摘要：分析了汽車鉸鏈的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及沖壓工藝，介紹了多工序零件的模具設(shè)計(jì)。分析了汽車鉸鏈成形的主要模具結(jié)構(gòu)，并對成形、沖孔、彎曲、卷圓等重要工序進(jìn)行分析。利用有限元分析了零件的相對變薄率及彎曲回彈問題。通過計(jì)算機(jī)模擬和實(shí)踐表明：模具結(jié)構(gòu)緊湊、工作平穩(wěn)、操作簡便，對類似零件的模具設(shè)計(jì)有一定的借鑒和參考價(jià)值。

關(guān)鍵詞：復(fù)合模;汽車鉸鏈;回彈分析;變薄率分析

中圖分類號：TG386.42 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1674-957X（2021）07-0044-02

0 ?引言

汽車鉸鏈作為汽車的重要連接件[1]，市場需求量大。該零件為沖壓件，鉸鏈形狀較復(fù)雜，成形包括切邊、沖孔、卷圓等多道工序。考慮到零件總體尺寸較小、工序多，零件宜采用單工序模+復(fù)合模成形，并采用Dynaform有限元模擬分析鉸鏈的沖壓成形效果，探討沖壓過程中是否出現(xiàn)裂紋、回彈、起皺等缺陷。隨著CAD/CAE/CAM等輔助技術(shù)的廣泛應(yīng)用，極大縮短了模具設(shè)計(jì)、調(diào)試、試模周期。

1 ?零件的工藝分析

圖1所示為鉸鏈的零件圖及其三維造型。鉸鏈的材料為SPCC鋼，零件厚度為1.6mm。零件要求表面平整，毛刺高度不得大于0.08mm。由圖1可知，汽車鉸鏈的成形主要以拉伸、彎曲、沖孔為主，其中彎曲位置多，在設(shè)計(jì)模具時(shí)需考慮彎曲的次序，合理安排彎曲的幅度、彎曲力的大小，并采取適當(dāng)措施降低彎曲回彈所產(chǎn)生的不良影響，提高鉸鏈的成形質(zhì)量。另外零件上Φ5的鍵槽型側(cè)孔（圖1主視圖所示）位于斜面上，位置要求較高，加工比較困難。汽車鉸鏈成形主要工序有成形、沖孔、切邊、翻邊、預(yù)彎、卷圓等[2]。分析零件形狀特征，采用一模兩件的方案成形較合理，能有效增加材料的成形利用率、流向均勻、易于成形，同時(shí)提高沖壓設(shè)備的使用效率，節(jié)約了零件的制造成本[4]。根據(jù)鉸鏈的成形性、使用性及表面質(zhì)量要求，合理選擇修邊余量[5]，修邊余量一般應(yīng)該大于5mm。經(jīng)計(jì)算[5，7]，零件的坯料尺寸選170mm×80mm×1.6mm。

2 ?工藝方案的選擇

工藝方案的選擇、成形的先后順序?qū)α慵某尚尉燃澳＞咴O(shè)計(jì)的難易程度都有重要的影響[3]。分析圖1結(jié)構(gòu)可知，鉸鏈制造過程中所需的沖壓工序主要有彎曲成形、切邊沖孔、卷圓、切斷等。通過對鉸鏈三維結(jié)構(gòu)及工藝分析，該零件有3處彎曲、1處卷圓，此外還有沖孔、翻邊等。最終確定以下工藝方案：成形——沖孔與切邊復(fù)合——切斷——成形——卷圓。

宜采用單工序模+復(fù)合模生產(chǎn)，共需要5副模具。其中在沖壓加工中，第一道成形工序?yàn)殛P(guān)鍵工序，若成形質(zhì)量達(dá)不到要求，則直接影響后續(xù)工序的進(jìn)行，因此對第一道工序的成形結(jié)果應(yīng)進(jìn)行變薄率及回彈分析。

3 ?排樣及剪板

采用單板單件的形式，即直接用剪板機(jī)將板料剪成毛坯大小，即采用無廢料排樣方式。具體計(jì)算如下[6，7]：①選用1.6mm×1600mm×2000mm規(guī)格的板料;剪切條料尺寸為80mm×2000mm。②條數(shù)n1=1600/80=20個(gè)，余0mm;③工件面積：S=[13×14×2+19×13+61×21-3.14×25/4+27×63-（7.5×7.5-3.41×7.5×7.5/4）-2×3.14×25/4]×2≈7044.1mm2。④材料利用率：η=[（7044.1×220）/（1600×2000）]×100%=48.43%。

