汽车转向柱模具设计思考范文

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摘要：

对汽车转向柱上安装板进行工艺分析及排样分析，确定了采用冲裁、成形、折弯、冲孔四个单工序模成形的工艺方案，很好地解决了料带不能连料的问题。同时根据对产品材料的分析，在成形工序采用一次成形，不仅能够满足成形要求，而且提高了生产效率，降低了成本。

关键词：

冲压成形；转向柱上安装板；单工序模；排样分析；一次成形

近年来，我国汽车制造业迅猛发展，带动了汽车模具技术水平的快速进步，对汽车制造质量及成本也起到了重要影响[1]。汽车冲压模具技术是现代汽车工业中十分重要的加工方法，冲压模具制造出的车身零件自重轻、强度高、硬度大、成本低、生产过程便于实现批量化和自动化。汽车模具制造技术已经成为衡量汽车制造水平的重要标志。冲压模具根据工序组合程度可以分为三大类：单工序模、复合模和级进模。其中单工序模是指只有一个工步，只完成一道工序的冲模。由于其制造简单，便于维修，在所生产产品不易采用复合模和级进模的情况下，就选用单工序模具。

1产品介绍及工艺分析

如图1所示为汽车转向柱上安装板，材料SAPH440，料厚2.3mm。该材料强度高，成形性能好，可用来制造成形性能要求较高的产品[4]。从图1可以看出该产品结构复杂，在中间弯曲部分有两个凹陷的椭圆孔。在两边部分，一边是中间部分有一定的弧度，另一边则在边缘有一定凹陷。该产品的四边边缘都有折弯，其成形难度在于弯曲弧度的成形。由于该工件两边都有一定弧度，从而造成工步和工步间的料带不易连接，不适宜采用级进模生产；另一方面，客户对该产品精度要求不是特别高，但要求交货时间短，相应地造成了研制周期短。经过对工艺和结构的分析，确定该产品采用多个单工序模加工生产。

2排样设计分析

单工序模排样相对于级进模的排样要求相对较低，主要是保证材料利用率高，放料和取料方便，操作安全。排样前，首先根据展开公式和料厚把产品展开，获得产品展开后尺寸，进而选取合适的料带。如图2所示为产品展开图。在保证材料利用率和产品要求的情况下，最终确定了材料宽度为370mm[5]。通过对汽车转向柱上安装板工艺分析和单工序模加工特点，将工件的加工分为四个工序，如图3所示。其中，图3a工序1为冲裁，主要是把料带冲裁成产品展开图的形状，为下一工序做准备；图3b工序2为成形，主要是中间部分弧度的成形和两个椭圆形状的起鼓。一边上的中间起鼓也是在该道工序成形，该道工序较难实现，不能让产品出现扭曲和裂纹；图3c工序3为折弯，主要是产品四周的折弯成形，较难进行的是一边上的下凹陷成形，容易把边折断；图3d工序4为冲孔，主要是中间部分的椭圆冲孔和两边的冲孔。该产品结构复杂，最难成形的是工序2和工序3，它们都采用一次成形。为了防止料片移动，在工序2中设置了定位针和定位，在工序3设置了定位针，保证了冲压精度[4]。

3模具工作过程

上述四个工序中，以成形、折弯和冲孔三个工序为主。因此，介绍模具的工作过程主要介绍成形、弯曲和冲孔三个工序。（1）成形。经过工序1加工的料片放入成形工序2的模具内，在定位针和定位的作用下，料片准确置于成形凹模（如图4a），成形冲头在上模座的带动下冲压料片，完成成形。由于有定位针和定位的作用，料片在冲压成形过程中不会发生移动，确保冲压精度。成形冲压完成后，上模座带动成形冲头向上运动，取出料片，进入下一道工序。（2）折弯。在定位针的作用下，经过成形工序的料片准确置于弯曲凹模（如图4b），上模座带动折弯冲头冲压料片，卸料板将料片固定，折弯冲头向下运动，完成折弯，上模座带动折弯冲头向上运动，取出料片，进入下一道工序。（3）冲孔。在定位的作用下，经过折弯工序的料片准确置于冲孔凹模（如图4c）。由于定位准确，冲孔冲压准确进行，冲孔完成即得到产品零件。

4模具结构及设计

4.1模具结构特点（1）模具结构简单，制造周期短，有四个单工序模具组成，便于模具加工和维修。（2）卸料板安装有导套与导柱配合上下运动，保证了卸料板的运动精度，使卸料板对冲头具有准确导向作用，提高了冲压精度。（3）工序2和工序3的凹模直接安装在下模座上，便于制造和拆卸，易于维修。（4）工序2安装有定位针和定位，工序3安装有定位针，工序4安装有定位块和定位，保证了料片能够准确定位，保证了冲压精度。

4.2模具设计（1）由于该产品两边都有一定的弧度，并且还含有折弯，相邻制件在料带上不容易连接，造成料带不能够传送，因此不能采用级进模，而几个单工序模组合能够满足要求，模具设计时采用单工序模。（2）该产品没有采用两次及以上次数成形，是因为该产品材料成形性能好，采用一次成形就能满足要求，没有必要采用两次或多道次成形。

4.3模具设计注意事项（1）单工序模具应从简单易加工的角度去设计，坚持耐用、维修方便、易于运输的原则，在凸凹模材料上要优先选择耐磨、耐冲击、强度高的材料。（2）单工序模具排样设计相对于级进模来说较简单，主要考虑易于送取料，定位准确方便，提高材料利用率，操作安全。（3）在模具设计制造中要考虑加工的经济性和方便性，尽量选取标准件，缩短模具制造时间，提高效率，特别对于生产周期较短的模具尤为重要[3]。（4）在模具设计时要注意对料带的定位，例如使用定位针、限位柱、限位块等，保证冲压时料带位置的固定，保证了冲压产品的精度。（5）模具设计还必须注意各部门协同作业，及时沟通，发现问题及早解决。

5总结

通过对汽车转向柱上安装板的成形工艺分析，采用多个单工序模，很好地解决了不能连料的问题；采用一次成形，不仅满足了产品成形要求，而且提高了生产效率，降低了成本，对同类型产品的设计具有一定的参考价值。

【参考文献】

[1]徐政坤.冲压模具设计与制造[M].北京：化学工业出版社，2009.

[2]刘建超，张宝忠.冲压模具设计与制造[M].北京：高等教育出版社，2010.

[3]边超.试论我国汽车冲压模具现状及技术[J].科技风，2013，（9）.

[4]冯连杰，毕大森.汽车座椅连接件级进模具设计[J].锻压装备与制造技术，2014，49（6）：90-91.

[5]康海军，余金凤，等.空气控制阀防护装置箱体冲压工艺及模具设计[J].锻压装备与制造技术，2014，49（4）：74-76。

作者：姜立忠 白广江 吕永宝 王治国 单位：天津市津兆机电开发有限公司 天津市精密级进模具成型技术工程中心