汽車沖壓零件模具設計的重點是在成形類模具上，因為成形工序是保證零件焊接幾何形狀及尺寸的主要工序，因此，一個零件在工藝設計前的工藝分析是至關重要的。本文通過對具有一定代表性的汽車縱梁進行工藝及結構分析，確定零件的成形工藝，利用AutoForm及UG為輔助工具，通過優化傳統工藝達到提升縱梁類產品質量的目的。

汽車縱梁具有材料厚、強度高、形狀復雜、表面質量要求高、回彈大等特點，是一個典型的U形結構件。在整個成形過程中，成形和翻邊工藝非常重要，下面以我公司CX62車型為例，介紹汽車縱梁的成形工藝及模具設計。

工藝現狀

⑴零件材料。

該汽車縱梁的零件材料為HC340/590DP，是加磷、料厚為1.8mm的超低碳鋼。屈服強度340MPa，抗拉強度590MPa的雙相鋼，在低碳或者超低碳中通過添加一定含量的磷、錳固溶強化元素來提高強度，同時這種鋼又具有較好的成形、強度性能，能夠滿足成形及使用安全的需要。零件圖如圖1所示。

⑵零件相關技術要求。

1）成形后的材料最薄處不能小于料厚的80%，變薄率最大20%。

2）制件必須避免縮頸、開裂、毛刺、扭曲、反彈等缺陷。

⑶零件的沖壓工藝分析。

零件有兩種沖壓工藝方案，一是落料+成形，二是拉延+修邊。對任何一個零件進行工藝分析時，都要在滿足質量、效率、安全、穩定、方便的前提下，盡量的降低成本，因此，優先考慮的是落料+成形工藝。

圖1 零件圖

圖2 零件截面

零件兩端頭為開放式造型，具備成形工藝的前提條件。另外，該零件的多個截面均為U形截面，且零件的深度方向深度較深、高低落差較大（圖2），如果采用拉延工藝，將導致產品兩側產生反彈、反弧和扭曲。同時，如果采用拉延工藝，對拉延模具的材料硬度及粗糙度的要求也將更高，一般來說上模及壓邊圈的表面都需要做TD處理，增加了模具的制造和后期生產維護的成本。因此，在該零件具備了成形工藝的前提條件下，設計人員優選落料+成形工藝，并且著重分析其工藝的可行性。

在初步確定了成形工藝后，設計人員需要盡量考慮該工藝可能存在的一些問題和隱患，并在制定工藝思路時盡量避免。通過綜合考慮，如果采用傳統的成形工藝，由于成形型腔深且高低落差大，板料在經過凹模口進入凹模型腔時，會產生塑性彎曲，使產品產生反?。▓D3），反弧一旦形成后，將給我們后期的制件整改工作帶來很大的難度，必須避開這條思路。

圖3 傳統成形工藝示意

鑒于前面的分析，設計人員決定采用兩次成形+側整形的工藝方案，由于產品主型面縱向有一定的起伏（圖4），工藝第一步需要將一塊平整的落料片成形到與產品主型面基本吻合的狀態。由于該零件為高強度板料，結構相對平緩且無太多特別的形狀，反彈量較大，但整改工作的難度相對較小，借助CAE分析軟件的計算結果，很輕松就能夠將第一次成形工序的零件主型面做到符合后序的型面要求（圖5）。

圖4 產品主型面

圖5 第一次成形工序主型面

為了避免產品兩個側壁因為流過凹?？诙a生塑性變形最終產生反弧，設計人員將第二次成形工藝的造型做成了“W”形狀（圖6），這種成形方案的好處是成形過程接近于折彎，材料基本保持了板料原來的平直特性，兩側不會產生反弧，成形行程較淺，生產及模具的后期維護成本較低。

圖6 第二次成形工藝造型

基于上文分析，針對該零件的主要工藝思路已基本形成。設計人員根據該思路完成了工藝數模的設計工作，并借助AutoForm分析軟件，對該產品的成形性及工藝思路進行模擬分析和驗證，分析結果顯示成形性如圖7所示。

圖7 成形性分析結果

經過對CAE分析結果的檢查和評審，設計人員認為目前制定的工藝方案是成功的，可以按照此方案進行工藝和結構設計。設計過程中，結合CAE分析的反彈數據對加工數據進行了精確的反算，將產品的反彈量在加工數據上進行了適當的補償，給后期零件的調試整改工作減少了工作量。圖8所示為該零件除落料+沖孔以外的工藝排布。

模具制作完成后首次提取全工序樣件時，產品主面基本合格，兩側壁局部反彈量僅0.8mm，超公差0.3mm，相對于高強度板的縱梁類零件來說是非常理想的，工藝思路和CAE分析結果也是正確有效的。

總體來說，該零件的工藝設計是成功的，但在結構設計時技術人員還有一些考慮不周到的地方。由于零件在各工序的成形、折彎及側整形過程中，都是在將零件主型面壓緊的狀態下進行的，也就是說在成形過程中，零件的主型面上的材料也會產生多個方向的受力，如果主型面的壓料區域有較大的空腔，則會導致該空腔區域的型面會產生變形。該零件的OP30為側整形工序，在設計人員進行結構設計時為了壓縮模具的尺寸及噸位，將壓料芯的安全螺栓分布在零件的有效壓料區域，而這將會導致該區域會形成一個直徑約60mm的空腔（圖9），而零件在空腔區域對應的型面上有明顯的凹凸不平現象，后對結構進行了適當的調整，問題得以解決。

圖8 落料+沖孔以外的工藝排布

圖9 螺栓孔使壓料面形成空腔

結束語

基于該零件成功的工藝思路以及精細的回彈補償方案，該縱梁經過兩輪的整改工作，零件的檢測合格率達到98%，裝車驗證一次性通過。由此，我們認為并不是所有的復雜零件都必須采用拉伸工藝。在進行工藝制定時，應結合零件的特點，努力尋找既能滿足產品的精度及裝車匹配要求，也能縮短模具的開發周期的工藝思路，減少后期生產及模具維護的成本。

——本文摘自《鍛造與沖壓》2018年第20期