D字形截面高强钢保险杠弯曲成形方法技术领域
本发明涉及一种D字形汽车保险杠防撞梁成形方法，特别涉及一种D字形
截面高强钢保险杠弯曲成形方法。
背景技术
目前D字形汽车保险杠防撞梁大致有以下两种外形轮廓样式，一是单一曲
率半径形式，另外一种是两点弯曲形式。单一曲率半径的成形一般是通过冷弯
机组在线辊弧加工的。两点弯曲一般是通过冲压或拉弯方式加工的。
近些年随着汽车工业的发展，两点弯曲形式的保险杠应用越来越多。目前
D字形两点弯曲形式的保险杠常见的是利用冲压方式生产的，一般分为两道工
序，分别是一次冲压成形和二次冲压整形。之所以分成两道工序成形主要是因
为材料特殊，保险杠所使用的材料的屈服强度在700MPa以上，材料延伸率大
于等于7％，材料的反弹非常大，不易成形且成形的一致性差。
通常，冲压一般使用300吨以上吨位的冲床，冲压工装由于有穿芯等辅助
动作设计安装比较复杂，为配合工装完成冲压动作，需要对标准冲床进行改造，
额外增加液压系统、电气控制系统等，改造后的设备只能作为专机使用。
冲压方式成形的缺点主要是：工装调试难度大，每次产品材料的机械性能
指标在合理范围内波动时，都需要对工装进行调整，而且调整周期较长，调试
所需条料较多。另外，生产时存在大量的不合格产品，产品合格率低，仅70％
不到。
另外冲压产品在弯曲处有褶皱，虽然不影响使用，但外观不佳。同时由于
有褶皱，产品上的各种安装孔不能在辊压生产时预冲出来，需要在冲压成型后
采用激光切割加工，因此加工成本高。
因此，现有的加工方法，由于材料延伸率波动会造成部分产品存在开裂现
象，造成废品率很高。尤其是，当保险杠产品弯角半径很小时，采用冲压方法
由于开裂则根本无法加工成形。
发明内容
有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明提供一种能完全杜绝废品率且能大大
提高产品质量的D字形截面高强钢保险杠弯曲成形方法，其特点在于，其是采
用全自动数控弯管机，完成一次上料，将需成形的待加工的直条形的两个弯角
点分两次逐次弯制而成；其中，所述全自动数控弯管机采用专用于弯曲加工的
动夹模、静夹模、辅推模和型板轮模，两个弯角点分两次逐次弯制包括：
S1、将待加工的直条形放置在全自动数控弯管机上指定的初加工位，然后
启动全自动数控弯管机的电源按钮；
S2、开始第一次的弯制加工，加工步骤包括：
S21、通过一自动上料装置的上料气缸，将所述直条形自动地推入全自动
数控弯管机自带的送料小车内，送料小车通过一端头连接有可相对转动的内芯
的拉杆，同步将待加工的直条形穿套在内芯上；
S22、所述送料小车的送料小车料抓夹紧直条形并将所述直条形推送至设
定的第一个弯曲点的加工位；
S23、动夹模和辅推模夹紧直条形，此时型板轮模和动夹模、静夹模旋转；
同时通过压紧时产生的摩擦力，辅推模将直条形送入到型板轮模中完成第一次
预定弧度的弯曲(例如弯折角度为16度)；
S24、当第一次弯曲完成后，退出内芯，松开动夹模和辅推模至初始位置；
S3、通过一送料小车将已完成第一次弯曲后的条形往前推送到指定距离，
使条形的第二个弯曲点位对准设定的弯曲工位；之后型板轮模复位、动夹模夹
紧、送料小车退回到初始位置和辅推模前进压紧条形(半成品工件)；
S4、在待加工的第二个弯曲点处接着进行第二次弯曲，并且重复上述步骤
S23后取料；
S5、重复上述步骤S1～S4，进行新一轮的产品加工。
在一些实施例中，所述直条形为D字形截面高强钢保险杠成形之初的待加
工件，所述条形为完成了第一次弯曲后的半成品工件。其中，所述待加工的直
条形的材料为DOCOL1000DP，屈服强度在700～950MPa，抗拉强度在1000～
1200MPa，延伸率大于等于7％。
在一些实施例中，在进行步骤S1之前，在辊压生产待加工的直条形时，
则在线加工好成形产品上所需的安装孔。本实施例可以在预弯曲之前就事先在
待工件上完成成形产品所需安装孔的加工，而不用等整个成形加工之后再冲
孔。因此能避免产品变形，防止产品开裂，大大提高了产品的整体牢固性及外
观度。
在一些实施例中，所述全自动数控弯管机为单轴伺服的全自动数控弯管
