高強(qiáng)度管狀橫梁成形工藝的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明提供一種高強(qiáng)度管狀橫梁成形工藝，以實(shí)現(xiàn)汽車(chē)后橋高強(qiáng)度鋼管狀橫梁的冷沖壓成形。其中，在擴(kuò)口模具上，在管材的兩端對(duì)應(yīng)設(shè)置擴(kuò)口芯棒，在擴(kuò)口芯棒的根部形成齒輪狀的軸身，導(dǎo)向塊的內(nèi)腔和該齒輪狀匹配，以使擴(kuò)口芯棒和導(dǎo)向塊通過(guò)齒輪狀型面結(jié)合，設(shè)定兩端的擴(kuò)口芯棒的進(jìn)給量相同，在管材的擴(kuò)口進(jìn)程中，管材先沿著兩端擴(kuò)口芯棒的光滑圓錐面同時(shí)被擴(kuò)口，在擴(kuò)口的后期階段，若一端的擴(kuò)口芯棒的齒輪狀端面與此端的管材先接觸，則此端的齒輪狀端面就會(huì)推動(dòng)管材使管材另一端繼續(xù)擴(kuò)口直到與另一端的擴(kuò)口芯棒的齒輪狀端面接觸，從而使得管材兩端擴(kuò)口的進(jìn)給量相同，達(dá)到了管材兩端擴(kuò)口尺寸對(duì)稱(chēng)的要求，還包括成型步驟、沖缺口步驟以及沖端口步驟。
【專(zhuān)利說(shuō)明】高強(qiáng)度管狀橫梁成形工藝

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及管狀梁成形工藝。

【背景技術(shù)】
[0002]隨著汽車(chē)輕量化技術(shù)的發(fā)展和其在底盤(pán)扭轉(zhuǎn)梁形式的后橋方面的應(yīng)用，空心變截面構(gòu)件的高強(qiáng)度管狀零件替代傳統(tǒng)板材鈑金沖壓的橫梁趨勢(shì)日益顯著。
[0003]目前實(shí)現(xiàn)高強(qiáng)度管狀橫梁的工藝主要有兩種，一種是冷沖壓，一種是液壓成形。
[0004]從開(kāi)發(fā)的經(jīng)濟(jì)性對(duì)比可知:液壓成形進(jìn)口設(shè)備的單件成本要遠(yuǎn)大于液壓成形國(guó)產(chǎn)設(shè)備，而液壓成形國(guó)產(chǎn)設(shè)備的單件成本仍高于冷沖壓。因此，采用冷沖壓工藝具有明顯的經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種高強(qiáng)度管狀橫梁成形工藝，以實(shí)現(xiàn)汽車(chē)后橋高強(qiáng)度鋼管狀橫梁的冷沖壓成形。
[0006]為實(shí)現(xiàn)所述目的的高強(qiáng)度管狀橫梁成形工藝，其特點(diǎn)是，包括以下步驟:
[0007]斷料，從鋼管坯料中截取一段預(yù)定尺寸的管材；
[0008]擴(kuò)口，在擴(kuò)口模具上，在管材的兩端對(duì)應(yīng)設(shè)置擴(kuò)口芯棒，在擴(kuò)口芯棒的根部形成齒輪狀的軸身，導(dǎo)向塊的內(nèi)腔和該齒輪狀匹配，以使擴(kuò)口芯棒和導(dǎo)向塊通過(guò)齒輪狀型面結(jié)合，設(shè)定兩端的擴(kuò)口芯棒的進(jìn)給量相同，在管材的擴(kuò)口進(jìn)程中，管材先沿著兩端擴(kuò)口芯棒的光滑圓錐面同時(shí)被擴(kuò)口，在擴(kuò)口的后期階段，若一端的擴(kuò)口芯棒的齒輪狀端面與此端的管材先接觸，則此端的齒輪狀端面就會(huì)推動(dòng)管材使管材另一端繼續(xù)擴(kuò)口直到與另一端的擴(kuò)口芯棒的齒輪狀端面接觸，從而使得管材兩端擴(kuò)口的進(jìn)給量相同，達(dá)到了管材兩端擴(kuò)口尺寸對(duì)稱(chēng)的要求；
