模具滑動(dòng)面雙導(dǎo)板配合機(jī)構(gòu)探討

文/崔濤·天津一汽豐田汽車有限公司(西青工廠制造部沖壓課)

模具滑動(dòng)面雙導(dǎo)板配合機(jī)構(gòu)探討

文/崔濤·天津一汽豐田汽車有限公司(西青工廠制造部沖壓課)

目前，全球汽車市場競爭日益激烈，安全和環(huán)保法規(guī)日益嚴(yán)格，客戶更希望獲得物美價(jià)廉的產(chǎn)品。只有贏得全球增長型市場，才能得以生存。很多制造商有能力開發(fā)全新車型，但只能根據(jù)供應(yīng)商的實(shí)際制造能力生產(chǎn)汽車。因此制造商就需要將新生產(chǎn)工藝的可操作性納入重點(diǎn)檢討范疇。憑借眾多實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和不斷地摸索，我們發(fā)現(xiàn)導(dǎo)板這一用量最大的部件，不僅對(duì)沖壓模具整體工藝的實(shí)現(xiàn)舉足輕重，還對(duì)整體制造成本影響很大，所以我們從這一突破口進(jìn)行嘗試。

概述

沖壓模具的基本滑動(dòng)結(jié)構(gòu)

沖壓模具主要是用于生產(chǎn)汽車外覆蓋件、地板件等鈑金制品的特種裝備。它的內(nèi)部結(jié)構(gòu)因制品形狀不同而有明顯差異，它的型面質(zhì)量高低及結(jié)構(gòu)動(dòng)作的穩(wěn)定性直接影響到?jīng)_壓后制品的表面質(zhì)量。

⑴各工序滑動(dòng)結(jié)構(gòu)構(gòu)成。

按照位置分類，主要有三種滑動(dòng)結(jié)構(gòu)：

①豎直方向的滑動(dòng)配合——主要表現(xiàn)為壓邊圈及壓料芯的垂直動(dòng)作配合；

②斜面方向的滑動(dòng)配合——主要表現(xiàn)為斜楔機(jī)構(gòu)上側(cè)的動(dòng)作配合；

③水平方向的滑動(dòng)配合——主要表現(xiàn)為斜楔機(jī)構(gòu)下側(cè)的動(dòng)作配合。

首先，沖壓模具主要有三類工序，其中包含拉伸序、修邊序和翻邊整形序。

作為豎直方向的滑動(dòng)配合最具代表性的這三道工序的導(dǎo)板安裝在拉伸序中的位于下型壓邊圈的四周(一般設(shè)置為8塊，一側(cè)兩塊）、后幾道工序中的位于上型壓料芯的四周(一般設(shè)置為8塊，一側(cè)兩塊）。對(duì)于拉伸序的滑動(dòng)配合，主要是由下型和壓邊圈來完成，后幾道工序的滑動(dòng)配合主要是由上型和壓料芯來完成。圖1所示為豎直方向?qū)О逦恢谩?/p>

圖1 豎直方向?qū)О逦恢?/p>

其次，斜面方向和水平方向的滑動(dòng)配合都集中在斜楔機(jī)構(gòu)上，一般上側(cè)是斜面方向，下側(cè)是水平方向。導(dǎo)板個(gè)數(shù)因斜楔機(jī)構(gòu)的大小而定，主要考慮斜楔機(jī)構(gòu)所承載的作用力、作用面和滑動(dòng)平衡的穩(wěn)定有效性。

斜面方向的滑動(dòng)配合主要是由斜楔上表面和上型機(jī)構(gòu)完成，而水平方向的滑動(dòng)配合主要是由斜楔下表面和下型機(jī)構(gòu)來完成。圖2所示為斜面和水平導(dǎo)板位置。

圖2 斜面和水平方向?qū)О逦恢?/p>

⑵目前滑動(dòng)機(jī)構(gòu)面臨的現(xiàn)狀。

圖3所示為各車型模具在各生產(chǎn)線的分布。截至2016年6月，107L國產(chǎn)化車型實(shí)際生產(chǎn)近65萬臺(tái)，已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出當(dāng)初的設(shè)計(jì)壽命(45萬臺(tái)），尤其是國產(chǎn)化的模具實(shí)際生產(chǎn)四十多萬臺(tái)，已大幅超出其156000臺(tái)的設(shè)計(jì)壽命，處于過負(fù)荷的使用狀態(tài)。

