卡车油箱支撑架的工艺改进及模具设计

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卡车油箱支撑架的工艺改进及模具设计
' ~- T# q" |& R0 b韩耀东
武汉中人瑞众汽车零部件产业有限公司（湖北武汉    430073)
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【摘要】阐述了卡车油箱支撑架的工艺设计中所涉及到的工艺分析，工艺方案改进,将通常 由拉伸方式生产的零件，采用普通压弯的方式完成，解决了工艺复杂、工序过长、材料利用 率低及模具成本高等问题，提高了生产效率，降低生产成本，对类似高0型制件的成形工 艺分析及模具设计具有一定的参考价值。

关键词：卡车油箱支撑架;起皱；开裂；工艺改进;压弯；模具设计

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1    引言
3 g; S6 }3 s# e) p    目前汽车行业主要是以燃油车为主体，虽然新能 源汽车已经如火如荼的蓬勃发展，但主要还处于试运 行或研发阶段。传统的燃油车，都离不开油箱，汽车 油箱的固定方式，目前有托架式、绑带式、支撑架式等 多种方式。其中卡车的油箱多为支撑架式的结构，由 于油箱体积大，负荷重，所需要的支撑架就要求强度 高、刚性好。这种支撑架多为悬臂梁结构，需制成比 较复杂形状，才能保证其强度和刚度,通常的结构为 高II型90°折弯件。这样就导致油箱支撑架总成加工 困难、所需工时多、成本高。目前市场上生产油箱支 撑架的厂家比较多,生产方式也多种多样，根据具体 形式，有的是通过焊接方式实现的，成本较高；有的是 冲压拉伸成形的，同样也存在成本高、制造工艺复杂的问题；通过工艺方案改进，用普通压弯的方法,生产 这种零件，有效地降低了生产成本、减少了生产工序、 简化了模具的结构和难度,达到了理想的效果。
# g' }( a- D- N) n- |2    制件介绍
# s/ h9 B: o' l, B; W, A) b图1所示零件是卡车油箱的支撑架，材料SAPH440,料厚2.3mm，属高II型90°折弯件。从这个零件的使用要求分析，上法兰面是与车架贴合的^11，卡车麵支擇架 下法兰面及II型90°折弯件的水平面,主要是利用其强度和刚性托住油箱，上下2处安装孔，是用于固定油箱箍带的连接孔。
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3    工艺分析
    卡车油箱支撑架，成形的最大难点就在图1中的A处,这个地方是一个90°的折弯区，而且其截面形状为高II型，在材料成形的过程中，容易产生颈缩、开 裂、起皱折叠等缺陷。如何处理好这个问题，对整个制件的成败起到至关重要作用。为了解决这个问题， 在工艺分析的过程中，初步考虑了 2种方案。
/ j& d$ c1 q; Q0 [. H, ^3 R6 F(1)   方案一:按拉伸工艺进行冲压，这是一种常规 的生产模式，制定的工艺方案是：
3 H0 b' Z, n4 X: w& L, ]OP10落料:毛坯尺寸根据制件的形状展开，加上 一定的修边余盘确定，为简化毛坯形状，考虑用长方 形的毛坯料较为方便；
" {: t1 O; t/ B: F" u0 |OP20预弯：将毛坯预弯为拉伸模压料面所需的 形状，这一序控制预弯线的位置很重要，决定了后续 冲压尺寸的稳定性；
6 s# N) d. E* r7 m" N& vOP30拉伸:这一序是制件成功与否的关键工序，目 前在很多实际生产中,由于制件折弯处的线长相差较大 如图2所示。普遍存在2种情况:要么制件在折弯处的II型底部起皱，要么在法兰面开裂;处理方式一般分为 2种:①解决A线附近隆起起皱的问题，一般会考虑在拉伸凹模里面增加一个压料器，防止制件隆起，从而解 决制件起皱的问题，由于压料力较大，采用这种方式生 产，在开模的时候，模具的压料器和压边圈会对制件产生上下相向的挤压力，导致制件在开模的时候产生变形，为此，需要设置延时氮气缸，确保制件不变形，具体 结构如图3所示;②如果A线处不起皱，由于材料厚度 及强度问题，B线处材料受拉应力影响,有可能会明显 变薄或者开裂，这种情况需要在制件的工序毛坯上想办法，事先预成形2个储料苞，克服材料在拉应力的作用 下因材料不足，而产生明显变薄或开裂的缺陷可能性。

