曹彪，覃策，喬曉勇，申丹鳳，孫祖團

（1.上汽通用五菱汽車股份有限公司 技術(shù)中心，廣西 柳州545007；2.湖南湖大艾盛汽車技術(shù)開發(fā)有限公司，湖南 長沙410000）

0 引 言

隨著汽車行業(yè)不斷發(fā)展，不同品牌汽車之間的競爭日趨白熱化，車型更新迭代越來越頻繁，單個車型的生命周期逐漸縮短。對于外覆蓋件沖模，隨著原材料價格和人工成本的上升，模具開發(fā)成本也越來越高，而模具材料費用是模具開發(fā)成本中的重要因素之一[1]。由于沖模具有唯一性，車型不斷更新?lián)Q代造成已經(jīng)停產(chǎn)或閑置的模具越來越多，這些模具大多結(jié)構(gòu)完好，但無法回收使用，造成浪費。

在覆蓋件生產(chǎn)中，拉深成形是一道關(guān)鍵的工序，拉深模決定拉深成敗和工件的成形質(zhì)量。拉深模有單動（倒裝）拉深模和雙動（正裝）拉深模2種形式[2]，現(xiàn)針對常用的單動拉深模進行研究。圖1所示為典型的單動拉深模結(jié)構(gòu)。凸模3和凸模座5安裝在機床工作臺6上，凹模2安裝在壓力機滑塊1上，壓邊圈4通過機床工作臺上的氣墊頂桿7頂?shù)街付ㄎ恢?。生產(chǎn)時板料放置在壓邊圈4上，凹模2隨滑塊向下運動，當凹模2與壓邊圈4接觸時，凹模2克服氣墊頂桿7的作用力后帶動壓邊圈4向下運動，當凹模2與凸模3接觸時，壓力機滑塊位于最低點，之后凹模2與壓邊圈4向上運動，完成拉深過程，板料最終成形為所需形狀的零件。

圖1 拉深模結(jié)構(gòu)

相比其他工序模具，拉深模結(jié)構(gòu)相對簡單。在整個沖壓過程中，參與成形的只有凹模、凸模和壓邊圈，凸模座作用是為凸模提供安裝位置及為壓邊圈和凹模提供導向，并且壓邊圈的大小和形狀主要由凸模決定。為了實現(xiàn)模具的回收利用，可以將凹模參照凸模設計成凹模和凹模座兩部分結(jié)構(gòu)，同時將上、下模座設計成標準模座，這樣可以滿足不同形狀零件的安裝需求。

1 標準模座結(jié)構(gòu)設計

標準模座包含上模座（凹模座）和下模座（凸模座）兩部分。由于上、下模座分別固定在壓力機的滑塊和工作臺上，標準模座設計既要滿足不同尺寸和形狀零件的生產(chǎn)要求，又要符合機床設備的安裝要求。根據(jù)尺寸不同，標準模座分為A、B1、B2、C1、C2和C3六種類型，如圖2所示。其中A、B1和B2標準模座只有一個內(nèi)腔，適用于1個壓邊圈的零件；C1、C2和C3標準模座包含2個內(nèi)腔，適用于含2個獨立壓邊圈的零件。

圖2 標準模座類型

1.1 模座導向

導向是保證模具精度和穩(wěn)定性的基本要求[3]。在標準模座中，上、下模座通過端頭導板導向，導板尺寸規(guī)格為200 mm×150 mm。壓邊圈與凸模的導向方式由原來的外導向（即壓邊圈與下模座導向）統(tǒng)一更改為內(nèi)導向（即壓邊圈與凸模導向），如圖3所示。采用內(nèi)導向不僅壓邊圈尺寸能夠根據(jù)凸模靈活調(diào)整，同時由于導向位置靠近分模線，壓邊圈在運動過程中導向更加穩(wěn)定，有利于零件成形。

圖3 壓邊圈與凸模導向方式

1.2 模座安裝

生產(chǎn)線壓力機為標準工作臺，尺寸為4 600 mm×2 400 mm。在滑塊上長度方向按照與中心線間距525、825、1 125、1 725 mm對稱布置8組自動夾緊器，從左往右編號分別為①～⑧，如圖4所示。模座上U形夾緊槽的位置與自動夾緊器相對應，并且上、下模座U形夾緊槽對齊。凸、凹模在模座中采用定位鍵和φ20 mm的銷釘進行定位，并采用M20 mm螺釘進行緊固。另外為滿足全頂桿頂出要求，下模座安裝面在氣墊頂桿位置開設φ110 mm的避讓孔，如圖5所示。

圖4 機床工作臺規(guī)格

圖5 下模座

1.3 模座尺寸與壁厚

為滿足不同零件尺寸的需求，標準模座在寬度方向上統(tǒng)一與機床工作臺齊平；在長度方向上，通過對比以往項目不同零件的尺寸，同時考慮機床工作臺尺寸和快速夾緊器的位置，6種標準模座具體尺寸如表1所示，其中凸、凹模和壓邊圈的尺寸要滿足內(nèi)腔尺寸要求。

