汽车高强度座椅结构件冲压工艺研究及模具设计探讨

宋琪峰

摘 要：汽车行业是全球制造业中的支柱产业，在国民经济中占有重要地位。汽车高强度座椅结构件是汽车的重要组成部分，也是驾驶者和乘客的座位，在汽车制造中占有重要地位。本文深入探讨了汽车高强度座椅结构件制造的工艺流程及模具设计内容，以期提高模具设计效率，保障座椅结构件的生产质量。

关键词：冲压工艺;CAE技术;冲压模具设计;缺陷

汽车座椅的主要功能是为了驾驶者和乘客提供便于操作、舒适、安全和不易疲劳驾驶的座位，因此对汽车高强度座椅结构连接件的开发的安全性设计目标就是尽可能的避免座椅安全功能的失效情况的发生。汽车在行驶中，座椅的寿命应足够长，不能过早变形和损坏;受冲击载荷作用时，座椅不应发生断裂、严重变形等损坏现象。所以座椅设计时必须对汽车座椅的特性进行计算分析，尽量以最少的材料，最小的质量满足强度、安全以及舒适性要求。通过对此的研究，能够对同类座椅的强度特性等具有一定的参考价值，并对我国的汽车座椅的自主开发也具有一定的现实意义。

1 汽车高强度座椅结构件冲压工艺设计

1.1 冲压工艺的概念

所谓冲压工艺是在金属塑性变形的基础上，通过模具在压力作用下分离或变形，从而得到一定形状的工件的加工方法。使用冲压方法加工的工件被称为冲压件，冲压工艺是汽车制造生产中的重要工艺重要步骤。

1.2 冲压加工工序的分类

在冲压加工生产中，冲压加工方法可分为两个大类工序，即分离与成型工序。分离工序主要是对制件和坯料沿确定的轮廓进行分离，从而达到预期的效果。成型工序是指在确保坯料完整的前提对坯料进行塑性变形加工，从而得到预期尺寸和形状的座椅结构件。按冲压加工方式进行划分，可将冲压过程分为落料、冲孔、切断、弯曲、拉伸、翻边、修边和整形等。

1.3 冲压工艺设计内容与步骤

由于高强度座椅结构件形状复杂、结构形状复杂、质量要求和刚度要求高，一次成型难度大，需要经过多个工序才能得到符合要求的制件。在汽车座椅结构件冲压工艺设计时，需要综合考虑多种因素，不仅要满足现阶段汽车生產企业生产效率需求，还应当结合工艺生产成本、经济因素，并对座椅结构件冲压生产工艺方案进行设计复核。其步骤包括：冲压件分析、冲压工艺方案制定、确定冲压工艺方案、模具类型及结构形式的选定和冲压设备的选择。

1.3.1 冲压件工艺技术分析

根据每个部件的结构形状，尺寸，材料性能，利用率要求不同进行分析，目前有以下两种技术：

（1）采用有限元法的分析技术。即是通过UG建立零件的几何模型，再通过IGES接口，将CAD数据导入到前处理器Hyermesh处理，建立可靠、有效的有限元模型，解决了整个因板料激烈变形而出现的表面擦伤严重，零件形状、尺寸不精确、弯曲处变形严重等缺陷问题，从而座椅结构件质量提高20%，零件加工成本降低了30%以上。

（2）采用金属材料塑性成形技术。即是当外力增大到使金属的内应力超过该金属的屈服极限之后即使外力停止作用，金属的变形保留下来。解决了零件在传统成型技术中回弹，变形，材质性能改变等问题，使零件的刚性强度提升了20%，零件的使用寿命增加了10%。

1.3.2 冲压工艺方案的确定

根据座椅结构件要求及性能特点，确定采用冲压工艺流程为：一次侧修边、冲孔、折弯翻边、侧修边和整形。

1.3.3 修边冲孔工序设计

由于汽车座椅结构件尺寸小，结构复杂，如采用一次成形工艺，可能导致冲孔形成的废料无法及时排出，因此，在冲孔和修边设计时，垂直修边和斜楔修边相结合的方式，在修边的同时冲出圆孔。

在确定修边线后，尽量采取垂直于零件型面的方向。当条件不适宜时，可采用斜楔工艺方法进行修边。当采用该斜楔方法时，应确保修边方向应与型面角度小于15°，不宜大于30°。在确定修边方向后，应当充分考虑后续模具设计的工序，尽量保证模具结构的简单化，避免对后续工序带来不必要的麻烦。

1.3.4 折弯翻边成型和整形工序设计

折弯翻边成型和整形工序是整个冲压工艺的成型的重要一步，经过上述修边冲孔等工艺，那么后续工艺就是要使坯料形状接近制件成品形态，因此在设计时就需要用到“折弯翻边成型”工艺，但是在成型时，对于某些零件结构因素，可能会出现开裂、起皱，翻边外涨，不到位等缺陷，所以，在翻边成型之后还需要增加整形处理，以便于对座椅结构件形状进行校正和检查。

2 汽车座椅结构件冲压模具工序分类

在汽车座椅结构件生产中，模具是冲压工艺的必要组成，按功能、工艺的不同，可将汽车座椅结构件模具分为修边冲孔模具、修边模具、整形模具，还有一种多工位级进模（包含以上所有工艺的一种模具），在这里也大致介绍下多工位级进模的设计方法。

2.1 多工位模具大致总装图

模具上模部分主要由上模板、垫板、凸模、凸模固定板及卸料板等组成。卸料方式采用弹性卸料，以橡胶为弹性元件/下模部分由下模座、凹模板、导料板等组成。冲孔废料和成品件均由漏料孔漏出。

条料送进时采用活动挡料销作为粗定距，在落料凸模上安装导正销，利用条料上的导正销孔进行导正，以此作为条料送进的精确定距。

3 结语

汽车座椅结构件是汽车重要组成部分，也是驾驶者和乘客提供便于操作、舒适、安全和不易疲劳驾驶的座位，在汽车装置中占有重要地位。在座椅结构件冲压工艺研究及模具设计过程中，应制定详细的工艺方案，借助CAE技术，对拉深工艺进行分析和研究，优化工序参数。同时，借助UG软件对冲压模具进行设计，以此简化冲压工艺及模具设计工序，提高模具设计效率，保障座椅结构件的制件质量。

参考文献：

[1]胡大超.机械制造基础[M].高等教育出版社.

[2]孙凤勤.冲压与成型设备[M].高等教育出版社.

[3]刘建超，张忠宝.冲压模具设计与制造[M].高等教育出版社.