CN101259510A - 采用高强度钢板制造汽车后保险杠钢梁的冲压方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种采用高强度钢板制造汽车后保险杠钢梁的冲压方法，采用冷冲压成型方法，具体分落料冲孔、成型拉延、翻边翻孔和冲孔四步，在冲压工艺上为避免传统的拉延需要很大的压边力及较大的工艺补充面，将其设计成以成型为主拉延为辅的方式，将传统的单一的拉延和单一的成型有机的整合，使得保险杠主要靠成型得到大致形状，在成型过程中不需要工艺补充面，从而减少了常规的切边模，靠零件倒角处及侧面的局部的拉延来固化形状，减少回弹保证精度，从而最大限度的提高了零件材料的利用率，降低了成本，减少了模具的制造和调试周期。

Description

采用高强度钢板制造汽车后保险杠钢梁的冲压方法

【技术领域】

本发明属于冲压技术领域，具体说是涉及一种采用高强度钢板制造汽车后保险杠钢梁的冲压方法。

【背景技术】

汽车的后保险杠钢梁是安全零件之一，它在汽车发生碰撞时对车身后部的燃油系统的安全性提供有力的保障。由于强度高，其成型工艺及原始材料的选择都非常关键。在国外，主机厂普遍采用热成型材料及热成型工艺来制造后保险杠钢梁。热成型材料主要含有锰、硼等合金元素，从而增强其淬透性。热成型材料在加热前强度并不高，在加热升温后其强度降低，塑性增强，可以成型出复杂的零件形状及稳定的零件尺寸，在成型的同时，依靠模具的冷却系统淬火得到马氏体组织从而使强度增高。在国内，由于热成型技术不成熟，采用相同的热成型工艺，设备投入大，模具冷却系统技术还处于研究阶段，且热成型的材料同样依赖于进口，这样大大增加了零件的成本。

目前，国内汽车制造业使用冷成型材料和冷成型工艺的设计思路是一种趋势，冷冲压成型的机理与热成型完全不同，它并不靠组织相变来增加强度，因此冲压前板料的强度基本上确定了成型后零件的强度。对于汽车后防撞梁这样重要的安全零件，一般形状较为复杂，拉延深度大，材料较厚，材料强度高，若采用传统的冷冲压成型工艺，由于材料强度高，为减少回弹和保证零件型面精度，必须有较大的工艺补充面和较大的压边力，需要较大的下料尺寸，而且会多一套后续切边模具和切边工序，势必造成原材料成本和制造成本高、所需压机吨位高、调试周期长等缺点。

【发明内容】

本发明针对目前采用高强度材料制作汽车后保险杠钢梁在使用传统冷冲压工艺存在的不足，提出一种采用高强度钢板制造汽车后保险杠钢梁的冲压方法，以最大限度的提高了零件材料的利用率，降低成本。

为实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

一种采用高强度钢板制造汽车后保险杠钢梁的冲压方法，在冲压工艺上为避免传统的拉延需要很大的压边力及较大的工艺补充面，将其设计成以成型为主拉延为辅的方式，使得保险杠主要靠成型得到大致形状，在成型过程中不需要工艺补充面，从而减少了常规的切边模，靠零件倒角处及侧面的局部的拉延来固化形状，减少回弹保证精度。具体的步骤为：1.落料冲孔；2.成型拉延；3、翻边翻孔；4、冲孔。

所述步骤1中，首先按零件数据展开得到其大致下料尺寸，然后用线切割按展开数据1：1切割料片，将切割好的料片放入简易成型拉延模中冲压零件，检测零件型面尺寸及回弹量是否达到设计要求，修改零件下料形状，并研磨模具型面以减少回弹；重复此工作直到零件型面尺寸和回弹量合格，即得出精确的落料轮廓线，再开落料冲孔模根据得到的落料轮廓线落料，同时预冲出所需的主副定位孔、安装孔和工艺孔，获得落料毛坯件。根据模具的大小和所需的冲裁力，选用500T(含)以上冲压设备。

所述步骤2中，采用以成型为主拉延为辅的方式，使用在步骤(1)中最终确定下来的简易成型拉延模具的数据来指导开发正式成型拉延模具，冲压制造步骤(1)得到的落料毛坯件。在成型初期，靠模具的压边圈将成型分形线以外的边压住(该成型分形线是零件设计中确定的底面翻边和侧面的界限，在落料轮廓线的内侧一点)，当成型完成后即得到准确的翻边，由于通过对简易成型拉延模的反复摸索，可以得到准确的落料轮廓线，从而减少设计工艺补充面，最大程度的减小了下料尺寸，节约了成本)，然后使上模与压边圈同时向下运动，获得初步的后保险杠钢梁敞口形型面，并进一步使压边圈继续下行至下死点，使坯料弯曲最大处的倒角部分及侧面发生局部拉延，然后保压，即得到精确的后保险杠钢梁敞口形型面。

