金属板材复合冲压的过程及模具

本发明涉及一种金属板料冲压过程及模具结构，更具体地说，涉及一种金属板料复合冷冲压过程及模具， 它包括板料下料、拉延、成型、修边、打孔、翻边和整形等冲压工艺。

对于汽车冲压覆盖件、内外板已及加强版，大多数都是经过板料的冲裁、拉延、成型、修边、打孔、翻边 和整形加工而成。一般而言，除板料的冲裁以外，需要4或者5道工序才能加工成最终产品，这些冲压件 包括车窗架加强板、车门内外板、车顶加强板、车顶天窗加强板、发动机罩内外板、行李后备箱内外板、 车地板、顶拱、前后保险杠、加强边梁、加强A柱、加强B柱、侧围栏、摇杆加强板、油箱保护板、后排 座椅下的模梁、车门窗沿加强条、车顶加强围栏、门梁、发动机仓底部结构、前装配平台、前烟道护板等 等。生产冲压件的主要成本是冲压钢板的材料成本和模具制造成本，所以，如何降低这两项成本具有重要 意义。

关于如何更好的降低汽车冲压生产成本已经做了大量的工作【1-3】，在裁剪方法上，运用摆剪方式代替直 切以提高材料利用率，套裁的运用，采用落料模具或级进模具。在冲裁工序中的改善方面，减小或取消搭 边值，将零件毛坯尺寸由块料改为条料，正反方向套冲，由浅拉延改为成形，冲压工序合并，余料再利用。 尽管如此，对上述汽车冲压覆盖件、内外板已及加强版冲压件的生产工艺仍然很复杂，其材料利用率仍然 不高。到目前为止，能够将具有一定拉延深度(比如车窗架加强板、车顶加强板、车顶天窗加强板、发动 机罩内外板等等)的拉延、成型、修边、打孔、翻边和整形工序合并成为一道利两道工序的冲压工艺和模 具还未见报道。另外，对于一个冲压周期采取多次冲压行程的工艺也未见报道。

对于汽车冲压覆盖件、内外板已及加强版，大多数传统的冲压工艺都是经过板料的冲裁、拉延、成型、修 边、打孔、翻边和整形加工而成。一般而言，除板料的冲裁以外，需要4道或者5道工序才能加工成最终 产品，其主要的局限性是冲压工艺复杂，材料利用率低以及模具成本高。

为了克服上述传统冲压工艺的局限性，本发明公开了一种复合冲压的工艺过程和模具结构。该复合冲压模 具由一道和两道工序组成并具有拉延、再拉延、修边、冲孔、翻边、整形的功能。该复合冲压模具可以明 显节省冲压板料，并且减少大约50％的模具生产成本。

图1本发明的复合冲压模具应用于车窗架加强板的截面示意图

图2本发明的复合冲压模具应用于车顶天窗加强板的截面示意图

图3本发明的复合冲压模具应用于发动机罩内板的截面示意图

图4本发明的复合冲压模具在压料板闭合时台阶式拉延筋的截面示意图，压料板闭合时产生台阶式拉延 筋，这些台阶式拉延筋可以控制板料在压料板闭合阶段的的板料流动

图5本发明的复合冲压模具在冲压完成时台阶式拉延筋的截面示意图，板料流过台阶式拉延筋

图6本发明的复合冲压模具在冲压完成时的截面示意图，打孔与冲压同时进行，模块8和模块9的位置 在冲压过程中是可变的

图7本发明的复合冲压模具在汽车内板以及加强板中的部分应用举例

图8本发明的复合冲压模具应用于另一类车顶天窗加强板的截面示意图

1-冲压板料，2-复合压料板，3-凹模，4-凸模，5-下模座，6-氮气缸，7-上模座，8-位置可变的模块，9-位 置可变的模块，10-冲孔系统，11-空气气缸，12-耐磨板

图1是本发明的复合冲压模具应用于车窗架加强板的截面示意图，在该图中拉延方向是向下的，在传统的 冲压工艺中，除冲裁下料外该冲压件由拉延、修边、冲孔、翻边、分离共等5道工序组成，在本发明的工 艺中，所有的修边线和孔在下料模中预先被切割好，在此例子中，复合压料板(2)较传统的压料板大得 多并且主要由工件形面组成，这些形面的特征是在拉延方向的高度变化不大，复合凸模(4)较传统的凸 模小得多并且主要由工作形面组成，这些形面的特征是在拉延方向的高度变化大，凹模与传统的凹模相似， 凹模可以由氮气缸所浮动或者直接固定在上模座上。

当板料被放入模具上的时候，板料靠带有一定推力的定位销精确定位，从而保证板料在生产环境下初始的 定位精度。在单动压机的情况下，复合压料板(2)被沿冲压相反的方向移动了50毫米，并且由气垫顶杆 或者氮气缸支撑着以保持复合压料板(2)的顶部与复合凸模的顶部在同等高度的水平上，凹模(3)的最 低点比板料约高出几个毫米。当凹模(3)向下移动并与复合压料板(2)闭合后，板料被成型成复合压料 板的形状，该压闭合的区域在随后的成型过程中对于随后的拉延可以起到拉延筋的作用，当复合压料板(2) 和凹模(3)移动到模具底部时，凹模(3)和凸模(4)完全闭合，板料最终被成型成模具的形状，由于 所有的修边线和孔在下料模中预先被切割好，所以，如果修边线和孔的精度要求不是很高，后续的所有工 序可以省掉，如果某些修边线和孔的精度要求很高，则可以在第一道工序的第二次冲压或者第二道工序中 对这些精度要求很高的修边线和孔进行修边和冲孔。这样，本发明的复合冲压可以将原来传统的冲裁下料 除外的5道工序缩短至1道或者2道工序，从而节约大约50％模具制造成本，同时，由于去掉了传统工艺 上所需要的工艺辅助面和压边圈所消耗的板料，所以，可以节约0.8公斤的板料。