圖3 各車型模具在各生產(chǎn)線的分布

目前在沖壓模具上的滑動(dòng)機(jī)構(gòu)面臨的主要問題就是本體滑動(dòng)面及導(dǎo)板的磨損，直接導(dǎo)致滑動(dòng)配合基準(zhǔn)的缺失，使得配合間隙不均勻甚至減少，最終導(dǎo)致成形時(shí)機(jī)及成形間隙不良，造成制品開裂甚至模具的大型損壞，對(duì)安定生產(chǎn)造成嚴(yán)重隱患及威脅。圖4所示為滑動(dòng)面磨損導(dǎo)致成形面不良。

圖4 滑動(dòng)面磨損導(dǎo)致成形面不良

⑶滑動(dòng)機(jī)構(gòu)磨損的原因。

磨損的原因主要有兩點(diǎn)。

一點(diǎn)是超負(fù)荷的過壽命生產(chǎn)，使得模具本體的導(dǎo)滑面動(dòng)作頻次超過了當(dāng)初設(shè)計(jì)時(shí)的理論壽命，屬于部品疲勞生產(chǎn)，隨時(shí)有發(fā)生損壞的可能。

另一點(diǎn)是由于配合的導(dǎo)板材質(zhì)較本體相當(dāng)甚至較本體還硬。在滑動(dòng)配合的兩側(cè)都是金屬材質(zhì)，一般本體一側(cè)都是鑄鐵材質(zhì)，而導(dǎo)板則采用鑄鐵材質(zhì)、鋼材質(zhì)或銅材質(zhì)。在使用鋼材質(zhì)及鑄鐵材質(zhì)的導(dǎo)板時(shí)，在長期動(dòng)作后，處于較軟材質(zhì)或是硬度相當(dāng)?shù)蔫T鐵本體會(huì)不斷發(fā)生磨損現(xiàn)象，這種磨損會(huì)涉及整個(gè)滑動(dòng)面，一旦發(fā)現(xiàn)不及時(shí)就會(huì)逐漸使本體面的滑動(dòng)基準(zhǔn)磨耗掉，從而導(dǎo)致機(jī)構(gòu)行程不足，致使制品成形不完全，影響制品品質(zhì)。如果是銅材質(zhì)導(dǎo)板，就會(huì)基本確保鑄鐵材質(zhì)的本體不受損害，表1是三種材質(zhì)導(dǎo)板的性能參數(shù)參考，從表中可對(duì)其性能一目了然。

雙導(dǎo)板配合的優(yōu)缺點(diǎn)

⑴優(yōu)點(diǎn)。

①可以有效地保證滑動(dòng)基準(zhǔn)完好。當(dāng)一邊的導(dǎo)板磨損后更換即可，即便雙側(cè)導(dǎo)板都磨損，那么按照規(guī)格更換標(biāo)準(zhǔn)品也可確保使用，不必再為滑動(dòng)基準(zhǔn)的損耗擔(dān)心；

②有效提高模具保全的作業(yè)效率。在傳統(tǒng)滑動(dòng)配合的結(jié)構(gòu)中，當(dāng)本體面磨損發(fā)生時(shí)，首先要對(duì)導(dǎo)板進(jìn)行更換，并對(duì)本體導(dǎo)滑面進(jìn)行研磨，之后還要在線進(jìn)行滑動(dòng)行程的確認(rèn)以確定新導(dǎo)板后追加多少量的墊片以保證行程，從而確保成形的完整性，這樣一來會(huì)大大降低保全效率，放緩問題解決的及時(shí)性。采用雙導(dǎo)板配合，當(dāng)磨損發(fā)生時(shí)更換導(dǎo)板即可立即使用并投入正常生產(chǎn)，不必再為本體導(dǎo)滑面的磨損量缺失多少而擔(dān)心；