綜上，采用1.6mm×1600mm×2000mm規(guī)格的板料，材料利用率為48.43%。

4 ?主要模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

雖然制件成形時(shí)有一個(gè)9°的斜角，但計(jì)算時(shí)可近似看成彎曲的U形件。彎曲成形時(shí)，凸凹模間隙c的大小對汽車鉸鏈的成形質(zhì)量有直接影響。間隙過大時(shí)，導(dǎo)致彈復(fù)角增加;間隙過小時(shí)導(dǎo)致工件材料厚度的變薄。凸凹模合理的間隙值一般可按下式計(jì)算[6，7]：

式中：c—彎曲凸凹模單邊間隙;t—材料厚度;Δ—材料厚度正偏差;K—根據(jù)彎曲件高度Δh和彎曲線長度b而決定的系數(shù)。

綜上，由于汽車鉸鏈精度要求較高，凸凹模間隙值應(yīng)適當(dāng)減少，故取c=t=1.6mm。

如圖2所示為汽車鉸鏈成形模的模具結(jié)構(gòu)，該模具是下頂出件成形模。模具的工作過程是：送料時(shí)，通過導(dǎo)料板9來定位。將原始坯料置于凹模4上，壓力機(jī)通過滑塊帶動成形凸模8下行，使凸模8與凹模4、頂件塊11間的板料被壓緊，凸模8下行到下止點(diǎn)時(shí)，成形工序結(jié)束。當(dāng)壓力機(jī)滑塊上行時(shí)，下模采用頂桿10推動頂件塊11進(jìn)行卸料。

圖3所示是利用Dynaform有限元模擬分析汽車鉸鏈成形過程中的相對變薄率。圖3中顏色條的變化，表示板料厚薄的變化程度。顏色越藍(lán)，表示拉伸時(shí)變厚的程度越大;顏色越紅，則表示變薄越多。由圖3可見，最大變薄率出現(xiàn)在零件的底部圓形過渡區(qū)域，數(shù)值為13.59%，這是由于該部分拉伸程度較大，受成形力作用板坯變薄，易發(fā)生破裂。最小變薄率位于零件的邊緣部分，數(shù)值為-27.58%，該區(qū)域變厚程度較多，但在后續(xù)的工序中會被切掉，故影響不大。對于一般板料成形而言，變薄率在30%以內(nèi)都是合理的，故該成形方案是可行的。

由于汽車鉸鏈結(jié)構(gòu)上有多處彎曲，因此合理設(shè)計(jì)彎曲工序?qū)ΡＷC零件尺寸和精度至關(guān)重要。在進(jìn)行成形模結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，須注意以下幾點(diǎn)：①原始坯料既要定位可靠又要保證壓彎后便于取件;②在每次沖程結(jié)束后保持?jǐn)?shù)秒鐘，來減少彈復(fù);③彎曲模在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)考慮在其制造與維修中盡量減少回彈產(chǎn)生的不良影響。

圖4和圖5是采用Dynaform[8]自帶的Sing-Step Implicit（單步隱式）算法分析得到的回彈前后夾角及半徑。從圖中可以看出，回彈前后兩線夾角之差僅為0.131°，回彈前后半徑之差為0.43。比較分析可知，回彈前和回彈后的值比較接近，故回彈對成形工序在合理范圍之內(nèi)。材料各處的變形均勻一致，方便后續(xù)的切邊、沖孔、卷圓等工序的實(shí)施。

5 ?結(jié)束語

在汽車鉸鏈的模具設(shè)計(jì)中采用了單工序模+復(fù)合模組合結(jié)構(gòu)，解決了多工序零件的加工問題，并利用有限元對主要工序進(jìn)行變薄率分析和彎曲回彈分析，回彈前后半徑之差為0.43處于合理范圍。各模具間配合連續(xù)流暢銜接合理、結(jié)構(gòu)緊湊，成形的汽車鉸鏈達(dá)到使用要求，對類似零件的模具設(shè)計(jì)與調(diào)校具有一定的參考作用。

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