汽車側圍外板沖壓工藝及模具設計

2024年1月4日發(作者：市場報告)

汽車側圍外板沖壓工藝及模具設計

摘要：隨著新能源汽車的發展和汽車輕量化的需要,先進的擠壓鑄造技術在汽車結構件上的應用將越來越廣泛,如控制臂、擺臂、連桿、發動機支架、輪邊支架等底盤件已部分應用鋁合金材料制造。取代部分鍛造生產高性能復雜結構件,替代低壓和差壓鑄造、金屬型重力鑄造生產那些可靠性要求高的結構件已成汽車未來優選趨勢。擠壓鑄造作為一種金屬成形技術,固然有它自己特定的工藝特點和應用范圍。生產中應根據零件的結構特點、性能要求、批量和生產條件等多種因素綜合考慮,因此合理選擇擠壓鑄造工藝方案是成功開發產品的關鍵。

關鍵詞：汽車側圍外板；沖壓工藝；模具設計

引言

汽車覆蓋件是指覆蓋車身和駕駛室的薄板類表面零件和內部零件。汽車覆蓋件具有尺寸較大、厚度較薄、輪廓多為曲面、表面精度要求高等特點。汽車覆蓋件模具工序繁多，通常包括拉伸、修邊、沖孔、翻邊、整形等多道工序。為了減少成形工序，降低模具開發成本，常將修邊和沖孔合并成一道工序，稱為修邊沖孔模。修邊沖孔模是汽車覆蓋件模具中的一道重要工序，常放在拉伸之后進行，主要目的是將拉伸模的工藝補充部分和壓料邊緣壓料面多余的部分切除。

1汽車側圍外板沖壓工藝概述

冷沖壓技術就是通過壓力機驅動模具，使板料產生塑性變形而最終形成一定形狀的塑性成形方法。冷沖壓技術剛好能克服熱沖壓的缺點.但冷沖壓以往是用在汽車覆蓋件等薄板料的制造過程中，材料厚度在8mm以下。隨著模具技術的進步，更好的模具材料、熱處理方法、先進的設計方法，以及成形分析手段的發展，利用冷沖壓沖制10mm以上的驅動橋后橋殼成為可能。目前，沖焊后橋殼的制造仍然以熱沖壓為主，冷沖壓只占少數。但綜合考慮制件質量、生產成本等因素，其實二者各有利弊，冷沖壓與熱沖壓各有各的優點，其中，冷沖壓成形件質量相對較差，但生產成本很低，生產效率也較高，因此適合大批量生產；而熱沖壓雖

然成形件質量相對較好，但其生產成本很高，生產周期也較長，不利于生產率的提高。基于以上考慮，目前各大后橋殼生產企業紛紛開始研究冷沖壓技術。

2某車型翼子板介紹

汽車沖壓覆蓋件主要有側圍、翼子板、前后蓋、門板等，這些零件尺寸較大，對品質要求較高，往往由主機廠自建車間生產。本文介紹的翼子板零件是汽車外表的覆蓋件，這些零件既要保證強度，又要保證外表美觀、內部功能完好，而且整體造型復雜搭配關系多，是白車身精度提升的關鍵零件。某車型翼子板(圖1)尺寸為908mm×658mm×229mm，屬于大型汽車覆蓋件，其主棱線為小圓角，約R1.5mm，需對棱線進行銳化處理。翼子板使用的材料為HC180LB，厚度為0.65mm，力學性能如表1所示。銳棱成形圓角較小，違背常規的沖壓原理，不利于板料的拉深成形。銳棱零件容易出現縮頸、拉裂、滑移線等不良缺陷，若要實現模具小R角成形板材，必須要從模具設計及制造等方面著手，這對模具制造而言是巨大的挑戰。翼子板最終工藝方案：拉延→全周側修邊沖孔→翻邊→翻邊整形沖壓。

圖1某車型翼子板

表1HC180LB力學性能

3汽車側圍外板沖壓工藝及模具設計

3.1擠壓鑄造鋁合金材料選擇

鋁合金通常分為鑄造鋁合金和鍛造鋁合金等,而鑄造鋁合金又分為鋁硅類、鋁銅類、鋁鎂類和鋁鋅類等,鍛造鋁合金又分為很多系列,如2系、6系、7系等。

這些合金有的雖然成分相近,但使用性能和工藝性能差別很大,有的可通過熱處理進一步強化,有的鑄造成型困難等等,如何正確選擇適合擠壓鑄造生產的鋁合金材料,既能滿足使用要求,同時又能滿足擠壓鑄造工藝要求,這也是獲得優質鑄件的前提與保障。

