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汽车前保险杠防撞梁在线冲孔模设计

防撞梁是为了保护汽车在碰撞中少受或者不受破坏而设置的,重点是保护乘员少受或者不受伤害;防撞梁重要的设计理念是一点受力全身受力,即起到分散力的作用;在线冲孔模是前防撞梁制造过程的关键工序,模具设计的合理性及便捷性直接影响零件的质量。

在线冲孔介绍

在线冲孔是前防撞梁自动生产线的关键工序,是辊压成形前完成的。前防撞梁一般为B形、C形、D形结构,并且在不同的位置,分布了很多功能孔及工艺孔,一般情况下,孔的数量均在10个以上。如果辊压成形后再加工孔,因前防撞梁结构的原因,会带来制造工序繁多、效率低下,孔位置准确度低、稳定性差,不利于批量生产等问题,为解决这些问题,采用在钢带上先冲孔然后辊压成形的工艺,即在线冲孔工艺,简化了加工过程,提高了生产效率及零件质量。下面以某汽车厂某车型B形前防撞梁为例,介绍在线冲孔模的设计过程。

模具设计工艺方案

零件分析→截面展开、步距的确定及孔位图→冲裁设备校核→设计方案确定→冲孔单元的分布→冲孔单元的结构→冲孔单元的固定→钢带的导向→结束。

零件分析

零件结构如图1、图2所示。
零件材料特性:零件材料为DP590,料厚1.5mm;

机械性能:屈服强度大于等于340MPa,抗拉强度大于等于590MPa,断后延伸率大于等于16%。

零件截面展开计算方法、步距的确定及孔位图

截面展开计算方法:此零件的弯曲角为90°,尺寸如图3所示,毛坯的计算公式为:

步距的确定决定了切断工艺孔的位置:步距B=零件长度+冲切长度。

根据以上公式计算带宽L=288mm,步距B=1168 mm,展开图如图4所示,一个步距内分布了19个孔,其中包括8个功能孔和11个工艺孔。

冲裁设备的校核

选择设备的吨位:F<设备吨位;F为总的冲压力。
计算总的冲压力,F=F+F+F
冲裁力计算公式:F=1.3Ltτ,L为冲裁件周长;t为材料厚度;τ为材料抗剪强度。
卸料力F=KF
推件力F=nKF
根据以上公式计算前防撞梁冲孔冲裁力、卸料力、推件力为:

线上冲压设备为160t,F<160t,因此冲压设备满足冲裁力要求。

设计方案的确定

(1)保证在线冲孔模孔位置调整方便,采用独立的冲孔单元结构;(2)根据孔的功能特点,确定冲孔单元的布局;(3)保证冲孔单元位置调整简单、便捷、准确,确定冲孔单元的结构;(4)确定冲孔单元有可靠简单的固定方式;(5)确定钢带的准确位置;(6)确定钢带的送料步距,设计方案如图5所示。

冲孔单元的布局

前保险杠防撞梁分布19个孔(图4),其中3个φ4.8mm的孔为安装孔,3个φ31mm的孔为拖钩套筒孔,φ7mm的孔为线束卡扣孔,7mm×12mm的孔为摄像头卡接孔,2个8.2mm×10mm的孔为切断工艺孔,其余9个φ8mm的孔均为喷漆漏液孔。根据孔的功能介绍,可以看出重要的需要精确调整的孔有10个。根据以上分析及空间的大小,进行冲孔单元的布局,一共分为8个冲孔单元(图6)。

冲孔单元的结构

冲孔单元的结构分为两种,一种为后导柱型(图7),一种为中导柱型(图8);均为闭合状态,便于进行整体调整。闭合模具采用的是卸料螺钉和弹簧来实现这一结构(标号304、305),模具上部分抬高15mm,钢带可以顺利的从此穿入。
以上两种结构是根据模具布置的空间及孔的位置来决定的,当空间小,孔位靠近一侧时采用后导柱型模具;当空间较大且孔位分布均匀或者对称时采用中间导柱型模具,使得模具冲孔更稳定,结构更合理。

201-上模座 202-上垫板 203-冲头固定板 204-下模座 205-压料板 206-下垫板 207-凹模固定板 301-卸料螺钉 302-导柱组件 303-卸料弹簧 304-卸料螺钉 305-闭模弹簧 306-冲头 307-凹模

冲孔单元的固定

整个在线冲孔模都是由小单元组成的,那么固定方式显得很重要;固定方式根据冲孔单元的结构分为两种,后导柱型采用螺钉与垫片加弹簧垫圈的方式固定,为了模具的位置可调节性,一般会在模具下模座上开比较大的孔,来扩大可调的范围,因此需要增加垫片来保证螺钉帽不会漏进孔里,加弹簧垫圈是为了防止模具在生产过程中遭到振动,螺栓会松动,导致模具松动,造成零件孔位不准确;中间导柱型采用压板的方式固定模具,压板固定方式更好,位置调节量大,可以说不超过下模板的尺寸范围内都可以移动(图9)。

201-上模座 202-弹簧柱 203-上垫板 204-冲头固定板 205-限位柱 206-下垫板 207-凹模固定板 208-压料板 210-下模座 301-卸料螺钉 302-卸料螺钉 303-冲头 304-卸料弹簧 305-闭模弹簧 306-凹模

钢带的导向

钢带的导向分为两种:一种是导板,另一种是导轮;这两种方式从结构上来讲,导板简单,容易实现;导轮结构复杂,但可调节,在此详细介绍一下导轮的结构。导轮分为两种,定导轮和动导轮,一定一动的目的是当钢带有些微小的变宽或者变窄时,导轮同样可以起到很好的导向作用,结构如图10所示。

结束语

以上介绍的在线冲孔模的结构与普通结构模具相比,孔位调整更方便、简单、快捷,并减少了调试过程中来回修模的繁杂的过程,也给工人操作带来了很大的方便。在线冲孔工艺,提高了生产效率及零件质量,为大批量生产节约了时间、人力,提高了设备利用率,因此在生产中被广泛的应用,同时也被广泛应用在其他相似的辊压件中,并扩展到不仅仅是冲孔、切边、切口同时适用。

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