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边梁侧件衬套连接区域的制造工序一般为拉深、冲孔、翻孔以及整形，如图1所示。第一步拉深工序的基本原理是通过对坯料施加外力产生塑性变形。但由于侧件与衬套存在一定的配合要求，常规生产中忽略了这一要素，由此导致材料变形不均匀且材料流动没有得到有效控制。在冲孔工序中，易出现毛刺及变形问题，影响尺寸精度和后续零部件配合，并提升了生产成本。对于翻孔工序，传统生产中是直接进行翻孔，可能会因孔内遗留的毛刺而产生破裂、边缘开裂、孔口不平整等缺陷。此外由于模具设计的不合理，划痕、压痕、起皱等表面质量问题也时有出现。设置整形工序的目的是校正前工序产生的材料变形以及尺寸偏差，常规设计一般注重表面质量的修整，而忽略了侧边材料的流动补充。![]()
图1 侧件连接区域常规制造工序
在总结常规工序成形易出现的问题后，现改进为由拉深、冲孔、挤压、翻孔以及整形组成的5步工序，并针对每一步工序进行对应的优化，从成形质量、成本控制、配合要求以及尺寸精度等方面考虑，结合实际生产效果得到最优的改进方案。在进行拉深时，边梁侧件的侧壁会出现明显的减薄，优化的首要目标是控制侧壁厚度减薄率并实现一定材料的补充。材料流动影响最终零件的成形质量和效果，现结合材料流动规律以及体积不变定律，将侧件底面材料强行挤压到侧壁达到生产要求。根据翻孔大小的要求，优化凸模工作面形状，即改进凸模刃口凸起高度和直径。如图2所示，凸模刃口直径![]()
按照翻孔直径D的0.95倍取值，刃口半径R取翻孔直径D的1.5倍，顶件块直径D3取翻孔外径D2的0.9倍。计划将侧件连接处的底面区域挤压为球形，保证后续工艺中部分材料能够朝侧壁流动，实现侧壁厚度补充，有效降低侧壁减薄率。由图3可知，优化后的拉深工序效果良好，坯料表面光滑无瑕疵且变形均匀，无过度拉伸或压缩。经测量比较，精度和深度均满足设计要求。![]()
图2 拉深工序各结构优化
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图3 拉深效果由于冲孔易产生撕裂断层，其对于侧件强度、使用寿命、配合稳定性等都有影响，经分析成因大多来源于不合理的模具设计、欠佳的参数组合等。为降低撕裂断层带来的风险，在新工序中着重于凸、凹模间隙的设置。根据经验，间隙值通常选取为坯料实际厚度的5%~10%[4]，优化后间隙值取坯料厚度的6%。对于零件产生的变形现象，具体通过分析材料属性和实际生产，控制合适的温度范围，避免温度过高或过低导致不利因素。由图4可知，在经过改进的冲孔工序后，孔内无明显瑕疵且有效降低了材料损伤，保证侧件性能的稳定性和可靠性。![]()
图4 冲孔工序
按照优化后的凸、凹模间隙进行冲孔后，孔内会出现一定的撕裂带形状。若没有及时处理而直接翻孔，整个成形过程中材料都处于受力拉裂状态，翻孔后会在侧件的顶端留下锯齿状或爆米花形状的瑕疵，如图5所示，一定程度上影响后续零部件的配合及使用寿命。![]()
图5 缺陷示意分析问题缺陷后，改进的工序在冲孔后增加了挤压工艺，如图6所示，即通过对坯料施加均匀或不均匀的压力以达到调整形状、提升性能和强化结构的效果。具体方法是通过反向倒角凸模向上挤压，形成光滑的断面层，孔内材料由于受到凸模压力的作用，其内部的缺陷及空隙得以压缩，组织结构更为紧密，提升了材料的力学性能。反向倒角凸模和下模固定板单边须预留0.1 mm间隙，确保倒角凸模在倒角时自行对圆角进行挤压。![]()
图6 挤压工序结构改进后的翻孔凸模优化为子弹头样式，如图7所示。翻孔时，首先在预冲孔工序过渡，设置预冲孔工序可降低在翻孔过程中的材料变形和阻力，且起定位作用，有效降低成形缺陷率。此外，凸模直径较翻孔直径大0.03 mm，可以保证对边梁侧件的侧壁产生挤压，满足侧壁整体垂直度和表面粗糙度等要求，翻孔后的零件如图8所示。![]()
图7 翻孔凸模结构优化![]()
图8 翻孔效果考虑侧件与衬套之间的配合要求以及翻孔后可能产生的毛刺，设置整形为最后工序，具体如图9所示。其本质是通过冲击成形零件发生塑性变形，实现校正或修整的一种加工方法。整形工序不仅可以保证翻孔后直径D和衬套高度h符合制造要求，同时可以实现侧壁厚度的稳定和补充，整形效果如图10所示。在后续铆接衬套时，可以确保有足够平面、稳定的高度及内径。![]()
图9 整形工序结构![]()
图10 整形效果图11所示为常规生产得到的边梁侧件连接区域效果。孔内存在明显瑕疵，表面粗糙度未达到预期要求，在孔的顶端出现了类似爆米花状的缺陷。图12所示为改进工艺后的连接处剖面结构，其表面质量得到明显改善，孔内外无划痕、压痕等缺陷，表面光滑且结构稳定，端部及边缘区域无突起毛刺。侧件与衬套铆接平稳顺滑，如图13所示，稳定性良好，安装配合时没有出现卡顿等其他情况。![]()
图11 常规生产侧件连接区域效果![]()
图12 改进后的侧件连接区域结构![]()
图13 铆接效果▍原文作者：刘再华1胡再兴1粟汝才1程晓宇2张赛军2▍作者单位：1. 祥鑫科技股份有限公司；2. 华南理工大学 机械与汽车工程学院《模具工业》杂志不接受任何代理方式投稿，敬请作者访问网站投稿https://mjgy.cbpt.cnki.net/
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