[0009]成型，通過(guò)成型模具的凹模與凸模先對(duì)擴(kuò)口后的管材進(jìn)行預(yù)壓成形，以在管材的中部軸向沖壓出V形槽，利用該V形槽對(duì)管材起到定位作用，使兩端芯棒分別進(jìn)入管材保證管材不會(huì)發(fā)生移動(dòng)，再利用所述凹模和凸模將管材進(jìn)一步?jīng)_壓，以使管材的兩端壓方成形；
[0010]沖缺口，利用一副新的沖壓模具在管材的兩端端口分別沖壓出定位小缺口 ；以及
[0011]沖端口，利用所述定位小缺口在沖端口模具上對(duì)管材定位,并沖掉各端的需要沖裁的端線(xiàn)。
[0012]所述的高強(qiáng)度管狀橫梁成形工藝，其進(jìn)一步的特點(diǎn)是，在所述擴(kuò)口步驟中，將擴(kuò)口芯棒從擴(kuò)口后的管材中退出時(shí)，將管材的初定位位置即與擴(kuò)口芯棒配合的導(dǎo)向塊向內(nèi)凸出的齒輪狀端面作為退料位置，將管材的兩端端口擋住，以退出擴(kuò)口芯棒。
[0013]所述的高強(qiáng)度管狀橫梁成形工藝，其進(jìn)一步的特點(diǎn)是，在所述成型步驟中，預(yù)壓成型時(shí)的V形槽的高度為成型步驟完成后V形槽高度的一半以上，但低于成型步驟完成后V形槽高度。
[0014]所述的高強(qiáng)度管狀橫梁成形工藝，其進(jìn)一步的特點(diǎn)是，在所述沖端口步驟中，在管材的兩端同時(shí)沖端線(xiàn)，并且兩端被同時(shí)沖缺的端線(xiàn)為以管材中心面為中心對(duì)稱(chēng)的一對(duì)端線(xiàn)。
[0015]所述的高強(qiáng)度管狀橫梁成形工藝，其進(jìn)一步的特點(diǎn)是，在所述沖端口步驟中，先沖掉管材的兩端離中心較近的一對(duì)端線(xiàn)。
[0016]本發(fā)明通過(guò)冷沖壓成形工藝來(lái)實(shí)現(xiàn)后橋高強(qiáng)鋼管狀橫梁的變截面和等效厚度變化設(shè)計(jì)要求，使得后橋高強(qiáng)度管狀橫梁能批量生產(chǎn)，提高企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力。

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0017]圖1高強(qiáng)度管狀橫梁成形工藝的流程圖。
[0018]圖2是管材隨工藝流程的零件形貌圖。
[0019]圖3是擴(kuò)口模具上配置的齒輪狀芯棒的立體圖。
[0020]圖4是擴(kuò)口模具上芯棒、導(dǎo)向塊、管材相配合的示意圖。
[0021]圖5是芯棒對(duì)管材擴(kuò)口如后的變化不意圖。
[0022]圖6是擴(kuò)口芯棒導(dǎo)向塊同時(shí)作為管材擴(kuò)口初定位裝置和退料位置示意圖。
[0023]圖7是擴(kuò)口后管材在擴(kuò)口模具的上下模中的狀態(tài)圖。
[0024]圖8是預(yù)壓成型后的管材的形貌示意圖。
[0025]圖9是沿圖8中A — A線(xiàn)的剖面圖。
[0026]圖10是管材壓方成形示意圖。
[0027]圖11是沖缺口后的零件及其小缺口在零件中的位置示意圖。
[0028]圖12是管材一端的四條端線(xiàn)的示意圖。
[0029]圖13是管材另一端的四條端線(xiàn)的示意圖。
[0030]圖14是管材第一條端線(xiàn)沖壓模具的示意圖。
[0031]圖15是管材第二條端線(xiàn)沖壓模具的示意圖。
[0032]圖16是管材第三條端線(xiàn)沖壓模具的示意圖。
