军车车架纵梁的柔性化冲压模具开发

2020-02-25 09:02:55 来源：锻压技术

导读： 针对军车车架纵梁结构具有相似性、对称性以及多种改型方案的特点，设计开发了一种柔性化冲压模具。该模具共用一套凸凹模本体；凸凹模的直线段长度和宽度均可调，通过更换、移动或者翻转镶块即可实现多种直线段的变形方案；曲线段采用可翻转的镶块形式，通过更换、翻转镶块即可适应不同曲线段结构；最后，通过试制对所设计的模具方案进行验证。结果表明：该模具不仅能够实现同一车型左右纵梁的共模，而且能够实现同一平台车型车架多种改型设计的共模，与传统模具结构方案相比，采用柔性化冲压模具方案，成本和工装数量均缩减50％以上，开发周期缩短50％以上。

文：王彬，穆传坤，阮楹妍，张亚岐，周海龙，毛安（东风汽车公司技术中心）

军车行驶工况恶劣复杂，这对车架等关键零部件的可靠性要求很高，而军车车架纵梁作为底盘冲压结构件，具有尺寸大、结构复杂、成形工艺困难的特点，其尺寸精度很难控制。就当前的技术开发路线而言，同一平台车架的改型方案众多，其结构相似度高，而传统“一模一件"的模具结构方案通用性较差，一款车型的车架方案需要投人多套工装，这显然对节约开发成本不利。而纵梁是车架中工艺最为复杂的零件，一般军用防护型越野车车架纵梁长度都在5 m以上，由于传统分段拼焊的方式无法控制整个纵梁的焊接变形，一般采用整体成形。对于纵梁腹面和翼面均存在伸缩变形时，当采用整体成形时其回弹和扭曲很难控制，有时模具需要经过多次反复调试才能达到样件的尺寸精度要求，这对生产效率提高不利。以上这些对产品开发的深度和广度均产生不利影响，因此，本文针对军用防护型越野车车架特点，开发了一款柔性化冲压模具，模具凸凹模本体共用，直线段和曲线段结构均为可翻转、移动的镶块结构，通过镶块的不同组合形式即可实现多种车架的改型方案，且根据回弹模拟预设回弹槽，减少后续冲压调试时间，样件的质量得到有效提升，模具的通用性大大增强，应用前景广泛。

1柔性化模具方案设计

1· 1车架纵梁结构介绍
某车型为防护型越野车，其车架纵梁材料为DL590钢，尺寸如表1所示。

车架纵梁结构如图1所示。同平台其他3种相似车型的车架纵梁结构如图2所示。

车架纵梁为底盘结构件，与车身悬置支架、分动箱悬置支架、转向机等关重件存在装配关系，为满足装配要求，对车架纵梁的尺寸公差要求如表2所示。

1. 2车架纵梁工艺性分析

模具设计前需要对零件的工艺性进行分析，本文采用AutoForm软件对纵梁外板的成形性和回弹进行了模拟〔4一8 ]结果如图3所示。纵梁外板整体成形性良好，在拐角处存在轻微起皱，两侧翼面存在回弹，最大回弹角度为3.7°。

如图1所示，左纵梁外片与左纵梁外片加强板及右纵梁内片的长度方向及结构一致，翼面开口尺寸相差10 mm,料厚差1 mm。

1. 3．1凸凹模底座结构设计

为保证凸凹模底座的通用性以及实现左右件共模，在底座上预留对称的定位、固定装置。为确保冲压时模具体受力均匀，将纵梁的横向对称轴线作为模具体上安装左右件镶块的对称轴线，如图4所示。凸凹模底座结构如图5、图6所示。

1. 3. 2凸模结构设计

本项目所开发的冲压平台，凸凹模结构基本相似，均是通过曲线段镶块和直线段镶块的多种组合来实现多种纵梁冲压共模方案

（1）凸模的曲线段结构。由于曲线段无法通过单一方向的平移和旋转来调整长度和宽度，为降低结构的复杂程度，将曲线段均设计成整体式镶块，镶块上下两面形状一致，能够通过旋转实现左右件共模，如图7所示。

（2）凸模的直线段结构。若直线段设计为整体式，其长度无法调节，通用性大大降低，为适应车架多种改型方案，将直线段设计成分体式镶块结构通过调整镶块即可改变模具的有效长度，对于料厚不同、但结构形式完全一致的纵梁（如纵梁的内外片）可通过更换不同尺寸的直线段镶块来实现成形。具体结构形式如图8所示。

