文／胡德力，張相龍，韓曉東，趙飛，奧迪·一汽新能源汽車有限公司

模具是指工業(yè)生產(chǎn)上用以注塑、吹塑、擠出、壓鑄或鍛壓成形、冶煉、沖壓等方法得到所需產(chǎn)品的各種模子和工具。簡(jiǎn)而言之，模具是用來(lái)制作成形物品的工具，這種工具由各種零件構(gòu)成，不同的模具由不同的零件構(gòu)成。它主要通過(guò)所成形材料物理狀態(tài)的改變來(lái)實(shí)現(xiàn)物品外形的加工，素有“工業(yè)之母”的稱號(hào)。

在汽車制造產(chǎn)業(yè)中，冷沖壓模具使用最多，幾乎所有的沖壓件都是沖壓模具生產(chǎn)的。每個(gè)沖壓成品需要毛坯料經(jīng)過(guò)成形工序、修邊工序、翻邊工序、整形工序加工才能滿足工藝要求。各序模具在工作部件的順序動(dòng)作和工藝性輔助部件的作用下完成加工。

翻邊模介紹

翻邊模是將工件的部分材料進(jìn)行 90°(或者不同角度)折邊的沖壓工序。通過(guò)翻邊?？梢陨芍萍膲汉线吇蛘邽橄乱还ば?整形)做準(zhǔn)備工作。翻邊模的主要組成部分為翻邊凸模、壓料板和翻邊整形鑲塊。壓料板將板料壓緊在翻邊凸模上，翻邊整形鑲塊向下行駛，對(duì)板料進(jìn)行翻邊。

不同的參數(shù)對(duì)翻邊工序流程有影響作用。首先，一個(gè)重要的參數(shù)為翻邊凸模的圓角半徑，其對(duì)制件上生成的圓角大小起決定性作用。再者，鑲塊的圓角半徑和著力點(diǎn)也很重要。若圓角太小，會(huì)對(duì)板料有剪切作用將折邊切斷；若圓角太大，壓合邊則無(wú)法再向工作方向翻折，導(dǎo)致角度過(guò)大。最后，凸模和鑲塊之間的間隙大小也起到影響作用。

翻邊整形工藝流程

⑴翻邊是利用模具把板料上的孔緣或外緣翻成豎立邊緣的沖壓加工方法。利用翻邊可以加工具有特殊空間形狀和良好剛度的立體零件，翻邊的位置多用于沖壓件之間的相互連接，如圖1 所示。

圖1 翻邊整形工藝流程

⑵整形工序基本設(shè)置在沖壓工序的最后，主要是為了把沖壓件不平度、圓角半徑或某些形狀尺寸修整到合格的要求。

翻邊分類

翻邊一般分為伸長(zhǎng)類翻邊和收縮類翻邊。伸長(zhǎng)類翻邊是指翻邊后板料被拉長(zhǎng)。伸長(zhǎng)翻邊可能導(dǎo)致的缺陷為開(kāi)裂和回彈，解決方法主要有以下四點(diǎn)。⑴盡量多拉深成形，以減少翻邊前后的弧長(zhǎng)變化。⑵拉延時(shí)增加工藝凸包，儲(chǔ)存板料如圖2 所示。⑶改變翻邊鑲塊的先后觸料順序。⑷采用壓料式翻邊。收縮類翻邊是指翻邊后板料被壓縮。收縮翻邊可能導(dǎo)致的缺陷為起皺和回彈，解決方法主要有三點(diǎn)，⑴盡量多拉深成形以減少翻邊前后的弧長(zhǎng)變化。⑵改變翻邊鑲塊的先后觸料順序。⑶采用壓料式翻邊，如圖3 所示。

圖2 增加工藝凸包

圖3 壓料式翻邊

整形分類

制件法蘭邊主要功能是與其他制件壓合、搭接、焊接、鉚接，如果法蘭邊存在缺陷或者尺寸超差會(huì)影響與其他制件的配合，影響車身表面質(zhì)量，嚴(yán)重時(shí)影響車身強(qiáng)度。制件工藝凸包主要功能是焊接、鉚接與內(nèi)飾件連接，工藝凸包缺陷或尺寸超差會(huì)影響車身匹配間隙，產(chǎn)生車身異響等問(wèn)題。制件圓弧主要功能是與內(nèi)飾件匹配，外露面圓弧的美觀均勻性，圓弧缺陷會(huì)間接影響與之匹配的外邊面件的質(zhì)量。