[0033]圖17是管材第四條端線(xiàn)沖壓模具的示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0034]如圖1和圖2所示，對(duì)于后橋高強(qiáng)度管狀橫梁的冷沖壓工藝流程包括:以一定規(guī)格尺寸的鋼管為還料，依次完成工序:斷料、擴(kuò)口、成型、沖端口一、沖端口 _.0在斷料步驟中，截取一定規(guī)格尺寸的鋼管10，在擴(kuò)口程序中，將管材的兩端端口擴(kuò)大，獲得擴(kuò)口工序件11，在成形步驟中，將管材中間沖壓出V形凹槽并將兩端壓方，獲得成形工序件12，在沖端口步驟是分為兩步執(zhí)行的，在這之前，將管材兩端沖出定位缺口，再將管材兩端的端線(xiàn)沖掉，獲得沖缺口工序件13。
[0035]在如圖所示的實(shí)施例中，是以將管材沖壓成形為GP50國(guó)產(chǎn)管狀橫梁為例進(jìn)行說(shuō)明的，該橫梁的理論尺寸形貌是屬于兩端對(duì)稱(chēng)的。
[0036]在擴(kuò)口工序中，一方面，兩端在擴(kuò)口芯棒結(jié)構(gòu)上對(duì)管材實(shí)現(xiàn)了兩端擴(kuò)口的進(jìn)給量相同，以使得兩端的擴(kuò)口尺寸對(duì)稱(chēng)，另一方面，解決了不易實(shí)現(xiàn)的管狀端部定位問(wèn)題。此擴(kuò)口工序用到的擴(kuò)口模具為液壓機(jī)。首先，如圖3和圖4所示，擴(kuò)口芯棒21的根部210為齒輪狀，導(dǎo)向塊22的內(nèi)腔形貌則為其相匹配的結(jié)構(gòu)，這樣導(dǎo)向塊22對(duì)入到擴(kuò)口芯棒21上，二者型面配合，擴(kuò)口芯棒21沿著導(dǎo)向塊22在擴(kuò)口模具中移動(dòng)，導(dǎo)向塊22固定設(shè)置，導(dǎo)向塊22確保移動(dòng)路徑的準(zhǔn)確性。凸出于芯棒21的齒輪狀的縱截端面211則起到了推料的作用，在擴(kuò)口時(shí)，設(shè)定好兩端芯棒21的進(jìn)給量相同，則在管材的擴(kuò)口進(jìn)程中，管材通常會(huì)先沿著兩端芯棒的外光滑圓臺(tái)錐面220 (錐度很小，近似圓柱面)同時(shí)擴(kuò)口，因?yàn)樵跀U(kuò)口的過(guò)程中，兩端的擴(kuò)口芯棒21逐步進(jìn)入到管材內(nèi)部，直到如圖4所示擴(kuò)口芯棒21的齒輪狀小端面211與管材(擴(kuò)口工序件)11接觸，則擴(kuò)口工序結(jié)束。
[0037]在擴(kuò)口的最后階段，由于擴(kuò)口管材的芯棒部分都為光滑的圓臺(tái)柱面，而實(shí)際上管材兩端擴(kuò)口部分內(nèi)腔與擴(kuò)口芯棒外表面的摩擦力不可能完全相同，因此很有可能發(fā)生一端的齒輪狀端面211與此端的管材先接觸，而另一端的兩者還尚未接觸的現(xiàn)象，先接觸的一端表明此端的擴(kuò)口動(dòng)作已完成，但另一端的擴(kuò)口動(dòng)作尚未完成，而兩端擴(kuò)口芯棒21繼續(xù)向內(nèi)運(yùn)動(dòng)，則先接觸的一端的齒輪狀端面211就會(huì)對(duì)管材另一端的擴(kuò)口起到了推動(dòng)的作用，從而促使管材另一端擴(kuò)口的順利完成，直到兩端擴(kuò)口芯棒到達(dá)設(shè)定的位置。由此，對(duì)于管材來(lái)講，兩端擴(kuò)口的進(jìn)給量相同，達(dá)到了管材兩端擴(kuò)口尺寸對(duì)稱(chēng)的要求。
[0038]然后，把擴(kuò)口后的管材11從擴(kuò)口芯棒中退出，此時(shí)需要外部的擋料裝置擋住管材的兩端端口，然后芯棒21才能退出。芯棒21對(duì)管材擴(kuò)口前后的變化示意圖如圖5和圖6所示，通過(guò)計(jì)算分析可知，因擴(kuò)口部分的管材11的斜度很小，而管材一端的初定位位置與擴(kuò)口后管材此端的端面位置變化距離較小為D=5mm〈〈管材被擴(kuò)口部分的長(zhǎng)度,若把管材的初定位處即擴(kuò)口芯棒21、導(dǎo)向塊22內(nèi)凸出的齒輪狀端面也作為退料位置，則芯棒21在退出的過(guò)程中，管材在上下模型腔內(nèi)向一端移動(dòng)的最大距離為5mm，則此5mm反映在上下模的型腔對(duì)管材的影響如圖7所示，擴(kuò)口模具的上、下模223、224合模以后，則擴(kuò)口管材有可能向左移動(dòng)5mm。