​成形切边冲孔复合模

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文/朱盛举，喻伟·襄阳东昇机械有限公司

本文根据盖板零件形状特点，对其冲压工艺方案进行分析，并对它的成形工序进行了CAE 分析。通过对比，选择最佳方案设计模具结构，以降低品质风险，降低模具成本及制造成本。

随着汽车工业的迅速发展，推动着我国模具行业迅速发展，模具数量和质量都有了大的飞跃。成形过程的数值模拟技术促进了板料冲压成形技术更加准确可靠。通过CAE 分析应用，提高了对成形过程、产品质量的预测和可控性，为实现高复合化冲压模具提供了技术支持。

零件介绍

图1 为某汽车盖板零件图。零件材质为DC01，材料厚度为0.6mm，外形尺寸197mm×212.9mm。预计年产量一万台。该零件主型面为一个大角度的v形，里面有3 处凸起加强筋，周边有法兰台阶，四个角上有小凸台，凸台上各有1 个孔。

图1 零件图

工艺方案分析

根据盖板零件结构特点分析，零件外形基本为方形，形状较规则，年产量不大，考虑单工序冲压方案。主型面较为平坦，里面加强筋高度仅为3mm，材料为普通强度的冷轧板，不需要考虑拉延而直接采用成形的工艺；内部孔所在面夹角为5°，孔边距5mm，计划四个孔同时采用正冲方式，可以满足孔的尺寸精度要求。综上所述，该零件可以采用以下多种冲压方案实现，具体分析如下。

方案一：OP10 落料，OP20 成形，OP30 冲孔

第一序冲出毛坯，第二序通过凸模和凹模直接将毛坯压成形，第三序利用零件型面定位冲出4 个孔。工序图如图2 所示。通过CAE 分析，落料后冲压成形的结果满足质量要求，分析结果如图3 所示。

图2 方案一工序图

图3 成形FLD 图

该方案的模具结构简单，但需要3副模具(每个工序各一副），完成一个零件需要3 个冲次，生产效率低。因为成形时没有压料过程，材料流动稳定性稍差，零件边线会有一定的波动，而且零件型面较为平缓，最后序冲孔时定位不稳定，导致孔相对于型面的位置精度不高。

方案二：OP10 落料冲孔，OP20 成形

第一序采用落料冲孔复合模，同时将毛坯外形和内部孔冲出来，第二序通过凸模和凹模直接将毛坯冲压成形。工序图如图4 所示。

图4 方案二工序图

方案二比方案一少一个工序，需要2 副模具，效率有所提高。同样因为成形时没有压料过程，零件边线会有一定的波动。内部孔在第一序中先冲出来后，孔和凸台距离较近，在第二序成形时孔的形状会因为材料流动导致变形，精度不高。只有对孔的使用精度要求不是很高的情况下可以考虑采用。

方案三：OP10 成形切边冲孔

考虑采用方板成形，同时切边和冲孔全部复合到一起，等成形结束后即开始切边和冲孔过程的冲压工艺，一个工序实现零件成形的所有加工过程。

如果这个工艺方案可以实现，零件的边线和孔的位置精度将能很好的保证，零件的一致性很稳定。一套模具就可以完成所有过程，将大幅度降低模具成本和生产成本。

方板直接成形的CAE 分析结果如图5 所示，结果与落料后成形基本一致，型面质量没有问题。

图5 方板成形FLD 图

通过以上方案的对比分析，三个方案的材料利用率基本一致，方案三工序最少，模具成本最低，零件质量保证最可靠稳定，只要模具结构能够实现，将是最优的冲压工艺方案。

模具结构设计

为了实现方案三的冲压工艺过程，模具结构设计如图6 所示。

图6 模具结构图

该模具结构与普通的修边冲孔模基本一致。关键在于压料弹簧的选取，需通过CAE 分析模拟计算出成形所需的力，所有弹簧的初始压力之和要大于成形所需的力，要不然成形过程还没有结束，切边凹模和冲头就会切入零件，导致零件不合格。

另外，该模具的压料板有两个功能。一个是将零件从切边凹模内顶出来。另外一个是需要参与成形过程，相当于成形凸模。所以该压料板设计时，采用的材料是Cr12MoV，热处理要求58 ～62HRC，确保其使用寿命。

模具作业过程如下：

⑴开模状态下，板料通过定位块定位置于凸凹模上，如图7 所示；

图7 开模状态

⑵上模开始向下运动，压料板开始接触板料；在弹簧的压力作用下，压料板和凸凹模把板料冲压成形，至此成形过程完成，如图8 所示；

图8 成形完成

⑶上模继续向下运动，弹簧开始压缩，切边凹模和冲头进入凸凹模，将板料成形后的边缘废料和内部孔切除，完成切边过程，如图9 所示。

图9 切边完成

结束语

本盖板冲压模具结构与传统模具类似，关键在于通过计算机辅助冲压成形分析，确定采用直接成形的可行性，同时计算出零件成形需要的力，选择合适的弹性元件，使其初始压力大于零件成形所需的力。这样压料板在弹簧力的作用下，可以先将板料压制成形，而此时切边凹模和冲头保持不动。上模继续下行后，再切除零件的边缘废料和内部的孔。实现了在一套模具中分别完成零件成形和切边冲孔两个动作。

该模具结构简单，可有效保证零件的冲压质量，提高生产效率，降低模具和生产成本。特别适用于低强度、薄板金属以及型面较为平缓、内部有孔零件的冲压成形。希望可以在类似产品工艺和模具设计时提供技术参考。

朱盛举，主要从事汽车冲压工艺技术研发管理工作。

——文章选自《锻造与冲压》2022年第12期