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1、第4 卷第2 期2 0 0 9 年6 月贵阳学院学报(自然科学版)(季刊)J O U R N A LO FG U I Y A N GC O U 皿G EN a t u r a lS c i e n c e s(Q u a r t e r l y)V 0 1 4N o 2某重型车桥半壳体冷成形工艺及模具设计i 启善(贵阳特殊钢有限责任公司，贵州贵阳5 5 0 0 0 3)摘要：通过对车桥半壳体的分析，确定了最佳的冷弯曲成形工艺方案和模具设计，控制了在冷成形过程中的材料起皱、开裂和回弹等难题。关键词：车桥半壳体；冷弯曲成形工艺；模具设计中图分类号：T F l 2 4 3文献标识码：A文章编号：1
2、6 7 3 6 1 2 5(2 0 0 9)0 2 0 0 4 5 0 3C o o l i n gF o r m a t i o nC r a f ta n dM o u l dD e s i g no faC e r t a i nH e a v yC a r sH a l fS h e l lo ft h eC a rB r i d g eW A N GH o u x i(G u i y a n gS p e c i a lS t e e lC o L t d，G u i y a n gG u i z h o u5 5 0 0 0 3，C h i n a)A b s t r a c t：
3、T h r o u g h 锄A n a l y s i so ft h ec a r gh a l fs h e l l。t h ep r e s e n tr e s e a r c hd e t e r m i n e st h eo p t i m a lf o r m a t i o nd e s i g na n dm o u l dd e s i g no ft h ec o l db e n d i n gf o r m a t i o na n ds o l v e st h ep r o b l e mo fm a t e r i a lw r i n k l i n g，
4、c r a c k i n ga n ds p r i n g b a c ki nt h ec o l df o r m i n g K e yw o r d s：h a l fs h e l lo fe a r gb r i d g e；f o r m i n gc r a f to fc o l df o r m i n g；m o u l dd e s i g n1引言图1 所示车桥半壳体是某重型汽车车桥上的一个主要零件，材料为1 6 M n L，厚度为1 6 m m，抗弯、抗拉强度要求很高，两端不对称，长度比较长，成形高度差为1 7 0 r a m，所须冷压力在2 5 0 0 0 K
5、 N 以上，冷弯曲成形时很容易开裂、起皱和回弹，所以冷成形难度大。对于该零件，现在国内、外普遍采用热弯曲成形才能达到要求，工艺过程复杂且操作也不方便。其工序过程为：下料_+加热(约9 5 0)-+弯曲成形一整形_ 去除氧化皮_+车桥半壳体。该过程批量生产，需要专用加热炉；热弯曲模；整形模；喷砂设备；燃料装置及其辅助机械手；定位装置；传动装置等设备，并且操作性比较差，弯曲时随着温度的图1 车桥半壳体F i g 1T h eh a l fs h e l lo fc a r gb r i d g e降低，钢板的冷却收缩，很容易包在凸模上，这就给卸料带来很大的困难，这时需要特殊装置来卸料，收稿日期：2
6、 0 0 9 0 2 2 7作者简介：王后喜(1 9 7 4 一)男，贵州贵阳人，主要从事汽车配件和机械设备工作。一4 5 万方数据每弯曲和整形一件都要分别清理弯曲模和整形模中的氧化铁皮，出炉后时间控制紧，要求连贯作业。由于是高温作业，环境比较恶劣，给生产环境和环保都带来负面的影响，且建设周期长，投资比较大，难也适应市场的变化。通过对该零件的结构分析，结合塑性力学原理和计算，该零件完全可以冷弯成形，达到零件图纸要求，并且通过实践也得到充分的证明。其工艺过程为：下料一冷弯曲成形_+车桥半壳体。采用该过程，只用一套冷弯曲模，在压力机的压力作用下，一次就能冷弯曲成形，并且表面质量、机械性能都能达到最
7、佳的要求。由于工艺过程比较简单，操作方便且对环保几乎没有影响。对于不同型号车桥半壳体冷弯成形只需更换模具的工作部分，就能满足不同用户的需要。对于该零件，从塑性变形的特点分析，在冷弯曲成形过程是一个比较复杂的成形过程e 材料在冷成形时受到弯曲、挤压和拉延等合力的作用和相互影响，导致成形后的零件有变薄、不变和增厚不同区域。要保证成形后产品不起皱、开裂和回弹，冲压方向、冲压工艺和模具设计是关键。2确定冲压方向确定冲压方向：其目的在于尽可能的保证材料受力均匀和同时受力使凸模能顺利进入凹模。对于该零件材料比较厚，成形高度差也比较大，两端不对称，故考虑到沿钢板长度方向中线上受力，确定冲压方向为E F R(
8、如图1)面上，首先是在钢板的中心区域受力，随着压力逐渐增大，钢板变形，同时钢板的两端也逐步受力，这样保证了钢板都在平行平面内受力平衡，保证了材料受力后不沿宽度方向滑动。为了材料能顺利进入凹模，必须减小材料边缘的水平分力并使分力平衡，这样在材料与凹模腔板接触的边缘用光滑的相同R 过渡，其中R 值为钢板板厚的3 3 5 倍以上。图2 车桥半壳体放样F i g 2T h eh a l fs h e l le x a m p l eo fe a r gb r i d g e4 6-3确定冲压工艺确定冲压工艺的任务是在保证零件成形比较容易，工序少且操作简单的情况下生产出符合设计要求的零件。必须要做到：一