而因?yàn)閿U(kuò)口處管材的斜度較小，5mm〈〈管材被擴(kuò)口部分的長(zhǎng)度，因此,從理論上分析得知對(duì)管材擴(kuò)口部分的影響較小，從而對(duì)零件的影響也很小，之后再通過(guò)把管材的初定位位置也作為退料位置對(duì)管材進(jìn)行擴(kuò)口工序的驗(yàn)證表明，實(shí)際驗(yàn)證的結(jié)果符合以上的計(jì)算分析的結(jié)論，驗(yàn)證出來(lái)的零件也為合格。
[0039]在成型工序中，設(shè)備通過(guò)成形模具先對(duì)擴(kuò)口后的管材進(jìn)行預(yù)壓成形，此對(duì)管材的預(yù)壓成形與最終成型的模具為同一副模具，其方式主要是帶動(dòng)上模101向下運(yùn)動(dòng)的行程來(lái)實(shí)現(xiàn)，預(yù)壓后管材12’的V形高度約為終成型零件的2/3，其預(yù)壓成形后的管狀零件形貌示意圖如圖8、圖9所示；然后模具與管材12’的相對(duì)位置靜止，此時(shí)，預(yù)壓出來(lái)的V形槽起到了對(duì)管狀零件定位的作用，使得兩端芯棒103分別進(jìn)入管材時(shí)保證管材不會(huì)發(fā)生移動(dòng)；最后再壓方成形，其示意圖如圖10所示，兩端芯棒103進(jìn)入管材12’中后的狀態(tài)是放在凹模102上的，然后凸模(上模)101下壓兩端內(nèi)有芯棒103的零件至與凹模102閉合，此時(shí)零件兩端的方形則在凸模101、凹模102以及芯棒103的作用下以芯棒103的外形成形，從而完成了壓方成形的動(dòng)作。
[0040]考慮到后面工序?qū)α慵丝谶M(jìn)行切端時(shí)的零件定位，若在成形模具上開(kāi)此定位小缺口的裝置，其沖裁間隙在芯棒成形零件的過(guò)程中不易把握，且很容易發(fā)生崩刃現(xiàn)象。因此，另增加了一副新的沖零件定位小缺口的模具，以為后續(xù)的沖缺口工序作定位基準(zhǔn)。其沖缺口后的管材(在成形工序件12上加缺口)及其小缺口 120在零件中的位置如圖11所示。[0041 ] 之后再對(duì)零件進(jìn)打沖兩端缺口的兩工序，分別稱(chēng)為沖端口一和沖端口 _■，在此兩道工序中都以上道工步?jīng)_出的小缺口進(jìn)行定位，然后再?zèng)_缺。因?yàn)闄M梁每端需要沖的端線(xiàn)一共有四條，如圖12所示，因?yàn)榱慵啥顺叽缧蚊矊?duì)稱(chēng)，考慮到零件被沖端口時(shí)兩端受力均勻以及尺寸的穩(wěn)定性，本實(shí)施例的沖缺工藝是兩端同時(shí)沖缺，且沖缺的端線(xiàn)都為相對(duì)于零件中心面來(lái)講對(duì)稱(chēng)的一對(duì)端線(xiàn)，即為圖12和圖13所示的兩端口都標(biāo)為I的端線(xiàn)則為同一對(duì)，其它2、3、4與此相同，沖端口具體的工藝方案為:在沖端口模141的模具工裝上，先沖掉零件兩端離中心較近的一對(duì)圓弧，如圖14所示，先沖掉此對(duì)圓弧的原因是因?yàn)槿鐖D15所示，沖端口凸模142再?zèng)_掉圓弧2時(shí)，其上下運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中不會(huì)碰到圓弧1，從而有利于保證零件圓弧I的質(zhì)量；在沖端口模具143的模具工裝上，先沖橫梁的一對(duì)端線(xiàn)，如圖16所示，利用沖端口模具144最后再?zèng)_掉橫梁的最后一對(duì)端線(xiàn)，如圖17所示，由此也可以更清楚的看到在最后一工步的沖端線(xiàn)中，小缺口仍然可以為此工序的沖端線(xiàn)4做定位基準(zhǔn)，至此，零件的沖端口工序完畢，沖端口后零件端口的形貌如圖12所不。
