静音雨棚产品的模具设计

1新型静音雨棚与传统雨棚的对比

1.1产品结构的改变

新型静音雨棚在大弧面上增加了波浪形雨水排水沟，当雨水击落在波浪面能快速分解，噪声小，雨水排出快。传统雨棚大弧面平整，雨水接触面大，噪声大。生产方法的改变新型静音雨棚采用模具冲压成形，实现了工业化批量生产，质量稳定［1］。传统雨棚采用人工钣金，生产效率低，劳动强度大。

1.2产品结构的优点

新型静音雨棚与传统雨棚相比，提高了产品整体刚性，雨雪的承载力增强，雨棚不易变形;采用0.3mm的彩钢板替代了传统的0.7mm彩钢板，节约了材料成本;可以叠放运输，减少物流成本。外观也比传统雨棚漂亮。

2静音雨棚冲压成形工艺问题分析

图3为静音雨棚大弧面波浪形设计结构。其冲压成形工序为大弧面弯曲波浪胀形宽度方向两端弯曲。在波浪胀形工序中容易出现起皱和拉破现象。

2.1起皱现象及产生原因

静音雨棚采用0.3mm厚的彩钢板，雨棚产品宽0.7m，长为2.4m，该产品属于薄板类大型覆盖件。其成形主要难点在于大弧面顶部区域(图4)极易起皱。其原因为雨棚产品的波浪胀形属于纯胀形，其变形是依靠变形区部分板料厚度变薄，表面积增大来实现的。胀形波浪时四周坯料不能同时发生塑性流动，一旦流入波浪胀形区，即在大弧面顶部区域起皱。冲压成形时，由于产品在宽度方向(700mm方向)首先完成大弧面弯曲，在波浪胀形时表面积的增大主要来自于产品长度方向(2400mm方向)。为了避免起皱缺陷，在模具设计中采用压边装置，即在产品长度方向采用压边装置。常用的压边方法为弹性压料装置，弹性压料力越大则压力机的压力则越大，压机的压力计算公式为［2］:增加压边力将导致成形设备的吨位增加，造成能源不必要的消耗。为解决以上问题，本文在模具设计中采用压延筋压料的方法，即在雨棚产品长度方向两端增加压延筋成形工序，该工序放在大弧面波浪胀形前进行。

2.2拉破现象及产生原因

增加压延筋后，周边坯料在冲压成形时必然承受很大的拉应力，当拉应力超过了该区域材料的抗拉强度时，四周边将会被拉破。拉破之后四周边坯料向中心塑性流动，继而引起新的起皱。因此，静音雨棚冲压模具设计的关键技术在于防止起皱和拉破。

3静音雨棚冲压模具的工作原理

静音雨棚的模具结构设计如图5所示。模具安装在700t的四柱压力机上。钢板平铺于模具凹模表面(有弯曲凹陷现象不影响成形)，此时凹模两端压延筋高于凹模面25mm。(1)当上模下行接触钢板时，大弧面开始弯曲;继续下行时，钢板沿2.4m的长度方向拉延筋成形。(2)凸模继续下行，在大弧面上开始波浪胀形。由于两端压延筋先成形，钢板四周边被压紧，控制了胀形时变形区外的材料不向变形区内转移，保障波浪胀形顺利成形。(3)当上模接触下模时，完成波浪胀形和700mm方向的弯曲成形。

4静音雨棚冲压模具设计

4.1模具镶拼结构

雨棚模具如图6所示。在雨棚产品2.4m长度图6雨棚模具(a)设备及模具照片(b)3对320mm模具镶拼Fig.6Canopymold(a)Equipmentandmold(b)Threepairsofmoldsplicingof320mm方向，模具采用镶拼结构，镶拼块长度分为320mm。凸凹模3对、400mm凸凹模1对、560mm凸凹模1对、480mm凸凹模1对。模具用3对320mm镶块镶拼(320×3=960)，可以组合出960mm的雨棚模具，成形产品加上两边余料即为1.0m的产品。把全部模具镶块镶拼(320×3+400+480+560=2400)，可以组合出2.4m的雨棚模具。以此方法镶拼模具，该类雨棚产品有1.0，1.5，1.8，2.0和2.4m多种产品规格。模具采用镶拼结构后使模具的加工成本及制造难度大大降低［3－4］。

4.2铸造模具毛坯设计

采用消失模铸造的方法制造模具镶块毛坯(图6b)，模具镶块毛坯形状可以根据成形模具形状留出10mm的加工余量，并设计为空心镶块毛坯，中间可以增加支撑筋。铸造模具毛坯其刚性好、重量轻、加工废料少，成本大大降低。

4.3压延筋压料结构

压延筋压料结构设计是整副模具的核心技术。凸凹模中的压延筋设计如图7所示。压延筋的凸模设计如图7a所示，选用320mm凹模镶块，铣削出通孔，将压延筋凸模3按单边0.1mm的间隙配入长条通孔内(图5)，凹模4底部用氮气弹簧5作为弹性元件，压延筋凸模在长条通孔内做上下滑动，其作用为:(1)压延筋胀形;(2)为下一步胀形波浪，起到压边作用;(3)开模时顶出产品。压延筋的凹模设计如图7b所示，在320mm凸模镶块1上铣削压延筋凹模。氮气弹簧可以为胀形压延筋提供胀形力，并为胀形波浪提供压料力。由于该模具采用了压延筋结构来防止坯料流动，故压料力小于压延筋胀形力，只需计算压延筋胀形力即可。

5压延筋凸模圆角的研磨修配

压延筋凸模圆角的研磨修配是整副模具制造的关键技术之一，如果圆角过大，钢板波浪区域胀形时两端压延筋区外板料塑性流入波浪胀形区，导致产品起皱。如果圆角过小，成形压延筋时压延筋被胀破，失去压料作用，也会导致产品后期胀形波浪时起皱。故钳工修配要放在现场试模时进行，由小至大边修边试模，直到达到可以稳定生产。

6结语

新型静音雨棚模具设计和制造的关键技术是采用了压延筋压料结构及压延筋凸模圆角的修配。此技术解决了雨棚模具冲压工艺的起皱与拉破问题。采用优化设计的模具结构进行冲压成形试验，试验结果表明，静音雨棚产品质量合格，生产工艺稳定，已投入批量生产。

作者：范九红 单位：河南机电职业学院