多工位級(jí)進(jìn)鑄造模在汽車內(nèi)板沖壓件上的研究與應(yīng)用

劉迪祥，黃頂社，崔禮春，何成，曹龍兵

多工位級(jí)進(jìn)模又稱連續(xù)模，其模腔中具有兩個(gè)或兩個(gè)以上的工位，且這些工位都在一條直線上，在壓力機(jī)一次行程中，可完成沖裁﹑彎曲﹑拉深﹑成形等多個(gè)工序。具有效率高，生產(chǎn)成本低的特點(diǎn)。在國內(nèi)，多工位級(jí)進(jìn)模一般在家電鋼板模領(lǐng)域使用比較普遍，但在汽車領(lǐng)域，特別是鑄造模領(lǐng)域應(yīng)用還較少。本文以某汽車門檻加強(qiáng)板為實(shí)例，將左右件合模并用級(jí)進(jìn)模生產(chǎn)，從工序排布到模具設(shè)計(jì)、調(diào)試及實(shí)現(xiàn)給予簡析，供有關(guān)人員參考。

一、產(chǎn)品工藝分析

產(chǎn)品材質(zhì)為B250P1，厚1.4mm，零件尺寸為320mm×137mm×92mm，零件形面與孔均不左右對(duì)稱（見圖1）。該件如用單沖工藝，工藝路線為OP10落料→沖孔→OP20成形→OP30翻邊→OP40沖孔側(cè)沖孔，共需開發(fā)7套模具。因單沖生產(chǎn)效率低，不滿足產(chǎn)能要求，經(jīng)評(píng)議后采用左右件合模的多工位級(jí)進(jìn)模生產(chǎn)，因模具尺寸較大，模具類型選用鑄造模。

二、料帶圖設(shè)計(jì)

在多工位級(jí)進(jìn)模中，每沖壓一次條料就由送料機(jī)向前送一個(gè)步距，以到達(dá)不同工位，每個(gè)工位的工作內(nèi)容都不相同，在完成所有工序前，工序件與料帶不分開。

料帶圖設(shè)計(jì)就是確定每個(gè)工位的加工內(nèi)容。料帶圖設(shè)計(jì)是多工位級(jí)進(jìn)模設(shè)計(jì)的關(guān)鍵，也是模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的依據(jù)，料帶圖一經(jīng)確定，也就確定了模具的工位數(shù)、步距及產(chǎn)品的材料利用率。在設(shè)計(jì)料帶圖時(shí)，需注意如下事項(xiàng)：①壓力機(jī)中心與模具中心需基本一致，保證受力平衡，如無法保證一致，偏心不得超過100mm，可適當(dāng)設(shè)置空工位，以備后期產(chǎn)品設(shè)計(jì)變化或避讓干涉及保證受力平衡。②為使料帶定位可靠，一般可在第一工位沖壓一些工藝孔作為后工位定位孔，孔離形面較近時(shí)，可先沖小孔定位，后面沖到需要尺寸的大孔，或先成形后沖孔。③廢料及成品件應(yīng)能順暢排落，送料需要順暢。④既有成形又有彎曲的工件，先成形后彎曲，以免因材料流動(dòng)影響已定形形面。⑤需考慮模具制造及維修的方便性。⑥載體必須有足夠強(qiáng)度，能平穩(wěn)地按工序送進(jìn)。

本文案例設(shè)計(jì)的料帶，如圖2所示，載體選擇的是雙中載體，料片展開采用的軟件是AUTOFROM，選擇的沖壓機(jī)為帶連沖功能的6300kN壓力機(jī)。

三、零件的定位設(shè)計(jì)

