汽車轉向柱模具設計思考范文

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摘要：

對汽車轉向柱上安裝板進行工藝分析及排樣分析，確定了采用沖裁、成形、折彎、沖孔四個單工序模成形的工藝方案，很好地解決了料帶不能連料的問題。同時根據對產品材料的分析，在成形工序采用一次成形，不僅能夠滿足成形要求，而且提高了生產效率，降低了成本。

關鍵詞：

沖壓成形；轉向柱上安裝板；單工序模；排樣分析；一次成形

近年來，我國汽車制造業迅猛發展，帶動了汽車模具技術水平的快速進步，對汽車制造質量及成本也起到了重要影響[1]。汽車沖壓模具技術是現代汽車工業中十分重要的加工方法，沖壓模具制造出的車身零件自重輕、強度高、硬度大、成本低、生產過程便于實現批量化和自動化。汽車模具制造技術已經成為衡量汽車制造水平的重要標志。沖壓模具根據工序組合程度可以分為三大類：單工序模、復合模和級進模。其中單工序模是指只有一個工步，只完成一道工序的沖模。由于其制造簡單，便于維修，在所生產產品不易采用復合模和級進模的情況下，就選用單工序模具。

1產品介紹及工藝分析

如圖1所示為汽車轉向柱上安裝板，材料SAPH440，料厚2.3mm。該材料強度高，成形性能好，可用來制造成形性能要求較高的產品[4]。從圖1可以看出該產品結構復雜，在中間彎曲部分有兩個凹陷的橢圓孔。在兩邊部分，一邊是中間部分有一定的弧度，另一邊則在邊緣有一定凹陷。該產品的四邊邊緣都有折彎，其成形難度在于彎曲弧度的成形。由于該工件兩邊都有一定弧度，從而造成工步和工步間的料帶不易連接，不適宜采用級進模生產；另一方面，客戶對該產品精度要求不是特別高，但要求交貨時間短，相應地造成了研制周期短。經過對工藝和結構的分析，確定該產品采用多個單工序模加工生產。

2排樣設計分析

單工序模排樣相對于級進模的排樣要求相對較低，主要是保證材料利用率高，放料和取料方便，操作安全。排樣前，首先根據展開公式和料厚把產品展開，獲得產品展開后尺寸，進而選取合適的料帶。如圖2所示為產品展開圖。在保證材料利用率和產品要求的情況下，最終確定了材料寬度為370mm[5]。通過對汽車轉向柱上安裝板工藝分析和單工序模加工特點，將工件的加工分為四個工序，如圖3所示。其中，圖3a工序1為沖裁，主要是把料帶沖裁成產品展開圖的形狀，為下一工序做準備；圖3b工序2為成形，主要是中間部分弧度的成形和兩個橢圓形狀的起鼓。一邊上的中間起鼓也是在該道工序成形，該道工序較難實現，不能讓產品出現扭曲和裂紋；圖3c工序3為折彎，主要是產品四周的折彎成形，較難進行的是一邊上的下凹陷成形，容易把邊折斷；圖3d工序4為沖孔，主要是中間部分的橢圓沖孔和兩邊的沖孔。該產品結構復雜，最難成形的是工序2和工序3，它們都采用一次成形。為了防止料片移動，在工序2中設置了定位針和定位，在工序3設置了定位針，保證了沖壓精度[4]。

3模具工作過程

上述四個工序中，以成形、折彎和沖孔三個工序為主。因此，介紹模具的工作過程主要介紹成形、彎曲和沖孔三個工序。（1）成形。經過工序1加工的料片放入成形工序2的模具內，在定位針和定位的作用下，料片準確置于成形凹模（如圖4a），成形沖頭在上模座的帶動下沖壓料片，完成成形。由于有定位針和定位的作用，料片在沖壓成形過程中不會發生移動，確保沖壓精度。成形沖壓完成后，上模座帶動成形沖頭向上運動，取出料片，進入下一道工序。（2）折彎。在定位針的作用下，經過成形工序的料片準確置于彎曲凹模（如圖4b），上模座帶動折彎沖頭沖壓料片，卸料板將料片固定，折彎沖頭向下運動，完成折彎，上模座帶動折彎沖頭向上運動，取出料片，進入下一道工序。（3）沖孔。在定位的作用下，經過折彎工序的料片準確置于沖孔凹模（如圖4c）。由于定位準確，沖孔沖壓準確進行，沖孔完成即得到產品零件。

4模具結構及設計

4.1模具結構特點（1）模具結構簡單，制造周期短，有四個單工序模具組成，便于模具加工和維修。（2）卸料板安裝有導套與導柱配合上下運動，保證了卸料板的運動精度，使卸料板對沖頭具有準確導向作用，提高了沖壓精度。（3）工序2和工序3的凹模直接安裝在下模座上，便于制造和拆卸，易于維修。（4）工序2安裝有定位針和定位，工序3安裝有定位針，工序4安裝有定位塊和定位，保證了料片能夠準確定位，保證了沖壓精度。

4.2模具設計（1）由于該產品兩邊都有一定的弧度，并且還含有折彎，相鄰制件在料帶上不容易連接，造成料帶不能夠傳送，因此不能采用級進模，而幾個單工序模組合能夠滿足要求，模具設計時采用單工序模。（2）該產品沒有采用兩次及以上次數成形，是因為該產品材料成形性能好，采用一次成形就能滿足要求，沒有必要采用兩次或多道次成形。

4.3模具設計注意事項（1）單工序模具應從簡單易加工的角度去設計，堅持耐用、維修方便、易于運輸的原則，在凸凹模材料上要優先選擇耐磨、耐沖擊、強度高的材料。（2）單工序模具排樣設計相對于級進模來說較簡單，主要考慮易于送取料，定位準確方便，提高材料利用率，操作安全。（3）在模具設計制造中要考慮加工的經濟性和方便性，盡量選取標準件，縮短模具制造時間，提高效率，特別對于生產周期較短的模具尤為重要[3]。（4）在模具設計時要注意對料帶的定位，例如使用定位針、限位柱、限位塊等，保證沖壓時料帶位置的固定，保證了沖壓產品的精度。（5）模具設計還必須注意各部門協同作業，及時溝通，發現問題及早解決。

5總結

通過對汽車轉向柱上安裝板的成形工藝分析，采用多個單工序模，很好地解決了不能連料的問題；采用一次成形，不僅滿足了產品成形要求，而且提高了生產效率，降低了成本，對同類型產品的設計具有一定的參考價值。

【參考文獻】

[1]徐政坤.沖壓模具設計與制造[M].北京：化學工業出版社，2009.

[2]劉建超，張寶忠.沖壓模具設計與制造[M].北京：高等教育出版社，2010.

[3]邊超.試論我國汽車沖壓模具現狀及技術[J].科技風，2013，（9）.

[4]馮連杰，畢大森.汽車座椅連接件級進模具設計[J].鍛壓裝備與制造技術，2014，49（6）：90-91.

[5]康海軍，余金鳳，等.空氣控制閥防護裝置箱體沖壓工藝及模具設計[J].鍛壓裝備與制造技術，2014，49（4）：74-76。

作者：姜立忠 白廣江 呂永寶 王治國 單位：天津市津兆機電開發有限公司 天津市精密級進模具成型技術工程中心