5 ，板料單元厚向積分點數(shù)為 6。板料采用等向強化模型 。

模擬結(jié)果及分析

模擬結(jié)果如圖 4 所示 ，零件 R 角中間位 置存在凹凸造型 ， 變形充分 ， 未出現(xiàn)工藝缺 陷， 圖中 safe 所在位置 ， 零件兩側(cè)中間位 置型面整個過程保持平整 ，未產(chǎn)生變形 ， 圖 中 lnsuff stretch 所在位置 ，但零件 R 角處兩 側(cè)位置在第二序成形過程中 ，存在多料問題 ， 成形后產(chǎn)生起皺缺陷 ， 圖中 thick ing 所在位 置 。因此在該位置前序落料時增加工藝缺口 ，圖 4 模擬結(jié)果 使該處成形得到改善 ，起皺缺陷消除 。

三、模具結(jié)構(gòu)設計

根據(jù) AUTOFORM 分析 ，在排樣的基礎上 ， 模具結(jié)構(gòu)如圖 5 所示 。該支架多工位級進模 采用獨立式對角導柱模架 ，導向精度較高 。各工位凸凹模通過固定板分別安裝在上下模 部分 ，在模座與固定板之間加裝墊板 ，材料 為 45 鋼調(diào)制處理 ， 起緩沖作用及防止模座 變形。

導向裝置

該支架單邊 中裁間隙為 0045 ? ?0 . 075mm ，其中料厚為 1 5mm ，取沖裁間隙為 006 mm。為保證 中裁工位始終具有合理而均勻 的間隙， 需要提高模具的導向精度 ，為此選 用高精度等級的獨立式 滾珠導柱對角布置。由于支架尺寸小 ， 中導正孔 、 中廢料邊等刀 塊尺寸較小 ，為防止刀塊工作時因強度和剛 度不足而變形甚至折斷 ， 設計了輔助導向 裝 置 ，即壓料板和凹模固定板導向裝置 。在固 定板上安裝了四對內(nèi)導柱 、 導套 ， 模具工作 過程中 ，對凸、 凹模進行導向 ，確保上 、 下模對中 ， 凸、 凹模間隙均勻 ，提高了模具的 導向精度 ， 從而提高了零件的尺寸精度。

定位裝置

帶料采用浮動導料桿與導正 銷相結(jié)合的 定位方式 。帶料送進時由兩邊浮動 導料桿進 行粗定位 ，經(jīng)工位 1 沖出導正孔 ， 而后由兩 邊均布的導正銷進行精確定位 ，從而保證每沖裁一次帶料送進一個步距 。這種定位方式 結(jié)構(gòu)簡單 ，定位精確且生產(chǎn)效率高 。

卸料裝置

沖壓后帶料會卡在凸模上 ，為保證上模順利回程進 行下 次沖壓 ， 帶料需從凸 模上卸下使其留在下模 。模 具設計了卸料裝置 ， 由彈簧 和卸料板組成 ．模具閉合時，彈簧壓縮 ， 當模具打開上?；爻虝r，彈簧恢復使卸料板 相對于上模向下運動將帶料 從凸模上卸下。；中壓前卸料 板與凹模先行壓緊條料 ， 又 有壓料作用 ，可使零件和帶 料平直 ，保證零件尺寸精度 。

工作部件

各沖裁、 成形凸模均以過盈配合加底部凸肩方式固定于上模 ， 模真加工簡單 、裝配方便 ，且便于調(diào)整和修配 。凹模均采用鑲塊結(jié)構(gòu) ，將易磨損或難以加工部分以鑲件形式嵌入，降低加工難度 ，便于刃磨和維修 ， 節(jié)省生產(chǎn)成本 。

四、實物及生產(chǎn)驗證

模具實物如圖 6 所示 ， 利用該模具進行 了零件試制 ， 試制零件如圖 7 所示 。將試制 件與仿真結(jié)果進行比較 ， 表明仿真結(jié)果與模具生產(chǎn)的零件吻合程度較高 ， 如實反映了零 件成形過程中板料的變形情況 。

五、結(jié)束語

( 1 ） 應用 AUTOFORM 對支架的沖壓成形過程進行了成形仿真分析， 以直觀的圖像反 映了該零件成形過程中厚度的變化情況，為模具設計提供了參考。

( 2 ) AUTOFORM 同步計算坯料展開尺寸 ， 提高了坯料尺寸精度 ， 得到了合理的坯料形狀。

( 3 ） 根據(jù)成形仿真分析所確定的成形工藝參數(shù) ，進行了級進模設計與制造 ，并對零 件進行了試制 ，進一步驗證了分析結(jié)果 ，利 用該成形工藝能夠順利獲得符合設計要求的 零件。

( 4 ） 該級進模經(jīng)實際使用證明 ， 模具結(jié)構(gòu)合理可靠 ，安全性好 ，維修方便 ，使用壽命長， 完全滿足了大批量生產(chǎn)的需求 。對相似零件的模具設計， 具有較好的參考價值 。

綜上所述 ，在模具設計過程中 ，基于有限無法的數(shù)值仿真技術 ，可以確定合理的沖壓工藝和參數(shù) ，避免反復試模和修模 ， 縮短模具開發(fā)周期 ，提高零件成形質(zhì)量 。

【興迪源機械簡介】

興迪源機械(Xingdi Machinery)是一家專注流體壓力成形技術的鍛壓設備制造企業(yè)。自2007年創(chuàng)立以來，興迪源機械一直致力于內(nèi)高壓成形的技術創(chuàng)新和產(chǎn)品研發(fā)。主營產(chǎn)品范圍從生產(chǎn)普通液壓設備，現(xiàn)今發(fā)展至生產(chǎn)、研發(fā)國內(nèi)流體壓力成形技術的鍛壓設備。

興迪源機械是先進輕量化成形技術的提供者，從產(chǎn)品研發(fā)、設備生產(chǎn)、模具研制、方案定制，直至最終交付及提供增值服務，我們?yōu)榭蛻籼峁┑牟粌H僅是一臺設備，而是一整套智能制造成形方案。