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【知识】托架冲压工艺方案的分析及模具设计

其中，托架作为驾驶室中的重要组成部分，其制件的质量直接影响着驾驶室

左右纵梁总成的装配质量，在车辆制造中占据着一定的地位

因此，对托架的冲压工艺方案进行分析，并优化模具设计具有十分重要的意

义。

一、原有工艺方案存在的问题

该加长托架是F2000驾驶室中的一种零件，原方案成形工艺为：下料一切

边冲孔(切端头、冲4个大孔，底面3个小孔)，一切边冲孔压弯(切边，

压90°小边、冲长圆孔和2小孔)。

该制件在生产中一直存在以下质量问题：①压弯角度超差，图纸要求角度

为90°，实测为92°～93°，甚至能达到94°～95°;②OP20工序切边

压形后毛刺较多，必须打磨毛刺;③OP30工序压成U形后两边高度不一

致，相差最大超过2mm，造成两侧孔错位严重，U形开口尺寸为66mm，实

测为70mm，对后续驾驶室左右纵梁总成的装配质量造成了影响。

由于存在以上问题，对该制件冲压工艺进行了分析。

OP10工序分析：该工序主要为切边冲孔，基本无问题。

OP20工序分析：该工序主要包含切边、冲孔、压弯内容，即在1副模具中

要同时实现上述3个工序。机床滑块下行时，上模压料板压住坯料，滑块

继续下行，制件开始成形，同时开始切边、冲孔。

由于压弯时存在一定的侧向力，导致模具的压力中心与机床的压力中心不

重合，在压料力不足的情况下，制件发生了一定的滑动现象，进而导致在

模具下行切边冲孔时凸、凹模之间的间隙发生变化，产生了毛刺，影响了

凹模、凸凹模的寿命。

实际生产中，每生产1500件左右就需要维修一次，大约生产10000件左

右就需要更换一次。此外，由于该压弯模的凸模及凹模采用垂直结构，实

际生产中压弯角度约为93°。

OP30工序分析：在压U形时，一般要求托料块与凹模之间的间隙为滑配，

坯料是固定在托料块上的。如果托料块与凹模两边的间隙过大，则在冲压

过程中因模具中心与机床压力中心不重合导致侧向力生成，进而导致在冲

压过程中坯料随托料块向间隙小的一侧滑动，造成压U形后两边高度不一

致。此外，该工序模具采用弹簧托料，导致托料力不能调整，因此，制件

压形的开口尺寸只能通过更换弹簧调整。

通过以上分析，该制件的主要问题存在于OP20工序、OP30工序。OP20工

序产生的毛刺必须打磨，否则会降低生产效率;OP30工序因侧向力的存在

而造成制件两侧孔边距超差，且因托料力造成压形开口尺寸超差。

二、新工艺方案设计

根据以上分析，对OP20工序进行了相关试验：

①对该模具的压型部分结构进行了改进，将原设计的弹簧更换为重载

弹簧，并增加了弹簧的数量，以此来增加压料力，同时，在模具凹模上增

加了压弯回弹的补偿量。通过试压，最终显示制件毛刺高度有所降低，但

仍然存在，压弯角度超差问题没有得到解决，因此，认定压弯角度不足及

毛刺的存在主要是因工艺不合理导致的。

②将OP20工序拆分。将原切边冲孔压弯工序拆分为两个工序切边冲孔

+压弯(采用通用压弯)，拆除压弯凹模镶块，调整好切边冲孔凸模、凸凹

模间隙，生产了约2000件，毛刺基本消除，通用压弯模具压弯角度为90

°，尺寸基本符合公差要求。

根据以上分析，对该制件冲压工艺进行了改进，取消可OP10工序切边冲

孔，改为全封闭落料冲孔，OP20工序采用压弯模压90°角，OP30工序压

U形弯，具体如下。

OP10工序采用落料冲全部孔，原工艺未采用落料冲全部孔的主要原因是考

虑到冲裁力可能超过机床吨位。因此，对改进后的冲裁力进行了计算。其

中，落料周长为1030mm，冲孔周长为907mm，总周长为1937mm，取τ

=0.8，则δb=328MPa，F冲=2477kN(小于3150kN)。可采用JD31-315机

床，

OP20工序采用通用压弯模压弯，结构如图3所示，可保证压弯角度为90

°。

对OP30工序模具进行了以下改进：

①压形凸模与凹模间隙按单面间隙Z取一个料厚，同时，在凸模上制

作出1.5°补偿角，以托料块上定位销定位，凸模上增加2处导正销导

正。

②重新配做托料块，凹模与托料块间隙按滑配控制，二者之间单面间隙小

于等于0.3mm，同时，应注意保证凹模与模座间固定可靠;将模具弹簧托料

机构改为采用机床气垫+顶杆方式托料，通过调整气垫压力来保证U形件

开口尺寸。