文／吳日洪·上汽大通汽車有限公司南京分公司

S80 輕卡駕駛室地板前橫梁(圖1)采用1.8mm料厚的210P1材料生產(chǎn)，零件下端與地板匹配，零件造型起伏大，兩側多處存在不同方向的翻邊，沖孔角度在0°～90°不等，且分布在多個平面上，模具工序排布難度較大。

地板前橫梁作為連接駕駛室前圍板、地板及左右側圍的結構零件，零件前端與前圍板搭接，下端與地板面匹配，兩側與側圍搭接，搭接面的面差要求均在(-0.5，0.5)mm 之內，任何搭接面的精度偏差都會影響整車駕駛室總成的精度。零件截面近似“Z”形，結構強度弱，易回彈，零件尺寸精度合格率不足80%。

本文結合實際案例，對地板前橫梁沖壓工藝進行優(yōu)化，不僅降低了投資成本及生產(chǎn)成本，而且極大地提升了零件質量及精度合格率。

橫梁零件原加工工藝存在的問題

為了滿足零件質量和精度要求，S 系列輕卡車型的地板前橫梁工藝將工序內容分開，由此帶來的弊端就是模具工序數(shù)多，投資費用高，生產(chǎn)成本高。X 系列輕卡車型的地板前橫梁對模具工序進行精簡(工序內容見表1)，采用4 道工序完成沖壓。其中工序OP10 壓邊圈設計采用氣墊頂桿來提供壓力，模具生產(chǎn)備模時需要按位置圖布置頂桿，生產(chǎn)準備時間長，且由于使用頂桿形式的拉延工序，工作臺必須要有氣墊或液壓墊，模具生產(chǎn)可供選擇的機床受限。工序OP20 采用“直切”方式(圖2)，此種工藝方式中零件兩端切邊方向與沖裁面的角度為20°，切邊刀口周圍常有碎屑積落，且該區(qū)域模具刃口強度低，易崩刃。工序OP40 的翻邊是采用將產(chǎn)品旋轉一定角度后進行垂直翻邊的方式(圖3)，該工藝下零件翻邊易拉毛，且翻邊面易回彈。

表1 X 系列輕卡地板前橫梁沖壓工藝

新車型地板前橫梁模具開發(fā)方案

表2 生產(chǎn)線設備信息

表3 模具開發(fā)工藝方案

為提高換模效率，避開雙動和單工作臺的機床，根據(jù)車間現(xiàn)場設備的情況(表2)，并結合產(chǎn)品數(shù)據(jù)工藝分析，選用A2 ～A5 工序機床，確定該地板前橫梁通過四道工序完成沖壓，模具開發(fā)方案如表3 所示。

工藝改進亮點

氮氣缸形式拉延

工序OP10 采用氮氣缸作為壓邊圈的壓力源(圖4)，共計使用了16 個10t 級的氮氣缸，成形至行程極限時可提供的最大壓邊力約200t，老式的氣墊頂桿最大僅能提供160t 左右的壓邊力，采用氮氣缸式結構，壓邊力均勻且穩(wěn)定，產(chǎn)品拉延質量得到了極大改善。模具安裝時，可不受機床工作臺無氣墊（或液壓墊）的限制，在任意一臺安裝參數(shù)、設備噸位滿足要求的機床上生產(chǎn)。同時，生產(chǎn)準備時間也比原來縮短了10min。

異形廢料分序切邊

區(qū)別于原橫梁類模具的“直切”方式，本次地板前橫梁兩端的切邊工藝分別在OP20 和OP30 上完成，具體方案如下。

⑴在OP20 中，根據(jù)零件切邊線定制非標異形沖頭(圖5)進行預沖孔，沖孔角度為30°，由于角度過大且零件料厚為1.8mm，通過斜楔使得沖裁方向垂直于零件表面，工序圖如圖6 所示。

⑵在OP30 中，制作符型的刀塊(圖7)完成地板前橫梁兩端剩余的切邊工作。此工藝方法可以避免由“直切”方式?jīng)_裁所帶來的零件切邊質量差、易產(chǎn)生碎屑的問題，同時還能增加模具的結構強度，提高模具的使用壽命。

不同方向翻邊的“獨立式整形”

原橫梁類零件兩端的翻邊工藝受限于翻邊方向的不同和工序數(shù)量，不得不采用斜翻邊的方式。為解決斜翻邊造成的翻邊易拉毛和翻邊回彈問題，本次地板前橫梁工藝開發(fā)，創(chuàng)新地采用了“獨立式整形”的方式(圖8)，即通過兩塊互不干涉的翻邊整形刀塊，在同一工序中分別以不同方向的作用力來對零件進行翻邊整形，此方式的特點在于其可以提供垂直于零件翻邊線的作用力，可以保證翻邊面的質量和精度，還可以節(jié)省模具工序數(shù)，從而降低模具投資費用。

工藝改進效益

投資費用

根據(jù)以上模具工藝，共需開發(fā)4 副模具，總噸位為28t，與前期開發(fā)的地板前橫梁模具相比，節(jié)約了投資費用約30 萬元。

換模效率

原地板前橫梁模具工藝布局均是從A1機床開始，雙動機床的平均換模時間約為60min，后序A6 ～A8機床單工作臺的平均換模時間約為40min，橫梁模具的整體換模時間約為50min，換模效率低。本次地板前橫梁工藝開發(fā)，避開了A1、A6 ～A8 機床，同時使用氮氣缸作為壓力源取代頂桿，省去了頂桿按圖擺放的時間，將整體換模時間縮短至25min，降低了50%。

產(chǎn)品質量

⑴使用氮氣缸作為壓邊圈的壓力源，不僅能提供足夠的壓邊力，且壓力穩(wěn)定，使得產(chǎn)品拉延充分，也可提前預防后序的零件回彈問題。

⑵零件兩端切邊的新型工藝，既保證了零件在有限的工序內完成復雜的切邊內容，同時使得沖裁方向垂直于零件，避免了切邊毛刺的產(chǎn)生，解決了刀口處易產(chǎn)生碎屑的問題。模具刀口的強度得到提升，減少了崩刃的風險。

⑶翻邊整形方向垂直于零件平面，可減少翻邊拉毛，同時能夠較好地控制翻邊回彈，提升翻邊面的外觀質量和翻邊面精度，減少因搭接面回彈而對整車精度造成的影響。

結束語

優(yōu)化后的模具方案與傳統(tǒng)方案比較，具有的特點為：通過創(chuàng)新的工藝方法優(yōu)化了工序排布，減少了一副模具的開發(fā)，節(jié)約模具開發(fā)費約30 萬元；采用氮氣缸作為壓邊圈的壓力源，同時規(guī)避雙動機床和單工作臺機床，最大程度節(jié)約了換模時間，縮短換模時間50%；優(yōu)化后的模具已批量投入生產(chǎn)，產(chǎn)品質量和零件精度較原輕卡車型零件得到了極大改善。