机。
在一些实施例中，所述型板轮模的表面形成有用于提高弯制产品的内弧面
的表面平整度的凸台。本实施例中通过设置一定高度的凸台，比如3mm～5mm，
可以在第一次弯曲之前，通过预置的凸台，可事先进行一个预弯变形，因此能
辅助第一次弯曲的更顺利地弯制，使得成形的角度更精准。
在一些实施例中，所述内芯为蛇形节联接结构的内芯，包括：若干可相对
转动的扇形块组，所述扇形块组包括若干呈线性横向排成一排的扇形的芯块单
元，且相邻的芯块单元彼此之间通过销轴可转动连接。本实施例通过将蛇形节
联接结构的内芯伸入直条形的方管孔中，可以配合弯管机对直条形进行所需弧
度的弯曲，而且能有效避免皱褶。因此，大大提高了弯曲产品的尺寸精度和表
面质量。
在一些实施例中，各所述扇形块均为扇形铜块。本实施例特别地采用铜块
来制成扇形块，由于铜材特有的内外表面高清洁、超光亮、组织均匀致密、尺
寸精度高的特质，因此，可使得本产品经本发明的内芯定型弯曲时，不仅钢度
好，且成型效果非常好。
在一些实施例中，所述动夹模、静夹模与条形相接触的表面为网纹面。
在符合本领域常识的基础上，上述各优选条件，可任意组合，即得本发明
各较佳实施例。
本发明的有益效果：
1.本发明专用于D字形截面高强钢保险杠进行的弯曲加工，开创性地采用
全自动的数控弯管设备并配合本发明的上述弯制工艺，克服了现有技术中惯用
的拉弯工艺以及冲压工艺进行本产品加工时所存在的种种缺陷及瓶颈。因此加
工成型合格率可达100％(而现有技术中的合格率最高也仅70％不到)，大大降
低了产品废品率。而且与现有的冲压成形加工相比，本发明还能减少一道整形
工序，且产品弯制的表面光滑度远优于冲压成形件。
2.本发明能先将产品上的孔在辊压生产时就在线加工后再弯制，因此，不
需要弯制后再采用激光割孔等工序，与冲压成形相比，再次减少了激光割孔等
加工工序，降低成本的同时，还避免了成形产品再次加工时可能出现的变形或
开裂。
3.即使由于待加工件的材料机械性能在一定范围内发生波动时，工装也不
需要调整，只需调整弯管设备的弯角设定值即可。因此，工艺操作方便，大大
提高了生产效率。
以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说
明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。
附图说明
图1为本发明的已加工成型的产品的外形轮廓图。
图2为图1中沿A-A的视图。
图3为本发明处于初始加工状态的弯曲模具结构图。
图4为本发明的产品处于加工中的弯曲模具结构图。
附图标记说明：动夹模1、内芯2、静夹模3、型板轮模4、送料小车料抓
6、直条型7、拉杆8、辅推模9、直条形10、条形11
具体实施方式
下面举出较佳实施例，并结合附图来更清楚完整地说明本发明。
实施例
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：如图1～图4所示，本实施
例提供的一种D字形截面高强钢保险杠弯曲成形方法，其主要是利用弯管机一
次上料、连续2次弯曲成形制得的(又称：D字形截面两点弯曲形式的高强钢
保险杠弯曲成形方法)。
如背景技术所述，由于目前常见的钢制保险杠成形工艺有：在线辊弧工艺
(一般是等曲率产品)、冲压工艺(一般材料强度低于1000MPa，对材料延伸
率要求高，另外冲压后产品内表面褶皱大以及外表面开裂，造成产品质量和废
品率无法控制)。因此，本发明所采用的弯管工艺绝非只是弯管设备的普通采
用。其实际是在研发过程中，经无数次的传统的冲压试制验证不可行之后，又
经过了数年的大量试制与摸索，才最终得出来一种弯制新工艺。
而且，本发明在采用弯管工艺弯制高强钢保险杠时发现，试制该产品采用
弯管工艺其实存在以下诸多的难题：
1)手工上料穿芯困难；
2)内芯材料磨损快；
3)生产效率低。
为此，本发明在多次的试验后进行了以下研发：
1、设计了自动上料装置，用于直条形的自动穿芯。即采用气缸驱动将直
条形自动穿在内芯上并推到送料小车内的指定的加工位置。这是因为，内芯外
形尺寸与D字形型腔之间间隙小，只有0.3mm，因此人工上料很困难。