表1 標準模座尺寸

標準模座截面結(jié)構(gòu)如圖6所示，各部位壁厚尺寸如表2所示[4]。

表2 標準模座各部位壁厚尺寸 mm

圖6 標準模座結(jié)構(gòu)

1.4 模座材質(zhì)

標準模座由于不直接與板料接觸參與成形，只是起到凸、凹模的安裝和導向作用，材質(zhì)選擇灰鐵HT300/GM238即可滿足要求。

1.5 模座適用范圍

標準模座可涵蓋大多數(shù)汽車外覆蓋件零件的模具開發(fā)，具體適用范圍如表3所示。

表3 標準模座適用范圍

1.6 模座回收利用

當某車型停產(chǎn)后，按照要求需要滿足一定年限的售后配件生產(chǎn)要求，這直接影響模座的回收。由于售后配件生產(chǎn)具有數(shù)量少、頻次低的特點，為此在模具設計階段，凹模和凸模上增加U形夾緊槽，凹模與壓邊圈之間增加自潤滑外導板，這樣解決了凸、凹模在壓力機上的安裝問題和凹模與壓邊圈的導向問題，可以實現(xiàn)凸、凹模在人工線上手動生產(chǎn)要求，如圖7所示。

圖7 凸、凹模安裝

2 標準模座的優(yōu)點

采用標準模座具有以下3個優(yōu)點。

（1）實現(xiàn)模座的回收利用，降低模具開發(fā)成本，同時不影響售后配件的生產(chǎn)。由于原材料價格不斷上漲，鑄件價格也越來越高，采用標準模座設計，對于已經(jīng)停產(chǎn)的車型或因故終止開發(fā)的車型，其拉深模上、下模座可以回收利用在新開發(fā)的項目中，既減少報廢又降低新項目的模具開發(fā)成本。另外對凸、凹模結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化，可實現(xiàn)在不影響售后配件供應的前提下回收模座。

（2）縮短模具結(jié)構(gòu)設計時間，增加模座鑄件時效時間，提高模座使用的穩(wěn)定性。目前模具開發(fā)周期逐漸被壓縮，鑄件剛制作完成后就開始加工，鑄件時效時間不足，內(nèi)部殘余應力沒有完全釋放會導致后期鑄件發(fā)生輕微變形，影響模具使用穩(wěn)定性。采用標準模座后，拉深模上、下模座不受零件形狀的影響，可以在模具招標定點后開始設計并鑄造，凸、凹模和壓邊圈則可以在圖紙設計階段根據(jù)最終的零件進行調(diào)整。這樣不但可以縮短設計周期，而且由于上、下模座提前鑄造，可以預留充足時間對鑄件進行時效處理，盡量減少殘余應力，減輕后期由于鑄件輕微變形導致的模具零件型面研合率變差甚至狀態(tài)變異的現(xiàn)象。

（3）上模采用分體式結(jié)構(gòu)，降低模具開發(fā)成本。采用標準模座，凹模采用凹模鑲件+模座的分體式設計，凹模鑲件材質(zhì)為球墨鑄鐵，模座材質(zhì)為灰鐵，相比傳統(tǒng)的凹模采用整體式球墨鑄鐵，能降低單副模具開發(fā)成本。

3 實際應用

3.1 應用實例

圖8所示為某車型左、右前門外板拉深模結(jié)構(gòu)，其采用B1標準模座設計，凸、凹模材質(zhì)為QT600-3A，模座材質(zhì)為HT300.

圖8 左、右前門外板拉深模

3.2 凹模強度分析

相比傳統(tǒng)一體式的結(jié)構(gòu)，上模采用分體式設計，在生產(chǎn)過程中凹模受力并傳導到上模座上。凹模受到2個作用力，一是與壓邊圈接觸時壓邊圈對其豎直向上的力F1（作用于周圈壓料面）為2 500 kN，另一個是模具成形到底時凸模對其沖擊力F2（作用于凹模型面）為11 500 kN，如圖9所示。利用NASTRAN軟件分析，如圖10所示，凹模受到的最大應力89.2 MPa，凹模座受到的最大應力103.2 MPa，凹模和上模座最大應力均小于材料屈服強度（QT600-3A屈服強度≥370 MPa；HT300屈服強度范圍為195～260 MPa），強度滿足要求。凹模最大變形量為0.775 mm，凹模座最大變形量為0.753 mm，變形量均小于1.0 mm，如圖11所示，經(jīng)過評估滿足使用要求。

圖9 凹模載荷分布

圖10 凹模應力變化分布

圖11 變形量分析

4 結(jié)束語

針對傳統(tǒng)覆蓋件拉深模模座無法回收利用的缺點，既研究了可用于多種覆蓋件拉深模的標準模座，分析了這些模座的結(jié)構(gòu)特點和適用范圍，列出了模座的優(yōu)缺點，同時對凸、凹模部分結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化，解決售后配件生產(chǎn)問題。該標準模座已經(jīng)成功應用于多個項目中，取得了滿意的效果。從長遠來看，采用標準模座能夠降低新項目模具開發(fā)費用，提高模具后期使用的穩(wěn)定性。