大角度弯折循环结构冲压成型构件

在汽车冲压件的量产开发环节，大角度弯折类构件的成型一直是冲压工艺调试里容易出问题的板块，尤其是弯折角度超过90度的结构，常规的单次冲压成型很容易出现折弯处应力集中导致的开裂、回弹量超差、侧壁褶皱等缺陷，很多时候需要通过多工位级进模的分步成型来控制成型精度。这次做的这个循环结构弯折件，最初是在调试循环函数参数的时候，顺着参数迭代的逻辑搭出来的构型，一开始只是想验证不同折弯角度下材料流动的规律，做出来之后发现这个结构的力学表现比常规的直角折弯件更有优势，尤其是在承受多方向交变载荷的时候，连续的弯折面可以把应力分散到多个折边面上，不会像单一直角折弯那样在转角处形成明显的应力集中带。

从实际应用场景来看，这类大角度弯折的循环结构件，可以用在汽车车身的内部加强筋位置，比如车门内板的局部加强、座椅骨架的支撑连接段，还有底盘部分的线束固定支架的基体结构，这些位置的构件不需要特别大的安装平面，但需要在有限的空间里提供足够的支撑刚度，同时还要兼顾轻量化的要求，不能用太厚的板材增加整车重量。做这个结构设计的时候，没有沿用常规的等距折弯思路，而是把每一段弯折的角度都做了差异化调整，相邻两个折边的夹角都控制在90度以上，最小的夹角也有92度，最大的弯折角度接近120度，这样的角度设置可以让板材在冲压成型的时候，材料的流动阻力更小，不会在折弯凹模的圆角处出现材料堆积的问题。

外形尺寸方面，整个构件的最大外轮廓控制在120mm×80mm×60mm的范围内，安装边界预留了三个直径6.5mm的安装孔位，孔位的位置公差控制在±0.1mm以内，可以直接适配常规的M6螺栓安装，不需要额外做安装位的二次加工。折边的折弯半径统一取板材厚度的1.5倍，按照常用的1.2mm厚冷轧钢板来算，折弯R角就是1.8mm，这个R角参数是经过多次成型模拟验证的，既不会因为R角太小导致折弯外侧材料拉伸率超过材料的延伸率极限出现开裂，也不会因为R角太大导致折弯后回弹量难以控制，影响构件的最终装配精度。

设计过程中特意把循环结构的每一段连接面都做了微小的斜度处理，每个面和安装基准面的夹角都不是完全垂直的，这样的处理一方面是为了在冲压脱模的时候减少构件和模具型腔的摩擦，降低脱模阻力，避免脱模的时候把成型好的折边刮变形；另一方面，带微小斜度的折边在装配的时候可以起到一定的导向作用，和相邻构件配合的时候不需要反复调整位置就能快速对准安装位。从成型工艺的角度来说，这个结构不需要额外的侧冲或者斜楔机构，用常规的正装复合模就能完成全部成型工序，先通过落料工序冲出外形坯料和安装孔，然后经过三次分步折弯完成所有角度的成型，最后通过整形工序把所有折边的角度精度控制在公差范围内，整个工序流程不需要额外增加特殊的工艺步骤，适配现有多数冲压生产线的工装条件，不需要为了这个构件单独定制特殊的模具配件，量产的工艺成本可以控制在比较低的水平。

实际做结构力学验证的时候，给这个构件施加垂直于安装面的1000N静载荷，最大变形量不到0.2mm，比同重量的直角折弯支架的变形量小了近40%，而且应力分布更均匀，最大应力值远低于冷轧钢板的屈服强度，长期承受交变载荷的时候也不容易出现疲劳断裂的问题。另外这个循环结构的空隙部分还可以预留出走线的空间，在车上布置线束的时候，可以直接把线束顺着构件的空隙排布，不需要额外增加线卡固定，能减少整车装配的零件数量，降低总装环节的工作量。