2、内芯的材料选择其实非常困难，其要求内芯材料有相当的硬度以及与
直条形内表面之间的摩擦系数低。最后经多次研制得出采用铜合金材料的内
芯。
3、另外，即使想到采用普通的液压弯管机，但由于需要两次上料分别弯
制，需两次上料定位，因此也存在产品生产后两个弯角中心距难于保证，并且
由于反复上下料导致生产节拍长，效率低的难题。
为此，经反复研制后得出本发明的弯制方案：采用数控弯管机并配合自动
上料装置，同时改造了数控弯管机的液压系统，因此大大提高了运行的速度。
尤其适用于弯制抗拉强度在600MPa以下的产品。通过对弯管工艺的分析与类
比，为确保加工时的弯曲精确性，本发明产品选择单轴全自动数控弯管机，送
料轴采用伺服电机控制。即采用单轴伺服的全自动数控弯管机，完成一次上料，
中间不用卸料，将两个弯逐次弯制而成的。
图1所示是已加工成型的产品的外形轮廓图，该产品材料特性为：DOCOL
1000DP，屈服强度在700～950MPa，抗拉强度在1000～1200MPa，延伸率大于
等于7％。用于加工具有此性能产品的直条形待加工件，是通过辊压成形后在线
采用激光焊接而成的。
下面以图1所示的已加工成型的D字形截面高强钢保险杠产品为例，结合
图2～图4来详细说明本发明的成形方法及主要工装。
一)：弯制工艺流程
本发明采用单轴伺服的全自动数控弯管机，可以完成一次上料，中间不用
卸料，将两个弯逐次弯制而成。具体弯制工艺流程如下：
进行第一次弯曲：①将直条形10(待加工的直条形D字形截面高强钢保险
杠)放置在指定的初加工位区域后启动按钮；②通过自动上料装置中的上料气
缸(图中未示出)将直条形10自动地推入到送料小车内(同时穿在内芯2上)；
③送料小车料抓6夹紧直条形10的尾端；④送料小车后退至指定位置；⑤动
夹模1和辅推模9夹紧；⑥型板轮模4和动夹模1、静夹模3旋转同时辅推模
9送进，完成第一次弯曲；⑦退出内芯2至初始位置；⑧动夹模1和辅推模9
松开；⑨送料小车送料到指定位置后，型板轮模4复位，完成第一次弯曲后得
到的条形11(半成品)；⑩动夹模1夹紧、送料小车松开送料小车料抓后回退
到初始位置后，辅推模9夹紧；
继续第二次弯曲：①再次送芯；②动夹模1和辅推模9继续夹紧；③型板
轮模4和动夹模1、静夹模3旋转同时辅推模9送进；④退出内芯2；⑤动夹
模1和辅推模9松开；⑥取料完毕后启动；⑦型板轮模4、动夹模1、辅推模9
和送料小车退回到初始位置(等待下一轮新的上料启动加工)。
在两次弯折的加工过程中，插入直条形10或条形11中的内芯2均不动，
而是随着直条形10或条形11弯曲。
另外型板轮模、动夹模、静夹模的旋转均是由全自动数控弯管机上自带的
齿轮、齿条旋转机构带动旋转的，该部分可采用现有技术中市售可得的全自动
弯管机中相应的结构来实现。该全自动数控弯管机的弯折加工部分及弯管机部
件之间的配合本身非本发明点所在，故在此不作赘述。
其中，第一次弯曲前，送料小车料抓夹紧料后，之所以需回退到指定位置，
是为了上料方便，因送料小车离操作者越近上料越方便。第一次弯曲过程中送
料小车是通过条形被动牵引移动，也就是说送料小车是被动前进的。
二)：弯曲模具工装的结构和作用
见图2和图3所示的弯曲模具结构图，本发明通过计算和类比选定全自动
数控弯曲设备(例如全自动数控弯管机)后进行如下弯曲工装设计，各工装部
件的作用如下：
1)动夹模1和静夹模3的作用是：在直条形10弯曲过程中，夹紧条形11
防止“跑料”。
优选地，动夹模、静夹模与条形11相接触的表面机加工出网纹，这样可
增大摩擦力，材料可选用表面淬火钢。
2)型板轮模4的作用是：条形11(加工中处于半弯折状态的半成品)靠
紧，以助于形成设定的弯曲半径。
型板轮模设计上除要考虑一定的反弹外，还要考虑由于材料的不易延展而
形成的褶皱。因此，为提高弯制产品的内弧面的表面质量，型板轮模表面要设
计出适当高度的凸台。例如3mm～5mm高的凸台。
3)内芯2的作用是防止弯制过程中出现褶皱。本发明的内芯是由多块可
相对转动的扇形块组成，每块的厚度不宜过大，否者弯制过程中会出现褶皱。
本实施例中，采用特殊设计的蛇形节联接结构的扇形块内芯，保证了联接