多工位級(jí)進(jìn)模中，為保證凸凹模及工序件之間相對(duì)位置的準(zhǔn)確，必須有可靠準(zhǔn)確的定位裝置，定位主要定3個(gè)方向，即X向、Y向和Z向。通常采用導(dǎo)正銷和其他粗定位方式配合使用，導(dǎo)正銷導(dǎo)正就是用裝在上模的導(dǎo)正銷插入料帶上的導(dǎo)正孔，保證料帶在模具中每一次沖壓的位置一致。本文即在工位1沖出工藝導(dǎo)正孔，工位2～6中都用導(dǎo)正銷精定位X、Y向，全工位用浮頂銷粗定位Z向，用導(dǎo)料板輔助定位定Y向和Z向。再在工位7中導(dǎo)正孔位置處沖出產(chǎn)品孔，如圖3所示。

圖1 產(chǎn)品示意

四、結(jié)構(gòu)圖設(shè)計(jì)

1.模具結(jié)構(gòu)

為減小模具尺寸，本級(jí)進(jìn)模具未采用常規(guī)模具的導(dǎo)腿導(dǎo)板結(jié)構(gòu)，而是使用4個(gè)導(dǎo)柱導(dǎo)向，模具長度由此減短約750mm，然后使用嵌入式吊耳，寬度也由此減少約400mm，最終該級(jí)進(jìn)模具尺寸為2575mm×1020mm×800mm。模具主要由上模座、卸料板、下模座、托料板，各成形及修邊凸凹模，以及各類標(biāo)準(zhǔn)件等部件組成。

2.卸料裝置

卸料裝置是多工位級(jí)進(jìn)模中的重要部件，一方面在開始沖壓之前壓緊料帶，防止料帶竄動(dòng)，另一方面保證平穩(wěn)卸料并保護(hù)凸模。卸料板壓緊料帶的壓力一般為沖裁力5%左右。其計(jì)算公式為

式中 t——料厚（mm）；

L——切斷長度（mm）；

τ——切斷強(qiáng)度（kg/mm2）。

本文共采用三塊卸料板，并采用導(dǎo)柱導(dǎo)套導(dǎo)向。從空間及使用壽命考慮，選用氮?dú)鈴椈勺鳛閴毫习鍓毫υ矗瑸榱耸箟毫舛ê图皶r(shí)發(fā)現(xiàn)問題，氮?dú)鈴椈纱?lián)在一起并在模具外安裝有可視壓力表。

3.托料裝置

多工位級(jí)進(jìn)模是依靠送料裝置按設(shè)計(jì)步距自動(dòng)送料，料帶經(jīng)過修沖成形后，在料厚方向都會(huì)有不同程度的變形，為使料帶順利送進(jìn)，必須將已經(jīng)成形的料帶頂起，使料帶稍高于下模工作部分。本文在修沖工位共使用三塊托料板，在成形工位使用1個(gè)托料芯（下方鐓死）和8個(gè)浮頂銷，所有托料裝置均使用導(dǎo)柱導(dǎo)套導(dǎo)向。

4.設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)

設(shè)計(jì)多工位級(jí)進(jìn)模結(jié)構(gòu)時(shí)（見圖4、圖5），還需注意如下事項(xiàng)：

（1）因?yàn)闆_壓節(jié)拍很高，沖孔廢料可能會(huì)帶出模具表面而損壞模具，所以正側(cè)沖選擇的沖頭均應(yīng)為頂料型凸模。

（2）為便于加工及維修，所有修沖刀塊應(yīng)設(shè)計(jì)為嵌塊式，成形部位劇烈變形處采用拼塊式，因產(chǎn)品材料為高強(qiáng)度板且料厚為1.4mm，所有修沖及成形刀塊均選用Cr12MoV的材料，且淬火硬度達(dá)到55HRC以上。

（3）為保護(hù)凸凹模，所有卸料板及下?；顒?dòng)塊均需使用導(dǎo)柱導(dǎo)套導(dǎo)向，以保證其較高運(yùn)動(dòng)精度，且模具精度要求更高時(shí)，導(dǎo)柱導(dǎo)套還應(yīng)選用滾珠式。

