稳定杆加强板冲压工艺及模具结构优化

贺向前  ,梁伟 ,王刘源

摘要：某车型稳定杆加强板（简称A板）材质为SAPH440的酸洗板，在汽车行驶过程中因与套管产生干涉而发出异响，为此主机厂决定改进A板结构，在干涉区域加大避让空间。在验证阶段，尝试用数控铣床加工带避让形状的简易胎具，用胎具在原冲压件上进行避让形状的成形，但成形的零件质量未能满足技术要求，随后进行了零件结构和冲压成形工艺的同步设计，并采用简易成形模成形零件，成形50套装车后异响消除。由于简易模成形零件时的冲压方向及变形方式与之后的量产模具不一致，而且避让形状处于零件中间部位，量产模具成形时材料补充困难，有产生局部过渡变薄甚至开裂的风险，因而验证零件结构满足装车要求后，还需要考虑零件的冲压成形性。基于此，对稳定杆加强板冲压工艺及模具结构优化进行研究，以供参考。

关键词：稳定杆加强板；冲压工艺；模具

引言

稳定杆的后部是车辆悬架的主要部件之一,悬架是车架与桥梁或车轮之间所有力连接的通称,其作用是传递车轮与车架之间的力和旋转,缓冲器从不平坦的道路传递到车架或车身,使其产生的冲击力和振动减振,保证汽车能够平稳行驶。从角度来看,汽车悬架只由几根杆、缸和弹簧组成,但不要以为它很简单,相反,汽车悬架很难达到汽车构成的完美要求,因为悬架不仅满足了汽车舒适性的要求,而且满足了操纵稳定性的要求,而这两个方面是相互的。

1稳定杆设计思路

首先基于实心稳定杆提取外形尺寸和各项性能要求，分析采用空心杆方案的布置空间能否满足。如果空心杆的布置空间能够满足，下一步根据减重率计算稳定杆的尺寸参数，建立空心稳定杆的有限元模型，分析性能是否满足需求，如不满足进行下一轮的尺寸参数优化设计。如果空心杆的外形尺寸不能满足空间布置，则首先需要确定满足空间布置的外形尺寸，然后进行稳定杆的壁厚设计，建立有限元分析模型，分析性能是否满足要求，如不满足则需要综合评估布置空间优化稳定杆外形之村进行下一轮仿真分析。

2理化检验分析

通过对稳定杆支架螺栓断裂外观以及断口进行失效分析。为螺栓断裂外观，螺栓断裂位置处于螺纹段，距光杆处约20螺纹齿处，对比稳定杆支架的安装尺寸发现，此正好位于稳定杆支架与稳定杆吊杆总成结合面附近。同时，断裂螺栓未见有明显的弯曲变形，断裂处无颈缩现象，光杆与螺纹段结合部位有明显的磨痕，磨痕处光滑，镀锌层被磨掉，但未出现明显的凹槽形貌，说明螺栓在车辆行驶过程中有松动的现象，但在螺栓轴向承受较小的拉伸力。为螺栓断口宏观形貌，可以看出断口包括裂纹源区、裂纹扩展区、瞬断区。

3A板结构模具改制

由于A板已有模具量产，为了节约成本，工艺设计时保持了A板原有的冲压工序为了分析模具改进的风险，需要考虑如何把避让形状分解到原冲压工序中。一种方案是在一道工序内完成避让形状的成形，且尽可能安排在靠后的工序，考虑模具改进的方便性，尝试把避让形状全部放在工序③整形完成，拉深模不用改进，工序③以后的模具增加避让空间即可，这样模具的改进工作量最小；另一种方案是把避让形状全部放在拉深工序完成，其它后续工序模具增加避让空间即可，模具改进的工作量也相对较小。对这2种方案进行冲压仿真分析，都产生开裂。尝试将避让形状分解在工序②拉深和工序③整形中分步成形，由拉深工序预成形一部分形状，在整形工序中实现最终成形，经过分配成形量的尝试，借助冲压成形仿真分析，优化的分步成形方案消除了成形开裂风险，工艺优化后的仿真结果。确认改进的零件结构和成形性可行后，汽车主机厂将A板的改进形状做了最后的确认，相应的模具企业对A板的原拉深模、整形模的型面进行了修改，在后工序模具设计避让空间，修改后的模具能够满足批量生产。