时的强度，和退芯时所需的灵活度。
示例性的，蛇形节联接结构的内芯可以是：8块可相对转动的扇形块组(串
接的8块扇形的芯块单元)呈线性横向排成一排，且彼此之间均通过销轴可转
动连接。其中，处于首端的芯块单元与拉杆固接，其它扇形芯块单元则能相对
按联接轴心旋转很小的角度。这样，本实施例中的内芯便不仅能随着两次弯折
而与条形同步弯曲，而且，当弯折结束后，还可以回复退出条形。
进一步地，本发明的扇形块的材质为铜材。这样，既保证了钢度，又具有
需要的定型度。由于铜材特有的内外表面高清洁、超光亮、组织均匀致密、尺
寸精度高的特质，因此，可使得本产品经本发明的内芯定型弯曲时，不仅钢度
好，且成型效果非常好。另外，该特殊铜材属于耐磨自润滑铜合金，表面硬度
高达HRC48以上，摩察系数低，因此使用寿命长。
4)辅推模9的作用是通过压紧条形产生的摩擦力将直条型10送入到型板
轮模中进行弯曲。
5)送料小车料抓的作用是夹紧直条型和定位，为保证在弯曲过程中夹紧
条形，送料小车料抓应有必要的夹紧长度(例如：50mm～100mm)。
三)：试制生产时，鉴于该D字形截面高强钢保险杠的形状和材料比较特
殊，与普通管材弯管相比，优选地，最好再注意以下事项：
1)由于D字形截面高强钢保险杠的截面尺寸公差需要控制在一定范围内，
由于是上料气缸自动穿芯上料，如果D字形截面高强钢保险杠截面尺寸不稳定
会造成无法正常穿芯上料，影响生产节拍；
2)定期清理动静夹模表面的油污、碎削等杂物，防止打滑“跑料”；
3)内芯与条形在弯制过程中摩擦力较大，一般弯制几件后需要对内芯表
面喷洒润滑油。
四)：将本发明的弯曲成形方法与现有的成形方法对比可知，本发明加工
后的产品的废品率为0，产品表面顺滑，无褶皱，产品的轮廓度公差能控制在
±1mm以内；而采用现有的成形方法，则由于材料延伸率波动会造成部分产品
存在开裂现象，造成废品率很高。尤其是，当保险杠产品弯角半径很小时，采
用冲压方法由于开裂则根本无法加工成形。
这是因为，材料的延伸率是能否成形的一个关键指标。目前高强钢随着材
料强度等级的提高，延伸率下降，本发明所针对的产品材料的延伸率≥7％。实
际上该材料的延伸率上限只有14％，这样低的延伸率在冲压成形时，会发生由
于材料韧性不足而导致外弧面材料断裂的现象。而弯管成形与冲压成形相比，
外弧面的拉伸量要小，因此在弯制过程中没有出现开裂现象，而采用冲压成形，
如果材料的延伸率低，则会出现大量开裂现象。
故，本发明尤其适用于材料的延伸率≥7％的产品的成形弯曲，并可以取得
以下效果：
1.本发明在型板轮模的截面形状设有凸台，保证了弯制后产品表面无褶
皱，合理凸台的尺寸是保证弯曲后无褶皱的关键。
2.特殊设计的内芯因厚度尺寸小，可以最大限度地充满条形弯曲处，保证
了弯曲处的截面变形在所需的公差范围内；因此大大提高了加工成形精度；
3.更为特殊的，本发明的内芯采用特殊材料的铜合金，因此内芯的硬度高、
表面摩擦系数低，不仅提高了工装的使用寿命，而且还减少了对弯制条形内表
面的划伤；
4.操作者将弯曲前的直条形产品放到指定区域，采用自动上料装置的上料
气缸的驱动机构将直条形穿到内芯上，因此产品自动化程度高。
5.另外，本发明只需一次上料后，对两个所需弯角分两次自动弯曲成形；
因此可以通过微小调整每次弯曲的角度，便可适应材料的机械性能变化，因
此操作工艺简单，且产品加工精度高；
6.对于小弯角半径的产品，采用本发明的弯管成形方法，则不仅可以获得
很好的表面状态，并且产品无开裂，而采用现有的冲压方式则根本是无法进行
的。
以上详细描述了本发明的各较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技
术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，
凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、
推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护
范围内。