整形過(guò)程中存在的主要問(wèn)題是因?yàn)榉呎纬尚伟欢ū壤膹椥宰冃危尚魏髸?huì)產(chǎn)生一定的回彈，需要做回彈補(bǔ)償處理?；貜椞幚淼慕嵌群筒馁|(zhì)、翻邊整形的形式(正翻或側(cè)翻)以及最終產(chǎn)品的角度都有關(guān)。通過(guò)全工序的模擬分析來(lái)計(jì)算回彈的角度并做回彈補(bǔ)償處理，如圖4 所示。

翻邊整形模具結(jié)構(gòu)

下模主要部件

下模是整套模具的基礎(chǔ)，后續(xù)的所有構(gòu)件都安裝在下模上，這些部件通過(guò)組裝完成各種模具動(dòng)作，下模主要功能部件如圖5 所示。

圖5 下模主要部件

⑴模具轉(zhuǎn)運(yùn)部件－起重棒(圖6)。起重棒數(shù)量交付時(shí)僅提供下模4 個(gè)，上下模必須通用。生產(chǎn)過(guò)程中起重棒應(yīng)放置在下模；為防止連接處松動(dòng)，需配上螺紋緊固劑旋緊后，加裝防轉(zhuǎn)銷釘，必要時(shí)僅可端頭螺紋處點(diǎn)焊防轉(zhuǎn)；注意起重棒的位置和高度適用于多層堆垛。起重棒必須在物流方向上對(duì)稱布置，起重棒位置與下模對(duì)齊，不能超寬，起重棒高度應(yīng)等高，需要在250mm ～300mm 之間。

圖6 起重棒標(biāo)準(zhǔn)

⑵導(dǎo)柱、導(dǎo)板是上下模相對(duì)運(yùn)動(dòng)部件，主要作用為在上下模之間進(jìn)行導(dǎo)向，其中導(dǎo)柱負(fù)責(zé)精導(dǎo)向，導(dǎo)板負(fù)責(zé)粗導(dǎo)向。裝配方法為，①導(dǎo)柱。液氮冷卻到-80℃安裝，然后導(dǎo)柱自己受熱膨脹。H6/r6 過(guò)盈配合需注意：安裝導(dǎo)柱的孔下面不能夠有鑄造筋，必須為通孔，方便導(dǎo)柱導(dǎo)套的取出。②導(dǎo)板。用內(nèi)六角圓柱螺栓進(jìn)行安裝，內(nèi)六角圓柱螺栓要配上螺栓緊固劑進(jìn)行緊固，防止松動(dòng)。

⑶模具行程限制器。行程限制器用于限制上下模具之間的距離，根據(jù)模具的大小布置4 ～8 個(gè)行程限制器。

⑷定位(圖7)可以保證制件在模具中相對(duì)位置的準(zhǔn)確性。定位嚴(yán)禁焊接拼接，定位的位置、數(shù)量及高度要能夠完全限制板料或者制件的自由度，保證板料在模具中位置穩(wěn)定，但是不得大于上模中的預(yù)留量，下模定位避免與上模躲避孔干涉。定位圓角處理及預(yù)留量的尺寸大小，定位及定位的安裝槽需全部倒圓角處理，避免板料放入或者成形時(shí)板料剮蹭產(chǎn)生料屑。模具調(diào)質(zhì)結(jié)束后鉆銷釘孔、打銷釘，固定位置。

圖7 定位

⑸存放限制器。存放限制器是外協(xié)件(外購(gòu)件)。這里需要特別注意的是，模具存放時(shí)避免被壓至下死點(diǎn)，避免鑲塊損壞。當(dāng)合模狀態(tài)時(shí)(上模氮?dú)飧着c下模接觸)，存放限制器能夠自由的翻轉(zhuǎn)。存放限制器的數(shù)量在4 ～8 個(gè)之間，高度由設(shè)計(jì)和模具結(jié)構(gòu)決定。

