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摘要:从覆盖件的基本信息出发，以UG的三维模型为主、CATIA的2D工法及AutoForm的分析为辅，完成了一副汽车覆盖件模具的设计与实现。经过试模、调模，验证了该设计是正确、合理的。以覆盖件为对象的冲压模具设计技术展开研究，不仅有利于系统提高模具设计、开发的能力和水平，而且对我国高端汽车行业的发展具有重要的现实意义。
关键词:汽车覆盖件；模具设计；工艺分析；工法设计；结构设计
1引言
对汽车工业及模具产业而言，覆盖件的数量远远超过其它制件，汽车覆盖件模具的占有率也远远超过其它模具。汽车覆盖件是指构成汽车车身或驾驶室、覆盖发动机和底盘的薄金属板料制成的异形体表面和内部制件[1~3]。汽车覆盖件是一种典型的知识密集型制件，以覆盖件为代表的冲压件模具设计是影响汽车行业车型更新换代的关键技术之一，它不仅影响汽车更新的周期和研发的成本，也间接促进了新的冲压技术和模具设计技术的发展。
2工艺分析
以某公司汽车覆盖件的模具设计为例，制件如图1所示，此制件是对称件，材质为钣厚0.8mm的GMW3032M-ST-S-CR2-HD60G60G-U（通用公司材质），要求生产批量：大量。该制件用到了切边、起伏成形、翻边、冲孔、整形、落料等工艺。本副模具根据工序组合程度分类为级进模（也称连续模），冲压级进模是在沿条料的送料方向上，有超过两个的工序站，即在合模压力机一次行程中，在不同的工序站上依次完成两道或两道以上的冲压工序的模具。冲裁级进模相对于其他的冲压模具，如单冲模、复合模等具有生产效率高，精度高的特点。另外，构成级进模的制件数量多、结构复杂，凸模位置、凹模孔位等位置精度要求高[4~6]。
2.1制件工艺的分析
根据客户发来的技术文档，该制件的基本公差等级为IT13级。冲裁工艺性：制件材料为GMW3032M-ST-S-CR2-HD60G60G-U，是通用公司的一种较软冷轧钢，有很好的塑性，而且钣件是为0.8mm薄料，制件两个孔为正面冲孔，直径均为ϕ8.1mm，制件对孔的尺寸精度要求不高，冲压性能良好。成形工艺性：软质冷轧钢塑性良好，适合拉伸，图示制件成形形状较为简单，在成形过程中，制件的毛坯通过两块上下按照工法要求凹凸有致的的钢块（成形块）使金属凸缘两侧流动而形成，制件整形程度小，同时相对均匀，所以该制件的成形工艺性较好[4~6]。
2.2毛坯的确定
在对多工位级进模预设计，根据客户的data图来计算，通过分析软件绘制制件的制件图。此制件形状虽然简单，但需要进过多次成形。毛坯尺寸是通过工法组运用软件计算得出，毛坯图如图2所示。
3工法设计
在本副模具中，排样设计总的原则是先进行成形、冲孔、翻边、切边、弯曲，最后落料。同时需把模具的强度、刚度、结构的合理性考虑到位。
3.1工法排样设计
工法排样的原则除了要有最大材料利用率外，还要注意的是有当站冲压件，需要满足后工序的要求。该制件外形较为规则，轮廓简单，外轮廓精度要求不高，考虑到工序排样要求，工法采用单排方案。在分析软件确定成形工艺后，根据结果运用CATIA制作毛坯面的成形展开图，在排样图的开始端安排冲孔、切口、切废料等分离工位，再向另一端依次安排成形工位，最后安排制件和载体分离。根据该制件的要求以及上述工艺特点的分析，设计多工位连续工序排样方案，如图4所示。
3.2工法细节分析
①到④步可看成下料站。下料站主要是进行切边（一般为毛坯外轮廓），为后面的成形做准备。本套模具下料站中还加入了翻边，这道工序是让翻边在顶料条的U槽中增加送料的稳定性，从而增加精准度，同时在切边时为后工序考虑增加了两处切边。工序站力的计算，力的计算也是工法环节中重要的一节，它影响到合模压力机的选用，一般总力的大小不能超过合模压力机力的80%；同时还影响提供力源的标准件的选用，进而影响模具的结构。通过CAE分析能够模拟出制件成形的受力、形变、变薄率等等情况。软件分析可用来预测制件的生产状况，本副模具运用AutoForm分析，图5为成形过程图。汽车覆盖件模具工艺前期流程优化设计的第一步是做好反弹模拟计算，如图6所示。通过软件分析可知，工法分析满足客户要求，排样也是符合客户审查提出的要点。
4结构设计及试模
4.1结构设计
总体装配结构如图7所示，下模装配图如图8所示。图4工序排样图①冲孔和切边②切边③切边和翻边④切边和翻边⑤成形⑥切边和冲孔⑦上翻⑧切边⑨下翻⑩整形分离切断废料PITCH171⑩⑨⑧⑦⑥⑤④③②①设计的汽车覆盖件模具是12工位的多工位级进模，采用切口的形式，完成成形、冲孔、切边、翻边和落料；采用自动送料，大批量生产时加上条料自动送料装。步距171mm，模具长2,060mm，宽920mm。模具结构如图7和图8所示，采用滑动导套式模架；下料站以切边钢块为主，固定于集合式承盘，后续站的成形块、切边块、整型块也均固定于承盘，其原因为条料与模架距离较高，切边钢块、成形钢块以及整形钢块为SKD11钢，售价较贵，所以采用1050钢的承盘来减轻成本。送料由氮气缸顶起顶料条，送料机进行送料；顶料条和下料站承盘两侧安装导向块，对条料起导向作用。模具的送料高度为50mm，闭模高度为736.6mm。
4.2模具工作过程及试模
一副模具从虚拟的3D图变成能生产制件的实物，要经历机加工、组立、合模、试模和调模，而试模就检验模具是否合格的重要步骤。本模具是包含冲裁和成形的多工位级进模，模具工作过程：模具闭模时，条料送入后借助始用挡料装置进行首次定位，第①工位进行切边和冲孔，第②工位同为切边，第③、第④工位进行切边和翻边，前4道工序的切边都是为第⑤工位的成形做准备，所以前4道工序被看做下料站。第⑥工位切边和冲孔，第⑦工位进行上翻边，第⑧工位进行切边，第⑨工位进行下翻边，第⑩工位进行整形，第工位切割分离，第工位落料。模具开模时，上模向上运动，下模保持原位，压料板在氮气弹簧的作用下，平稳回程。同时，压料板将工件从上模钢块往下推出。压料板上升浮动至最大高度，导向限位将限制它下降；下模中，顶料条及其上机构在氮气弹簧的作用下上升，送料装置工作，将条料沿送料方向运动一个步距。开模闭模靠感应器反馈，开模闭模如此反复，条料以一次一个步距送料，这样条料就能从毛坯到成品，完成工作。模具在第一次试模时，发现反弹导致形面回弹超出公差，进行了调模后，使得模具生产符合要求。
5结束语
设计的覆盖件模具为多工位冲压级进模，适用于高强度连续工作、大批量生产，这对模具的结构要求很高，需要了解实际参数（客户提供的信息），严格按照工法设计，解决涉及客户、生产单位和生产人员的的相实际关问题。
作者:宋秦中 王顺 单位:苏州市职业大学机电工程学院 昆山凯越模具有限公司