图2是本发明的复合冲压模具应用于车顶天窗加强板的截面示意图，在该图中拉延方向是向上的，在传统 的冲压工艺中，除冲裁下料外该冲压件由拉延、修边、冲孔、整形和翻边等共5道工序组成，在此例子中， 其复合成型的原理与车窗架加强板一样，所不同之处是复合凸模(4)由几个曲面组成，沿天窗的翻边也 合并到了第一道工序内，如果修边线和孔的精度要求不是很高，后续的所有工序可以省掉，如果某些修边 线和孔的精度要求很高，则可以在第一道工序的第二次冲压或者第二道工序中对这些精度要求很高的修边 线和孔进行修边和冲孔。这样，本发明的复合冲压可以将原来传统的冲裁下料除外的5道工序缩短至1道 或者2道工序，从而节约大约50％模具制造成本，同时，由于去掉了传统工艺上所需要的工艺辅助面和压 边圈所消耗的板料，所以可以节约1.5公斤的板料。

图3是本发明的复合冲压模具应用于发动机罩内板的截面示意图，在该图中拉延方向是向下的，在传统 的冲压工艺中，除冲裁下料外该冲压件由拉延、修边、冲孔、翻边等共5道工序组成，在此例子中，其复 合成型的原理与车窗架加强板一样，所不同之处是复合压料板(2)在锐角的地方所占的面积较传统的冲压 低，从而，减少在该处的起皱的程度，如果修边线和孔的精度要求不是很高，后续的所有工序可以省掉， 如果某些修边线和孔的精度要求很高，则可以在第一道工序的第二次冲压或者第二道工序中对这些精度要 求很高的修边线和孔进行修边和冲孔。这样，本发明的复合冲压可以将原来传统的冲裁下料除外的5道工 序缩短至1道或者2道工序，从而节约大约50％模具制造成本，同时由于去掉了传统工艺上所需要的工艺 辅助面和压边圈所消耗的板料，所以可以节约1.2公斤的板料。

图4是本发明的复合冲压模具在压料板闭合时带有台阶式拉延筋的截面示意图，在此情况下，复合压料 板不是光滑平整的，在复合压料板的边缘有台阶，在凹模的边缘也有与复合压料板的边缘相应的台阶，当 压料板闭合时板料边缘产生台阶式拉延筋，这些台阶式拉延筋可以控制板料在压料板闭合阶段的的板料流 动，该台阶式拉延筋是由带有台阶状的凹模边缘与带有台阶状的压料板边缘相互接触时产生的，这些台阶 式拉延筋可以控制板料在压料板闭合阶段的的板料流动，从而有效地减少了皱褶的形成。该方法使得非平 滑压料板的应用更容易和更广泛。图5是本发明的复合冲压模具在压料板闭合时带有台阶式拉延筋的截面 示意图，在此情况下，板料流过台阶式拉延筋成为最终产品的一部分，从而省掉了传统拉延筋所消耗的 板料，提高了板料的利用率。

图6是本发明的复合冲压模具在冲压完成时的截面示意图，在此例子中，打孔与冲压可以在同一道工序 中进行，为了在第一套模具或者第一道工序内冲压出如图6右边所示的双台阶形状，模块8和模块9在冲 压过程中的位置被设计成可变的，并分别安装在凹模和凸模上，在第一道工序的第一次冲压过程中，模块 8和模块9分别被相应的气缸推至左边，此时，模块8处于非工作状态，模块9处于工作状态，并且与相 邻压料板处于同一高度，从而有利于在冲压过程中板料的流动，当第一道工序的第一次冲压过程完成时， 图6右边所示的上部台阶形状被冲压成型。在第一道工序的第二次冲压过程中，模块8和模块9分别被相 应的气缸推至右边，此时，模块8和模块9均处于工作状态，此时的工艺是依靠模块8和9的局部翻边成 型，而凹模的其他部分起压垫的作用，打孔也可以在该道工序中完成，当第一道工序的第二次冲压过程完 成时，图6右边所示的下部台阶形状被冲压成型。

图7是本发明的复合冲压模具在汽车内板以及加强板中的部分应用举例，本发明的应用范围并不局限于汽 车行业，凡是有冲压的地方都可以应用本发明的复合冲压工艺减少板料，并且降低模具制造成本，本发明 中所提及的工件也可以用带有压垫的无压料板成型工艺来实现。

图8是本发明的复合冲压模具应用于另一类车顶天窗加强板的截面示意图，在该图中拉延方向是向上的， 在传统的冲压工艺中，除冲裁下料外该冲压件由拉延、修边、冲孔、整形和翻边等共6道工序组成，在此 例子中，其复合成型的原理与天窗架加强板近似，所不同之处是图2中的复合压料板的移动距离在图8中 为零，凸模与图2中的复合压料板合并在一起形成了凸模(4)，而上模的中间部分被隔离出来形成复合压 料板(2)，在第一道工序内，凸模(4)静止不动，复合压料板(2)首先将板料(1)压紧，然后，凹模 (4)闭合使板料成型为模面的形状，修边线已经到了最终所需的位置，第二次冲压工序是整形和翻边， 并对精度要求很高孔进行冲孔。这样，本发明的复合冲压可以将原来传统的冲裁下料除外的6道工序缩短 至2道工序，从而节约大约60％模具制造成本，同时，由于去掉了传统工艺上所需要的工艺辅助面和压边 圈所消耗的板料，所以可以节约2公斤的板料。