⑹氮?dú)飧?。通過(guò)氮?dú)飧讓?shí)現(xiàn)存放輔助的功能，使模具的上模在不同的裝備及壓機(jī)中(如多工位壓力機(jī))安裝時(shí)省時(shí)。其數(shù)量和位置由模具結(jié)構(gòu)及設(shè)計(jì)決定。法蘭盤(pán)固定在下模。氮?dú)飧椎某錃庾毂仨毎惭b在兩塊法蘭盤(pán)之間，以使充氣時(shí)緊固螺釘不需再次拆下。螺釘緊固時(shí)，需加上墊片及螺紋緊固劑。在使用重量小于等于 10t(100kN)的上模時(shí)，在每個(gè)模具上各使用30kN 支撐力的4 個(gè)氮?dú)飧?。如果上模重量超過(guò)10t 的，那么氮?dú)飧椎臄?shù)量或其支撐力必須相應(yīng)的提高。氮?dú)飧仔枰米陨韽椓⑸夏１３忠欢ǜ叨取?/p>

⑺到底標(biāo)記。拉延模/整形模的到底標(biāo)記可以用來(lái)確認(rèn)制件是否已經(jīng)完全成形。將到底標(biāo)記銷用螺釘把緊到預(yù)留的安裝孔中。最終標(biāo)記只能布置在成形凹區(qū)(最低點(diǎn))且在零件上可見(jiàn)。

⑻退料器。退料器分布于翻邊凸模四周，可將已翻邊的制件從翻邊凸模頂出。為了確保翻邊后的制件穩(wěn)定的頂出，退料塊必須與翻邊凸模的輪廓相匹配。退料器均勻分布，避免單側(cè)/單點(diǎn)工作，退料器與翻邊線等距，保證翻邊后所有退料器同時(shí)接觸制件。退料器的導(dǎo)向部分要足夠長(zhǎng)，限位塊的良好匹配間隙為0.05 ～0.1mm，避免退料器擺動(dòng)或轉(zhuǎn)動(dòng)，避免夾件，避免間隙過(guò)小與凸模干涉，損傷凸?；蛘叱霈F(xiàn)夾死現(xiàn)象。

⑼哈丁插頭。46 針的哈丁插頭使模具上的電子元件和壓機(jī)連接起來(lái)。它的作用是檢測(cè)制件是否在正確的位置上，并發(fā)出信號(hào)給壓機(jī)。哈丁插頭安裝在物流方向的左側(cè)(或者右側(cè))，并用四個(gè)螺釘緊固。

⑽零件傳感器和分配器。檢查制件是否放在正確的位置上，傳感器被布置在凸模對(duì)角的位置。通過(guò)分配器和哈丁插頭把信號(hào)傳給壓機(jī)，壓機(jī)從而檢測(cè)制件是否干涉，以決定是否繼續(xù)壓件。傳感器用一個(gè)支架和螺釘固定在凸模上，支架下面的螺母可以調(diào)節(jié)傳感器的高度。傳感器上表面比凸模型面低5mm，兩個(gè)螺母通過(guò)反向的旋入以固定傳感器(一共有兩個(gè)傳感器)，當(dāng)凸模的型面傾斜時(shí)，可通過(guò)彎曲傳感器支架的方法來(lái)使其與凸模的型面達(dá)到隨形(傳感器的上表面和凸模的型面相互平行)。

上模主要部件

⑴導(dǎo)套。導(dǎo)套是標(biāo)準(zhǔn)件，與其對(duì)應(yīng)的是導(dǎo)柱，其同樣是模具的導(dǎo)向件。導(dǎo)套使用H7/h6 的配合，標(biāo)明位置號(hào)并用壓塊壓住。導(dǎo)套的內(nèi)徑尺寸必須滿足導(dǎo)柱的要求。導(dǎo)套自帶潤(rùn)滑材料(黑色的石墨)，從而可作為導(dǎo)向潤(rùn)滑。在導(dǎo)套周圍抹上油，并把導(dǎo)套放入導(dǎo)套固定孔內(nèi)，用尼龍錘輕輕的敲擊使導(dǎo)套進(jìn)入孔內(nèi)。需要注意的是：導(dǎo)套安裝不能傾斜。導(dǎo)套沉入模具基體里(導(dǎo)套的法蘭緊貼模具)，用2 個(gè)壓塊壓著導(dǎo)套法蘭，螺釘配上止轉(zhuǎn)片和螺紋緊固劑擰緊壓塊。