OP40冲孔修边：冲压制件的底面孔（包括方孔）和修除拉伸的多余边料。
4 I1 l+ n- a% G- h& Z0 eOP50冲孔修边:冲压制件的底面孔(包括侧面的孔)和修除拉伸的多余边料(包括侧面缺口的侧修边)。
! H  I& k; D8 c; L: T/ lOP60整形:整形制件的所有型面，确保型面尺寸符合图纸要求，具体的工序图如图4所示。

    综合分析:这种工艺的生产方式，虽然是一种常 规的生产方式，而且使用较为普遍，生产的制件质量 符合产品要求，但是，其模具结构相对较复杂,工序数 较多，材料利用率偏低，整个制造成本偏高的问题确 实存在。

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(2)   方案二:根 据 方 案 一 的 分 析 情 况，对 工 艺 方 案 进 行 改 进 和 优 化，决 定 按 压 弯 工 艺 进 行 冲 压。冲 压 成 形 主 要 考 虑 材 料 的 成 形 的 流 动 性、成 形 的 充 分 性、在 成 形 过 程 中 材 料 余 量 是 否 充 分 合 理。制 定 的 初 步 工 艺 方 案 是：
    0P10 冲 孔 落 料:根 据 计 算 展 开 尺 寸，初 步 确 定 毛 坯 的 尺 寸 和 形 状，具 体 的 孔 位 及 修 边 线 需 根 据 试 模 的 实 际 情 况，最 终 确 定，具 体 如 图5a所示。

    OP20压弯:用 毛 坯 的 孔 及 外 形 定 位，将 毛 坯 压 弯 成 高 II 字 型，并 在 后 续 OP30 工 序 压 弯 90° 的 部 位 预 压 2 个 储 料 苞;成 形 苞 时，材 料 的 补 充 来 源 从 毛 坯 的 外 形 进 料，这 种 方 式，材 料 的 流 动 性 较 好，易 于 苞 的 成 形。 苞 线 的 线 长 按 图 2 中 的 8 线 长 度 考 虑，具 体 形 状 如 图 56所示。
2 Q5 w- Y" O1 g- ]. U# A! S, I6 {    OP30压弯:利 用 型 面 和 孔 定 位，将 制 件 压 弯 90°， 为 防 止 制 件 左 右 窜 动，模 具 的 上、下 模 都 需 要 有 顶 料 机 构 事 先 压 住 毛 坯，使其不左右 滑 移，同 时 凹 模 的 深 度 较 浅，制 件 在 模 内 运 行 距 离 较 短，确保制件尺寸的稳定性。由于上工序，制件有 储 料 苞，这 样 在 本 工 序 压 弯 的 时候，OP20的 毛 坯 线 长 能 满 足 图2中的A、B线 长的要求，压弯过程中，材料储备充分，制件不 会 开 裂、颈缩，也不 会 起 皱。具体 如  图 50 所示。
    OP40整形：将 OP30 的 工 序 件，进行  一 次 全 面 的 整 形，消 除 回 弹，纠 正 扭 曲，保 证 制 件 的 型 面完 全 合 格。具体如图5d所示。
(3)  方案二 的 具 体 模 具 结 构 如 图6所示。

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4    模具制造及产品验证
  p2 @# y% r1 d3 z    釆用这种生产方式，毛坯尺寸更节省、模具数量减少、模具制造难度和成本大大降低。为保证模具的使用寿命和制件表面的质量，对OP20/OP30模具工作部分进行了TD处理。通过模具制造到生产实际验证,这种生产方式可行，制件质量稳定，达到了预期的效果。
7 D# n, E; R) a3 b7 i1 J+ {6 m5    结束语
    通过以上两种冲压方案的对比分析，得知同一种 制件可以用不同的方式进行生产，同一个问题，可以 用不同的方案去解决，这是一个见仁见智的时代。现 实情况下,成本控制是大势所趋，如何用较低成本生 产出较好的制件,是每个工程技术人员深思的问题。 用成形的办法解决拉伸问题，用压弯的办法解决成形 问题,简化模具结构，缩减工艺流程，充分解决原材料 的利用率问题，永远是冲压技术重点研究的课题。经过一定批量的生产验证，该模具工作过程稳 定，工件尺寸准确，壁厚较均匀，外观质量好，模具目 前已经投人批量生产。本文通过对拉伸工艺进行改进，提出用压弯的工艺方案的办法解决制件成形问题，对类似制件的生产 或模具设计具有一定的指导作用。


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