[0042] 最后，在此橫梁與懸架臂焊接匹配時(shí)，根據(jù)匹配間隙的公差要求，對(duì)零件方口處的四個(gè)死角區(qū)域進(jìn)行打磨，以確保匹配間隙在要求的焊接公差范圍以?xún)?nèi)。
【權(quán)利要求】
1.高強(qiáng)度管狀橫梁成形工藝，其特征在于，包括以下步驟: 斷料，從鋼管坯料中截取一段預(yù)定尺寸的管材； 擴(kuò)口，在擴(kuò)口模具上，在管材的兩端對(duì)應(yīng)設(shè)置擴(kuò)口芯棒，在擴(kuò)口芯棒的根部形成齒輪狀的軸身，導(dǎo)向塊的內(nèi)腔和該齒輪狀匹配，以使擴(kuò)口芯棒和導(dǎo)向塊通過(guò)齒輪狀型面結(jié)合，設(shè)定兩端的擴(kuò)口芯棒的進(jìn)給量相同，在管材的擴(kuò)口進(jìn)程中，管材先沿著兩端擴(kuò)口芯棒的光滑圓錐面同時(shí)被擴(kuò)口，在擴(kuò)口的后期階段，若一端的擴(kuò)口芯棒的齒輪狀端面與此端的管材先接觸，則此端的齒輪狀端面就會(huì)推動(dòng)管材使管材另一端繼續(xù)擴(kuò)口直到與另一端的擴(kuò)口芯棒的齒輪狀端面接觸，從而使得管材兩端擴(kuò)口的進(jìn)給量相同，達(dá)到了管材兩端擴(kuò)口尺寸對(duì)稱(chēng)的要求； 成型，通過(guò)成型模具的凹模與凸模先對(duì)擴(kuò)口后的管材進(jìn)行預(yù)壓成形，以在管材的中部軸向沖壓出V形槽，利用該V形槽對(duì)管材起到定位作用，使兩端芯棒分別進(jìn)入管材保證管材不會(huì)發(fā)生移動(dòng)，再利用所述凹模和凸模將管材進(jìn)一步?jīng)_壓，以使管材的兩端壓方成形； 沖缺口，利用一副新的沖壓模具在管材的兩端端口分別沖壓出定位小缺口 ；以及 沖端口，利用所述定位小缺口在沖端口模具上對(duì)管材定位，并沖掉各端的需要沖裁的端線(xiàn)。
2.如權(quán)利要求1所述的高強(qiáng)度管狀橫梁成形工藝，其特征在于，在所述擴(kuò)口步驟中，將擴(kuò)口芯棒從擴(kuò)口后的管材中退出時(shí)，將管材的初定位位置即與擴(kuò)口芯棒配合的導(dǎo)向塊向內(nèi)凸出的齒輪狀端面作為退料位置，將管材的兩端端口擋住，以退出擴(kuò)口芯棒。
3.如權(quán)利要求1所述的高強(qiáng)度管狀橫梁成形工藝，其特征在于，在所述成型步驟中，預(yù)壓成型時(shí)的V形槽的高度為成型步驟完成后V形槽高度的一半以上，但低于成型步驟完成后V形槽高度。
4.如權(quán)利要求1所述的高強(qiáng)度管狀橫梁成形工藝，其特征在于，在所述沖端口步驟中，在管材的兩端同時(shí)沖端線(xiàn)，并且兩端被同時(shí)沖缺的端線(xiàn)為以管材中心面為中心對(duì)稱(chēng)的一對(duì)端線(xiàn)。
5.如權(quán)利要求4所述的高強(qiáng)度管狀橫梁成形工藝，其特征在于，在所述沖端口步驟中，先沖掉管材的兩端離中心較近的一對(duì)端線(xiàn)。
【文檔編號(hào)】B21D35/00GK104511523SQ201310455170
【公開(kāi)日】2015年4月15日 申請(qǐng)日期:2013年9月29日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月29日
【發(fā)明者】劉璟, 王韜, 王晨均, 吳衡清, 忻云茜, 徐斌 申請(qǐng)人:上海匯眾汽車(chē)制造有限公司