3.2修邊刀沖裁間隙的設置

沖裁間隙是高品質制件的基礎保障。沖裁間隙與材料的料厚及抗剪強度有關，料厚越大，抗剪強度越大的材料，沖裁間隙越大。修邊間隙對沖裁件的斷面質量、尺寸精度及模具壽命有著重要的影響，間隙過大或者過小，都會使沖裁件尺寸與沖模工作部分尺寸的偏差增加。間隙過大，導致圓角帶和斷裂帶增大，光亮帶減少，毛刺過大；間隙過小，容易損壞凸模，影響模具壽命。根據經驗，從抗剪強度在35kgf/mm2以下的軟鋼板到抗剪強度100kgf/mm2的高張力板。

3.3確定模具結構

依據上面的工藝分析結果，采用凸模不帶壓邊圈，凹模中間采取氣墊壓料機構的形式設計模具。模具工作過程：模具工作時，利用壓床氣墊將托料塊和托料桿頂起，放置坯料并定位合適，凸模裝在上模，凹模裝在下模。工作時，上模下行，凸模將料片與托料塊和托料桿壓緊；在壓床壓力下，凸模將托料裝置和坯料同時向下推，坯料被逐漸壓入凹模內，在凸、凹模共同作用下，產生塑性變形而制成所要求的制件。整個成形過程中，壓床氣墊壓力保持不變，隨著凸模下行，板料被加工成需要的形狀。

3.4毛坯尺寸估計

在UG軟件中，利用坯料工程中的毛坯尺寸估算功能，方便快捷地得到毛坯尺寸大小，然后檢查、修補該零件層中的網格。網格檢查要非常嚴格，必須讓單元重疊、法向、單元尺寸和內角檢查都通過，并且內部沒有孔洞，否則難以算出毛坯輪廓。得出的外形不利于板料的裁剪，因此對反求結果進行矩形包絡。

3.5研配要求

在銳棱模具制造過程中，模具型面研配是一道關鍵工序，銳棱模具制造研配過程應注意如下幾點：⑴特征棱線在機加工和激光淬火之后，用膠布纏上蓋好，保證不受損；⑵棱線兩側10mm型面保持輕微刀紋；⑶用硬油石相對于造型線斜45°推光，一般銳棱的地方不能推掉很多量，用油石交叉推三至四次，銳棱應該很光滑，否則檢討是否機加工到位；⑷型面研合時需要帶零件研合，根據零件強壓著色指示書，進行規范作業，凸凹模研配藍油接觸面必須均勻著色。

3.6模具冷卻系統的選擇與設計

在擠壓鑄造生產過程中,制件由高溫的金屬液擠入模具型腔,通過與模具的熱交換冷卻成形,模具要吸收高溫金屬液帶來的熱量,同時又通過空間與壓鑄機散熱。一般情況下,吸收的熱量要大于這種自然的散熱量。在擠壓鑄造循環生產中,模具型腔的溫度要發生很大的變化,鋁合金擠壓鑄造時,模具型腔溫度上下波動可達300℃左右。為了進行正常的擠壓鑄造生產,必須維持模具溫度基本恒定。冷卻系統的主要作用:使模具達到較好的熱平衡狀態和改善擠壓鑄造件順序凝固條件,提高鑄件的內部質量和表面質量,穩定鑄件的尺寸精度,提高生產的效率,降低模具冷熱交替應變力,提高模具使用壽命等。

結束語

汽車覆蓋件修邊沖孔模的設計比較復雜，若各工藝參數設置不合理，將會增大試模及修模的工作量，延長模具的設計周期，增加模具的設計成本。本文根據企業常用的設計經驗，從受力筋條的設計、沖裁力及修邊脫模力的計算、修邊刀沖裁間隙的設置、修邊廢料刀的設計、滑料槽的設計等幾個方面簡述了修邊沖孔模的設計要點。

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