根据试制模调试经验，选用500T油压机为最佳。压力参数：上缸力：450T；下缸力：230T。

所述步骤3中，步骤1预冲出的主副定位孔及一些关键安装孔由于精度要求高，而在步骤2中因为弧度翘曲变形，所以需要再次冲孔或者翻孔整形。由于后保险杠钢梁零件较长，两端部翘曲高度大，这些主副定位孔及一些关键安装孔又分别不在同一基准平面上，所以冲头方向需要与翻孔翻边的法线方向平行，可在同一副模具上实现。模具需要的冲压力不大但模具的外形尺寸大，故选用宽台面的冲压设备，吨位在400T以上即可。

所述步骤4中，对步骤1中冲出的还未达到零件最终尺寸要求的孔进行最后的精确冲制。由于经过步骤2后其所在面呈较大弧度，为保证其最终的精度，冲压方向必须为孔的法线方向，模具需要的冲压力不大但模具的外形尺寸大，故选用宽台面的冲压设备，吨位在400T以上即可。

本发明主要适用于抗拉强度590Mpa以上的高强度零件(形状较单一)成型工艺。

通过计算机辅助成型性分析及实际的强度试验验证，采用这种钢材冲压后保险杠钢梁，能够满足汽车后碰的安全性能要求及保护车辆后部燃油系统。

本方法将传统的单一的拉延和单一的成型有机的整合，从而最大限度的提高了零件材料的利用率，降低了成本，具有使用的模具结构简单、下料尺寸小、成本低、减少模具的制造和调试周期等优点。

【附图说明】

图1为一种高强度钢板板材制造的汽车后保险杠钢梁零件简图；

图2为此后保险杠钢梁经落料冲孔工序后的示意图；

图3为此后保险杠钢梁经成形拉延工序后的示意图；

图4为此后保险杠钢梁经翻边翻孔工序后的示意图；

图5为此后保险杠钢梁经冲孔工序后的示意图；

图6、图7、图8为此后保险杠钢梁成形拉延模的工作状态示意图；

图9为此后保险杠钢梁成形拉延模结构示意图。

其中：1.落料轮廓线，2.工艺孔，3.副定位孔，4.工艺孔，5.拖钩套筒安装孔，6.主定位孔，7.工艺孔，8.成型分形线，9.上模，10.压边圈，11.下模，12.顶杆，13.拉延倒角，14.拉延侧面，15.墩死块，16.弹料销，17.含油导板.

【具体实施方式】

选择低合金高强度钢板，其抗拉强度大于590Mpa，如本实例中B410LA(C＝＜0.2％；Mn＝＜2％；P＝＜0.03％；S＝＜0.03％；Alt.0.02；Nb＝＜0.09％)。低合金高强度的钢是在低碳钢中添加少量的铌和/或钛合金元素，使其与碳，氮等元素形成碳化物，氮化物并在铁素体上析出从而提高钢的强度。

图1为需要用高强度板材制造的汽车后保险杠钢梁零件示意图，该零件属于安全性能零件，在车身上的作用很重要。如图所示，该后防撞梁钢梁为敞开式拉延钢板成型整体构件，总长度为1122毫米，梁体为横断面呈“U”形，开口宽度为65毫米，整个零件呈细长形状，在梁体的右侧设有拖钩套筒安装孔5和主定位孔6及工艺孔7，在梁体的左侧设有副定位孔3及工艺孔2和4，梁体的材质为厚度2毫米的低合金高强度钢冷轧钢板，钢的成分中含有C≤0.2％，Mn≤2％，P≤0.03％，S≤0.03％，Alt≥0.02，Nb≤0.09％，其抗拉强度大于590Mpa。

为了最大程度的解决了高强钢零件反弹和扭曲量的问题，先开发了简易模，通过模具补偿设计，反复调试简易模，摸索得到最佳补偿量，根据试制模摸索的数据再开正式模。根据试制模压出的样件的反弹程度(长度方向和敞口方向)，调整铣削数据，调试反弹的大致方向是零件的敞口方向和零件长度方向；反弹量：零件敞口方向为1.5-2.0mm，零件长度方向为4.5---5.5mm，零件的总体反弹不规则。确定模具的最终铣削数据，制作成型拉延模。

此汽车后保险杠钢梁的具体冲压过程如下：

步骤1：落料冲孔

首先按零件设计的三维数模得到的零件数据(其长约1122毫米、宽约65毫米、高约140毫米)，展开得到其大致下料尺寸，然后用线切割按展开数据1∶1切割料片，将切割好的料片放入成型模冲压零件，检测零件型面尺寸，修改零件下料形状；重复此工作直到零件型面尺寸合格，得出精确的落料轮廓线1后，再开落料冲孔模(冲孔凹模做成镶套----便与模具维修)，同时冲出工艺孔2、副定位孔3、工艺孔4、拖钩套筒安装孔5、主定位孔6和工艺孔7，获得落料毛坯件。根据模具的大小和所需的冲裁力，选用500T(含)以上油压机。所得到的零件状态见图2。