表1 三種材質(zhì)導(dǎo)板的性能參數(shù)參考

③模具維護(hù)成本有效減少。之前在磨損發(fā)生時(shí)由于沒有機(jī)加工的時(shí)間，為了緊急應(yīng)對(duì)，會(huì)在人工研磨后更換新導(dǎo)板對(duì)應(yīng)生產(chǎn)，但本體面上仍然會(huì)有磨損過的溝狀紋絡(luò)，它們很快會(huì)將新導(dǎo)板磨耗掉，這勢必過多地消耗在庫的導(dǎo)板，只有連休期間實(shí)施機(jī)加工改善后才會(huì)使導(dǎo)板使用消耗量恢復(fù)到正常水平。新結(jié)構(gòu)的導(dǎo)板發(fā)生磨損只是按平時(shí)日常維護(hù)更換導(dǎo)板，而且這種磨損發(fā)生的頻次較傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)降低五分之一，這樣可有效降低導(dǎo)板的使用量。圖5所示為導(dǎo)板及本體導(dǎo)滑面的磨損。

⑵缺點(diǎn)。

①在庫成本(種類）有所增加。由于新結(jié)構(gòu)采用兩塊導(dǎo)板配合的設(shè)計(jì)，所以在庫就要多一種導(dǎo)板的規(guī)格以應(yīng)對(duì)突發(fā)情況，但一般情況下這種結(jié)構(gòu)使用的導(dǎo)板盡量采用日常較多使用的導(dǎo)板規(guī)格，不會(huì)采用特殊型號(hào)，因此這種成本的增加極其有限。

②模具制造成本有所增加。傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)中，對(duì)本體導(dǎo)滑面只進(jìn)行一個(gè)面的加工即可，在雙導(dǎo)板配合結(jié)構(gòu)中，由于安裝導(dǎo)板，所以對(duì)安裝面和導(dǎo)板擋墻面都要進(jìn)行加工，并且還要加工導(dǎo)板的螺栓孔，所以在加工成本上有所增加。

圖5 導(dǎo)板及本體導(dǎo)滑面的磨損

滑動(dòng)機(jī)構(gòu)磨損的對(duì)策——雙導(dǎo)板配合

圖6、圖7分別為傳統(tǒng)機(jī)構(gòu)的本體導(dǎo)滑面機(jī)加工面和新結(jié)構(gòu)的本體安裝面機(jī)加工面。一般我們在發(fā)現(xiàn)本體材質(zhì)較軟時(shí)可立刻更換銅導(dǎo)板來有效避免本體磨耗的發(fā)生，但針對(duì)幾乎全部都是老模具的部門而言，已經(jīng)發(fā)生的磨損勢必會(huì)對(duì)我們的保全工作產(chǎn)生嚴(yán)重影響，甚至部分模具還會(huì)嚴(yán)重影響制品的品質(zhì)狀態(tài)。因此面對(duì)這種現(xiàn)狀，我們開始嘗試在不同的位置采用雙導(dǎo)板配合的方式來彌補(bǔ)本體磨損的狀態(tài)。圖8所示為加工狀態(tài)示意圖。

圖6 傳統(tǒng)機(jī)構(gòu)的本體導(dǎo)滑面機(jī)加工面

圖7 新結(jié)構(gòu)的本體安裝面機(jī)加工面

圖8 加工狀態(tài)示意圖

步驟1：對(duì)本體磨損面進(jìn)行研磨，確認(rèn)殘留基準(zhǔn)。

一般情況下，本體導(dǎo)滑面不會(huì)完全磨耗，總會(huì)有一處邊緣殘留下來，我們可以利用這僅有的位置作為加工的基準(zhǔn)面。當(dāng)所有滑動(dòng)面都被磨損后，我們在研磨完畢后會(huì)找一塊相對(duì)溝狀紋絡(luò)少一些的位置作為臨時(shí)基準(zhǔn)面。

步驟2：確認(rèn)導(dǎo)板尺寸。

對(duì)本體的改造必須要基于本體的形狀及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，如果能夠安裝標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)板盡量安裝，如果標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)板無法滿足使用要求(長寬高尺寸、螺栓位置等），就要量取尺寸進(jìn)行特殊規(guī)格的定做，并適量制作必要備品。