（4）所有沖孔凹模使用凹模套標(biāo)準(zhǔn)件，便于維修及更換。

（5）卸料板應(yīng)在成形前壓住板料，且所有卸料板應(yīng)同時(shí)接觸料帶，行程也需完全一致，安全螺釘行程比工作螺釘行程要長5～10mm。卸料螺釘應(yīng)對(duì)稱分布，并選用帶管套的卸料螺釘，可配合使用行程調(diào)整軸環(huán)來延長行程。

（6）為減少料帶與凸模之間的摩擦，應(yīng)采用托料板或浮動(dòng)裝置頂起料帶，頂出高度應(yīng)高出下模成形刀塊。

圖2 料帶圖

圖3 料帶定位示意

（7）為使廢料能自動(dòng)滑落，廢料滑料角度應(yīng)不小于25°，且有足夠的旋轉(zhuǎn)空間。

5.級(jí)進(jìn)模的加工與調(diào)試

級(jí)進(jìn)模不僅要求成品沖壓件精度合格，為保證模具高速運(yùn)行精度，級(jí)進(jìn)模對(duì)數(shù)控加工精度及模具各部件位置精度要求也很高。本級(jí)進(jìn)模就將成形、沖孔凸模等位置精度要求高的部件裝配到模座上后，再與模座一起在高精度數(shù)控機(jī)床上一次加工而成，壓料芯等活動(dòng)部件加工出坐標(biāo)基準(zhǔn)孔后建立坐標(biāo)系數(shù)控加工完成，各種鑲塊及刀塊是加工出裝配面后，再用裝配面建立坐標(biāo)系加工。

模具完成加工及裝配后需要調(diào)試，其第一階段保證模具可動(dòng)部分如斜楔、托料板、卸料板等部件運(yùn)行順暢穩(wěn)定無干涉。第二階段提升研合率及成形件出品率，保證件能生產(chǎn)出來，第三階段是提升沖壓件精度，消除毛刺及其他表面問題等。

模具出廠前需進(jìn)行模具靜態(tài)、動(dòng)態(tài)檢查，沖壓件表面質(zhì)量檢查及合格率檢查，均合格后才可以出廠。

模具靜檢主要檢測鑄件是否有缺陷，型面、導(dǎo)滑面質(zhì)量，硬度等是否符合技術(shù)要求。模具動(dòng)檢主要檢測各部件是否運(yùn)行順暢，工作部分研合率（在料帶上涂上顏料檢測其與模具的貼合面積）是否達(dá)標(biāo)。沖壓件表面質(zhì)量檢查主要檢查沖壓件拉毛、暗傷、起皺、毛刺、開裂、壓傷等表面質(zhì)量缺陷。合格率檢查是在檢具上結(jié)合沖壓件基準(zhǔn)書對(duì)沖壓件進(jìn)行精度檢測。經(jīng)過4個(gè)月工裝廠家調(diào)試，本級(jí)進(jìn)模順利出件，沖壓件及模具均驗(yàn)收合格后進(jìn)入沖壓廠生產(chǎn)基地。

6.多工位級(jí)進(jìn)鑄造模實(shí)現(xiàn)

模具進(jìn)場后經(jīng)過一個(gè)月的壓力機(jī)與模具的匹配性調(diào)試整改，全面達(dá)到量產(chǎn)狀態(tài)，量產(chǎn)節(jié)拍為40次/min，生產(chǎn)效率明顯提升，減少了生產(chǎn)人員及設(shè)備。

本模具將汽車內(nèi)板高強(qiáng)度板在級(jí)進(jìn)鑄造模中得以自動(dòng)、高速、安全的實(shí)現(xiàn)，并且左右件合模，克服了傳統(tǒng)模具手工送料、效率低、成本高的缺陷，具有良好的應(yīng)用價(jià)值和推廣價(jià)值。

圖4 多工位級(jí)進(jìn)模上模示意

圖5 多工位級(jí)進(jìn)模下模示意

圖6 料帶實(shí)物

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