步骤2：成型拉延

采用以成型为主拉延为辅的方式，使用成型拉延模具(该模具的结构可参见中国专利200720124391.3)，模具的结构参见图9，其工作状态见图6至图8。

首先，用机床的顶杆12将成型拉延模具的压边圈10顶到行程处。再将经落料模冲孔的落料毛坯件(高强度材料)放到压边圈10上，靠模具的压边圈将落料毛坯件上的成型分形线8以外的边压住，在本实例中，该边的宽度为12毫米，如图6所示位置；

然后，使上模9向下运动，下行到一定位置，与压边圈10一起将落料毛坯件压死，压边圈10也同时向下运动，整个下行过程均由含油导板17来定位，如图7所示位置；

随着压边圈10继续下行，落料毛坯件通过成型工艺获得初步的敞口形型面；当压边圈10继续下行至下死点时，墩死块15接触并阻止压边圈10下行，拉延过程完成，如图8所示位置；弯曲最大处的倒角部分13及侧面14发生局部拉延，加上1秒左右的保压时间，由弹料销16脱料，得到精确的敞口形型面，这样减少了回弹并保证了零件的精度。根据试制模调试经验，选用500T油压机为最佳。压力参数：上缸力：450T；下缸力：230T，所得到的零件状态见图3。

步骤3：翻边翻孔

由于后保险杠钢梁零件长，两端部翘曲高度大，主副定位孔6和3以及拖钩套筒安装孔5分别不在同一基准平面上，所以冲头方向需要与翻孔翻边的法线方向平行，可在同一副模具上实现。模具需要的冲压力不大但模具的外形尺寸大，故选用宽台面的冲压设备，吨位在400T以上即可。所得到的零件状态见图4。

步骤4：冲孔

主定位孔6在步骤1中已经预冲，经过步骤2后其所在面呈较大弧度，为保证其最终的精度，需要再次对其进行精冲，冲压方向必须为孔的法线方向，模具需要的冲压力不大但模具的外形尺寸大，故选用宽台面的冲压设备，吨位在400T以上即可。所得到的零件状态见图5。

通过以上四个步骤，即可完成这个保险杠钢梁成型。

Claims (3)

1、采用高强度钢板制造汽车后保险杠钢梁的冲压方法，其特征在于所述的高强度钢板的抗拉强度大于590Mpa，采用冷冲压成型方法，步骤如下：

(1)落料冲孔：

首先按后保险杠钢梁数据展开得到其大致下料尺寸，然后按展开数据1∶1切割料片，将切割好的料片放入简易成型拉延模中冲压零件，检测零件型面尺寸及回弹量，修改零件下料形状，研磨模具型面以减少回弹；重复此工作直到零件型面尺寸合格，得出精确的落料轮廓线，从而确定最佳的下料尺寸，再制做落料冲孔模进行落料，并同时冲出零件所需的主副定位孔、安装孔和工艺孔，获得落料毛坯件，落料冲孔选用大于等于500T以上冲压设备；

(2)成型拉延：

采用以成型为主拉延为辅的方式，使用成型拉延模，在成型初期，靠模具的压边圈将步骤(1)获得的落料毛坯件上的成型分形线以外的边压住，然后使上模与压边圈同时向下运动，获得初步的后保险杠钢梁敞口形型面，并进一步使压边圈继续下行至下死点，使落料毛坯件弯曲最大处的倒角部分及侧面发生局部拉延，然后保压，即得到精确的后保险杠钢梁敞口形型面，模具选用500T以上的油压机；

所述成型分形线是零件设计中确定的底面翻边和侧面的界限；

(3)翻边翻孔：

用冲头对步骤(1)冲出的精度要求高的主副定位孔及关键安装孔进行翻边翻孔处理；

(4)冲孔：

对步骤(1)中冲出的还未达到零件最终尺寸要求的孔进行最后的精确冲制，以消除步骤(2)导致的弧度变形。

2、根据权利要求1所述的采用高强度钢板制造汽车后保险杠钢梁的冲压方法，其特征在于所述步骤(4)中，对所冲孔的冲压方向必须为孔的法线方向，并选用宽台面的冲压设备，吨位在400T以上。

3、根据权利要求1所述的采用高强度钢板制造汽车后保险杠钢梁的冲压方法，其特征在于所述步骤(3)中，翻孔翻边使用的冲头方向需要与翻孔翻边的法线方向平行，选用宽台面的冲压设备，吨位在400T以上。

Images