步驟3：加工本體。

確認(rèn)加工基準(zhǔn)和導(dǎo)板尺寸后，就要對(duì)本體磨損部位進(jìn)行切削加工，對(duì)加工的要求主要有兩點(diǎn)，一是確保導(dǎo)板能夠有效安裝，所謂有效安裝，就是既可將導(dǎo)板放進(jìn)加工的孔中，又要確保導(dǎo)板動(dòng)作方向有擋墻支撐，而且固定螺栓孔位置沒有干涉并保證螺栓緊固強(qiáng)度；二是深度的加工量較導(dǎo)板厚度略低，一般為0.05～0.1mm。之后將導(dǎo)板安裝完畢，再用三坐標(biāo)或千分表進(jìn)行本體基準(zhǔn)面和導(dǎo)板面的段差測定，確認(rèn)高低差值以決定安裝多少量的墊片，來保證和基準(zhǔn)面平面度一致。

步驟4：上色調(diào)試。

本體加工完成后，我們就要將加工后的本體和與其配合的導(dǎo)板進(jìn)行接合確認(rèn)，方法是在導(dǎo)板上涂抹紅丹粉，然后用本體人工進(jìn)行壓合，確認(rèn)在本體上的顏色是否均勻，如果新制的導(dǎo)板顏色較重就要撤掉部分墊片，如果較輕就要適量增加墊片，最終以顏色深度一致為標(biāo)準(zhǔn)。

步驟5：線上品質(zhì)確認(rèn)及精度確認(rèn)。

最后一步就是將模具組裝好后，在生產(chǎn)線上進(jìn)行制品的沖壓確認(rèn)，在制作制品前，必須將壓力機(jī)滑塊尺寸確認(rèn)好，改造機(jī)構(gòu)的行程無誤確認(rèn)后再進(jìn)行制品的沖壓。由品質(zhì)擔(dān)當(dāng)進(jìn)行該位置的硬點(diǎn)確認(rèn)，由精度擔(dān)當(dāng)進(jìn)行該位置的板厚及精度相關(guān)的成形性確認(rèn)。

步驟6：4S。

在模具、品質(zhì)、精度都確認(rèn)OK后，將該位置的上下型導(dǎo)滑面涂抹黃油，合模后放置于模具區(qū)保管。

圖9所示為改造過的雙導(dǎo)板配合實(shí)物。

圖9 改造過的雙導(dǎo)板配合實(shí)物

效果

⑴可有效縮減沖壓模具的維護(hù)成本，利用有限的在庫資源確保導(dǎo)板的定期更換，以保證模具滑動(dòng)基準(zhǔn)的完好性；

⑵有效避免導(dǎo)板和本體基準(zhǔn)同時(shí)缺失風(fēng)險(xiǎn)的發(fā)生，大幅降低因滑動(dòng)基準(zhǔn)缺失造成的機(jī)構(gòu)動(dòng)作不良導(dǎo)致模具損壞的可能性，提高了生產(chǎn)安心度；

⑶有效提升了模具維修工的工作效率，降低了模具維修工的體力負(fù)荷，使模具結(jié)構(gòu)更趨人性化。

結(jié)束語

目前，我們在很多外板件的模具上和很多嚴(yán)重超出使用壽命的模具上都采用了這種機(jī)構(gòu)，包含側(cè)圍、翼子板、門外板、后備廂外板等模具。我們也希望通過這種不斷的改善來更全面地了解這種機(jī)構(gòu)，同時(shí)我們還有一些疑問需要解答。雙導(dǎo)板配合結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)就是一側(cè)銅導(dǎo)板(或銅層、銅合金），一側(cè)是鋼制或鑄鐵導(dǎo)板，但究竟在動(dòng)態(tài)一側(cè)使用較軟材質(zhì)的銅導(dǎo)板還是在靜態(tài)一側(cè)采用，或是根據(jù)行程及周邊結(jié)構(gòu)特點(diǎn)判斷，目前還沒有定論，還需要我們進(jìn)一步嘗試和研究，除此之外還有一些細(xì)節(jié)問題需要確認(rèn)，如在導(dǎo)板上使用石墨點(diǎn)是否會(huì)影響導(dǎo)板使用壽命等，都有待我們繼續(xù)分析探索。

（關(guān)于結(jié)束語中所述的問題，歡迎廣大模具從業(yè)人員提出您的看法，我們會(huì)將您的想法創(chuàng)意刊登于近期雜志中。投稿郵箱：xinghuaiyu@Chinaforge.org. cn）