（3）凸模回弹槽结构。由于车架纵梁材料强度高、板材厚，导致纵梁成形后回弹较大，样件的尺寸精度很难保证。参照图3b所示回弹分析结果，在凸模镶块上设计随形的回弹槽，如图9所示，通过回弹槽可有效控制零件的回弹。

1. 3．3凹模结构设计

为实现模具的宽度可调，在凹模型腔侧壁增设调整垫片，如图10所示，通过增减调整垫片的数量即可实现凹模宽度可调，该结构能够满足车架改型过程中纵梁宽度变化要求凹模其余结构与凸模类似。

1. 3，4平台结构的换装及通用性

平台凸模的换装结构。平台凸模镶块的安装方式如图11所示，图1 1中为左纵梁外片的凸模镶块安装方式。右纵梁外片凸模换装说明如下：

（1）镶块1绕x方向旋转180。；0镶块2沿Y方向平移 350 mm（以图1所示车架为例）；囹镶块3绕x方向旋转180。；@镶块4沿Y'方向平移350mm（以图1所示车架为例）。通过以上方式换装可以得到右纵梁外片模具凸模，左/右内片的模具换装与此相同。

（2）平台凸模的通用性。0图1 1中镶块1、镶块3、镶块4对4种长度的左/右纵梁外片模具通用；0镶块2，同一长度的纵梁左/右件模具通用，不同长度的纵梁无法共用；04种长度的左/右纵梁内片与之相同。

（3）平台凹模的换装结构。凸凹模结构的换装基本相似，图12为左纵梁外片的凹模镶块的安装方式，所有镶块绕x方向旋转180。，就可以得到右纵梁外片模具凹模，左/右内片的模具换装与此相同。

（4）平台凹模的通用性：

①图12中镶块1、镶块2、镶块3、镶块4对4种长度的左／右纵梁外片模具通；

②其余镶块，一长度的纵梁左／右件模具通用，不同长度的纵梁无法共用；

③4种左／右纵梁内片与之相同；

④顶出器为同一长度的纵梁左/右内外片通用，4种长度的纵梁对应4种顶出器。

1 · 4模具材料及适用范围

本次任务为小批量试制，故纵梁模具材料：上模座为HT300灰铸铁，下模座为QT600球墨铸铁，凸模、压料板为45钢，凹模为TIOA钢，加工后进行CFI - I热处理，热处理后硬度为56、60 HRCO该平台可通过调整或更换镶块加工总长小于5950 mm，总宽小于于650 mm 总高小于70 mm的纵梁。

2实物验证

根据上述模具设计结构进行模具加工，加工完成后具体模具结构如图13所示。通过AutoForm软件料片展开功能确定初始料片，采用激光切割下料，通过反复试模确定最终的料片轮廓线，下料时同时将样件上孔位切出，具体如图14所示采用3）t液压机进行冲压成形，纵梁曲线段因成形阻力较大需在相应模具部位涂油以减小摩擦，通过调试最后加工出的样件如图14所示。冲压完成后对样件进行检测，根据表2要求采用三坐标对样件进行检测，检测结果如表3所示。从表3中可知，本次试制样件合格率均达到90％以上，其中关键尺寸100％合格，满足试制要求。另外，本次试制的6种样件的最大偏差部位都在纵梁曲线段位置，其中右纵梁内片偏差最大，偏差值为3.2519 mm，后续可通过手工整形修正。通过实际生产及样件检测结果验证了本次采用的柔性化冲压模具在试制阶段的可行性。

单一针对本次车架左、右纵梁等零件，将采用柔性化冲压模具方案与传统试制工艺方案进行对比，具体结果如表 4所示。

由表4可知：通过采用柔性化冲压模具方案，较“一模三用"工艺方案可以缩短35％左右的试制加工周期，可节省约45％的试制费用；较传统工艺方案可以缩短55％左右的试制加工周期，可节省约70％的试制费用。另外，采用柔性化冲压模具方案加工，样件质量稳定，尺寸精度符合产品定义，满足试制技术要求，因此，该技术方案具有较好的工程应用和推广价值

3结论

本文所开发的柔性化冲压模具所具有的技术优势如下：

(1)将整个纵梁分解为多个直线段和曲线段的组合体，直线段和曲线段均采用镶块结构；

(2)通过翻转、平移相应的镶块结构，即可实现左右件共模；

(3)通过更换局部镶块可适应同种车架的多种改型方案；

(4)与传统 “一模一件” 的模具结构相比，该柔性化模具的成本、制作周期以及工装数量可缩减50％以上。