9、是保证冲压时材料不单边受力；二是冲压过程中材料不窜动；三是从成形开始到结束零件不开裂、不起皱。通过对该零件的分析，车桥半壳体的M、N 和G 三点区域(如图1)为变形的危险区域，即M 和G 区域是开裂；N 区域是起皱。所以一定要控制下料时这三处的放样尺寸，不要让多余的材料影响危险区域的塑性变形。在塑性变形允许的条件下，尽量减少成形工序。故成形该零件的工序过程为：下料_ 成形。为了保证上述要求，该零件下料成如图2 所示的形状，下料的长度方向为钢板的纤维方向，特别是在M 和G 区域(如图1)放样时绝不允许有尖角存在，并且用R 光滑过渡。在同一副冷成形模具里成形分为两个阶段，该两个阶段是在模具里连续完
10、成的。第一阶段从图2 所示平板成形至图3 所示形状，该阶段材料中心区域与凸模中心区域始终接触，当压力增大时，钢板与凸模和凹模腔板的接触面就增多，保证了零件不沿长度方向窜动；第二阶段是从图3 所示形状成形至图4 所示的横截面，在这个阶段钢板沿长度方向两边和中线始终分别与凹模腔板和凸模同时接触，通过凹模腔板内侧合理的R 过渡，使材料能顺利的进入凹模，控制凸模和凹模腔板之间的最大单边间隙在1 6 5 r a m 以内，特别是在N 区域单边间隙要控制在1 6 2 m m 以内，由于两边凹模腔板高度相等，所以受力平衡，这使得钢板不沿宽度方向窜动。当零件成形到位时，保压5 8 秒钟，让它有足够的时间塑性变
11、形，这样就确保了该阶段在成形过程中不开裂、不起皱。图3 第一阶段成形形状F i g 3T h ef o r m i n gs h a p ei nt h ef i r s ts t a g e图4 第二阶段成形形状F i g 4T h ef o r m i n gs h a p ei nt h es e c o n d ts t a g e万方数据4模具设计模具设计的任务是保证该零件能顺利成形，满足图纸要求，操作方便，模具结构简单。通过分析、比较和实践，该模具设计成如图5 所示，该模具的工作部分材料选用C r W M n 或C r l 2 M o V，工作硬度为H R C 5 6 6 2；墙板
12、选用4 5 号钢；其余选用Q 2 3 5 A 材料。件1 4，1 6，1 8 墙板在高度方向设计成图3 所示的形状，焊接在下模座上，保证墙板与下模座的垂直度小于0 1 0 m m，并通过焊接件1 3 加强筋加固。件1 5，1 7，2 0 凹模腔板在高度方向与墙板一致，凹模腔板用螺钉固定在墙板上，随着凹模腔板的磨损，可以通过调节凹模腔板和墙板之间间隙来满足凸模和凹模腔板之间的间隙。设计时必须保证凸模与凹模的圆弧度一致，为了减小车桥半壳体横截面的回弹，设计时凹模要比凹模腔板低(H+R+5 0)n l l T l o其中：H：车桥半壳体横截面的高度m m；R：凹模腔板的倒圆角1 1 1 1 1；为了
13、减小车桥半壳体沿长度的回弹，凸模R的尺寸根据下式计算：R 凸=1l-0+i 了其中：R 凸：凸模的圆角半径m m；凡：零件的圆角半径m i l l；6。：零件材料屈服强度M P a；E：零件材料弹性模数M P a；T：零件原材料的厚度m i l l；件1 0 凹模设计成活动式的，它起双重作用：一是对车桥半壳体琵琶底面整平；二是对车桥半壳体起卸料作用，不至于卸料时使零件变形。件8，1 1凹模用螺钉固定在下模座上。使用该模具时，模具上、下模的长端和短端要一致，模具间隙的调整是装模时用相同零件厚度的钢板放人模具等距离的三点，靠上、下模自动倒正来调整间隙，调节件1 2定位板，使钢板在下模的正确位置。图
14、5 模具结构图F i g 5T h em o u l ds t r u c t u r ed i g r a m结束语：通过上述冲压工艺方案和模具设计，1，9 上、下模座2，1 9 起吊螺钉3，5，7 凸模4 上垫板6，2 1 螺钉8，1 0，1 l 凹模1 2 定位板1 3 加强筋1 4，1 6，1 8 墙板1 5，1 7，2 0 凹模腔板生产出的零件符合产品设计要求，生产速度快，操作方便，模具制造周期短，投资少，见效快，解决了材料在成形过程中的开裂、起皱和回弹等问题，成形不同型号的车桥半壳体，只需更换模具的工作部分，就能满足不同用户的需要，很容易适应市场的变化，为车桥新产品的开发提供了有力
15、的保障。同时也符合国家环保要求。参考文献：1 王孝培冲压设计资料 M 北京：机械工业出版社，1 9 8 3 2 万胜狄金属塑性成形原理 M 北京：机械工业出版社，1 9 9 5 3 陈炎嗣多工位级进模设计与制造 M 北京：机械工业出版社，2 0 0 7-4 7-一万方数据某重型车桥半壳体冷成形工艺及模具设计某重型车桥半壳体冷成形工艺及模具设计作者：王后喜，WANG Hou-xi作者单位：贵阳特殊钢有限责任公司,贵州,贵阳,550003刊名：贵阳学院学报（自然科学版）英文刊名：JOURNAL OF GUIYANG COLLEGE(NATURAL SCIENCES)年，卷(期)：2009，4(2)被引用次数：0次 参考文献(3条)参考文献(3条)1.王孝培 冲压设计资料 19832.万胜狄 金属塑性成形原理 19953.陈炎嗣 多工位级进模设计与制造 2007 本文链接：http:/