4冲压工艺分析

4.1制件冲压的初步工艺分析

根据工件的特性,工件的外部环境是通过回转工艺的,底部复杂,角度变化大,两个半圆组装成一个完整的圆,用于安装和安装弹性联轴器,其它钻孔都有安装位置的要求。由于工件有疲劳强度的要求,所以工件的形状,对边缘的质量要求较高,首先采用:1材料,2预应力,3拉伸成型,4侧面修复,5侧面改造,6侧面钻孔等工艺完成工件的制造;这种工艺生产,整个工艺过程相对保守,工件的生产不会有问题,工件的质量可以保证,但采用牵引工艺,工序数量大,回收率低,生产成本高。为了降低生产成本和简化模具,决定采用另一种工艺制造工件,这样初步确定冲压工艺的A部分:1件成品材料(首先打开试件模具,然后确定原材料的尺寸);2预防形成;3 形状;四个侧孔。B部分冲压工艺:1废料(先打开试样,再确定板的尺寸);2 印刷;3 剪切;4 侧钻。

4.2冲压工艺及模具结构改进

（1）工序①落料冲孔。通过冲压成形模拟对工艺孔的个数、大小及位置进行了优化，将原拉深毛坯上直排的3个工艺孔改为4个，其中2个侧向孔的位置更靠近，使材料更容易流向避让形状附近及大端头立壁圆角区域，减少开裂和过渡变薄风险。（2）工序②拉深。拉深工序继承了原工艺方法，以过拉深方式放缓型面及放大圆角来成形B板的基本形状，避让形状在拉深工序完成部分形状，为工序③整形及工序⑤整形翻边留有整形余量，目的是使大变形量分解在工序②拉深与工序③整形实现，同时满足修边线在有利于修边的平缓型面上，避免了陡峭冲切。

4.3工艺及模具设计要点

OP10:废料处理相对简单,具体废料大小必须根据试样最终确定(左、左部分一起)。OP20:预弯成形是本工件的关键工艺,预弯便于后续成形,管的定位稳定,易成形;在预制过程中将红色弯曲预压成形,使U形弯曲部件的深度降低成形难度,将成形2次,解决制造过程中出现严重弯曲、折弯甚至裂纹的风险,一般需要用拉伸法解决问题,并且弯曲线的边缘光滑、无齿形,无需恢复边缘处理,既满足零件的技术要求,又节省了需要进行TD处理的管件和工艺件的数量。OP30:模具:模具的预成型工艺部件进一步,模具采用大约V形的压力结构,下部模具有滑动板,上部模具有滑动装置,这种模具方法比较常见,结构比较简单。

5断裂预防措施

电压腐蚀断裂必须有腐蚀介质的存在,而稳定杆的裂纹来自内部,而内部是密封的,没有腐蚀介质,所以电压腐蚀引起的裂纹不太可能发生,应在腐蚀断裂表面发生腐蚀失效后。稳定杆通过电源加热,并有红外测温,如果温度异常,就不能脱离。同时,几个模拟实验的点火温度和介质无法再现裂缝。

结束语

车辆横向稳定杆对改善车辆的行驶平顺性具有重要意义。它本质上是一种扭杆弹簧，是一种连接车架和悬架以及轮胎的特殊弹性元件。现代车辆悬架的垂直刚度一般较低，从而导致车辆具有较小的侧倾刚度，横向稳定杆能够显著增加悬架的侧倾角刚度。除此之外，它还可以合理分配前、后悬架的侧倾角刚度的比值关系，使车辆具有合理的转向特性。横向稳定杆是典型的受交变疲劳载荷作用的车辆部件，疲劳破坏往往发生于较大应力部位，获取横向稳定杆的应力分布与危险位置能对其结构的合理性进行评估，对其结构进行优化设计以减小应力对提高稳定杆的使用寿命具有重要意义。

参考文献

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