⑵壓料板減振元件(圖8)。在上模和壓料板安裝完畢后，可將壓料板推進(jìn)上模中去。最后用橡膠彈簧和六角螺母將減振元件緊固，其可防止壓料板脫落。

圖8 壓料板緩沖部件

橡膠彈簧和墊片插到螺紋桿上，再將螺母旋緊。出于安全考慮必須先將模具翻轉(zhuǎn)后再用圓柱螺栓和緊固劑將減振桿安裝在上模底座中。安裝時(shí)必須確保減振桿不能卡在圓角上，如果減振桿沒(méi)有和通孔緊合的話，會(huì)發(fā)生偏斜的狀況。

⑶側(cè)銷(圖9)。側(cè)銷可以防止壓料板的脫落。只有在減振元件失效的情況下，側(cè)銷才發(fā)揮其功能。插銷插入在預(yù)留通孔內(nèi)，用墊片鎖緊(墊片規(guī)格為32mm/40mm/50mm 三種)。在模具上鑄上標(biāo)志字母(H,S)并在側(cè)銷上打上標(biāo)志鋼印字母以防混淆(由模具制造商實(shí)施)。H 代表工作銷；S 代表安全銷，兩者行程差10mm。

圖9 側(cè)銷

⑷壓料板打桿(圖10)將上氣墊的力轉(zhuǎn)移到壓料板上。上氣墊打桿盡量選用鑄造或者整體鍛造機(jī)加的形式。上氣墊打桿禁止采用法蘭與桿的主體燒焊或者螺紋旋合的結(jié)構(gòu)，必須是整體式的，打桿下方禁止安裝墊片。

圖10 壓料板打桿

⑸堆垛鍵(圖11)。模具中的堆垛鍵可在模具存放時(shí)，限定模具間的距離，保護(hù)模具。如果沒(méi)有安裝堆垛鍵的話，上方存放模具的全部重量全部作用在下面模具的托桿上。這樣減振元件的橡膠彈簧就會(huì)在壓力的作用下保持負(fù)荷狀態(tài)，彈簧的材料和螺桿會(huì)因?yàn)槠诙鴵p傷。堆垛鍵安裝在上模預(yù)留凹槽里(距離模具邊緣125mm，距模具中心685mm)用圓柱螺栓緊固。單個(gè)零件的模具上模使用8 個(gè)鍵，或者生產(chǎn)雙件的模具在每個(gè)件的上模使用4 個(gè)鍵。在下模底面上需要加工出寬度300mm 的平面用于配合堆垛鍵。

圖11 堆垛鍵

⑹成形鑲塊。成形鑲塊和凸模共同實(shí)現(xiàn)了翻邊整形模的主要功能，成形鑲塊通過(guò)凸模圓角的配合對(duì)板料進(jìn)行整形。CVD 鍍層需要較高的溫度(化學(xué)反應(yīng)950 ～1050℃)，達(dá)到合金鋼的回火溫度，涂層附著力好，但電鍍完后鑲塊硬度降低，需要重新真空熱處理以達(dá)到需要的硬度，電鍍后電鍍層較厚,影響間隙配合，表面略顯粗糙，表面粗糙度不好。PVD 鍍層需要的溫度(物理反應(yīng)200 ～500℃)相對(duì)較低，附著力略低，鑲塊變形小，電鍍層薄，對(duì)間隙的配合影響小，電鍍后表面粗糙度好，不需要單獨(dú)的拋光處理。

結(jié)束語(yǔ)

翻邊整形工序是保證沖壓件的配合尺寸和輪廓尺寸。掌握翻邊整形工序的工藝要求和各類缺陷的維修方法是提高沖壓件尺寸精度的有效途徑，在工藝結(jié)構(gòu)中改進(jìn)有助于提高維修效率。對(duì)翻邊整形模具結(jié)構(gòu)的了解和掌握，也將有助于模具前期設(shè)計(jì)時(shí)及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題和改進(jìn)問(wèn)題；在日常的生產(chǎn)維護(hù)方面，也將有助于我們?cè)诰€快速的解決問(wèn)題，減少不必要的設(shè)備及模具停臺(tái)，促進(jìn)生產(chǎn)效率的提高。