柔性化模具技術(shù)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

作者：陳勁松

柔性化模具技術(shù)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

文/陳勁松·東風(fēng)汽車有限公司商用車公司車架廠

作者：陳勁松

使用柔性化模具可以提高產(chǎn)品質(zhì)量、生產(chǎn)效率，有效降低生產(chǎn)成本、實(shí)現(xiàn)快速應(yīng)變、提高工裝管理效能。

在傳統(tǒng)的工裝技術(shù)概念中，模具是用于單一產(chǎn)品、大批量生產(chǎn)的專用工裝，是保證產(chǎn)品質(zhì)量及提高生產(chǎn)效率的重要手段，即每一種沖壓制件，都是由確定的專用模具來保證。而隨著工裝技術(shù)的不斷創(chuàng)新和發(fā)展，市場發(fā)展速度與新產(chǎn)品開發(fā)的需要，傳統(tǒng)工藝技術(shù)過程和管理理念已不能滿足新形勢下生產(chǎn)和管理的要求，必須在應(yīng)用技術(shù)和理念上有新的認(rèn)識和突破。

近些年，隨著東風(fēng)商用車公司產(chǎn)品更新?lián)Q代越來越快，模具的重要作用凸顯出來，模具設(shè)計(jì)的合理性直接影響產(chǎn)品的質(zhì)量和成本。為了縮短模具的制造時間、減少模具費(fèi)用、提高生產(chǎn)率和降低產(chǎn)品成本以適應(yīng)市場的需要，本公司在沖壓工藝及模具設(shè)計(jì)方面進(jìn)行了新的嘗試，把原本需要多套模具才能加工出來的產(chǎn)品，僅需要一套柔性化模具就可以加工出來。不但可以使生產(chǎn)快捷，產(chǎn)品更新方便，成本降低，也可以使工廠龐大的模具數(shù)量難以管理的局面得到改善，并為今后形成一種新的設(shè)計(jì)思路——柔性化模具，最終實(shí)現(xiàn)一模多用。

要達(dá)到以上目的，首先要保證產(chǎn)品設(shè)計(jì)系列化，同類產(chǎn)品的基本尺寸應(yīng)力求保持一致，工藝人員對已使用過的模具應(yīng)該十分清楚。在審查新產(chǎn)品時，與同類已完成產(chǎn)品進(jìn)行比較，在保證產(chǎn)品性能的情況下對產(chǎn)品設(shè)計(jì)提出建議，以便能借用現(xiàn)有模具生產(chǎn)?；?qū)Χ喾N新產(chǎn)品歸類，統(tǒng)一關(guān)鍵尺寸，力求模具用量少。在此，本文對公司三大類零件柔性化模具的開發(fā)過程進(jìn)行詳細(xì)介紹。

產(chǎn)品結(jié)構(gòu)與生產(chǎn)現(xiàn)狀

圖1縱梁類零件結(jié)構(gòu)

縱梁類零件

如圖1所示，車架廠有很多縱梁類零件（左右件），由于零件形狀腹面為變截面結(jié)構(gòu)，無法在輥壓機(jī)與三面沖上實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)，按常規(guī)的工藝過程安排，一般需要制造一套落料沖孔模和一套成形模以實(shí)現(xiàn)整體加工。目前，公司新開發(fā)的零件共有七種，共同參數(shù)是料厚相同（6mm），零件形狀相似，僅A、B尺寸發(fā)生變化，如表1所示。這類產(chǎn)品如果按照傳統(tǒng)工藝設(shè)計(jì)要求，設(shè)計(jì)、制造二套標(biāo)準(zhǔn)模具，時間周期長投入成本高，且無法滿足市場開發(fā)的要求。

表1縱梁產(chǎn)品結(jié)構(gòu)對比 （單位：mm）

橫梁類零件

如圖2所示，車架廠典型橫梁類零件，是橫梁結(jié)構(gòu)，該系列零件共有5種，料厚6mm。從表2中可以看出，該類型橫梁長度、開口尺寸、減重孔徑、減重槽深度都在發(fā)生變化，而各孔孔位則要保持不變，因此對于普通橫梁的修端沖孔模、成形模而言，很難實(shí)現(xiàn)。

圖2橫梁類零件結(jié)構(gòu)

產(chǎn)品工藝

通過對上述兩類產(chǎn)品主要結(jié)構(gòu)進(jìn)行詳細(xì)分析，歸納了不同結(jié)構(gòu)類產(chǎn)品具有以下技術(shù)特征。

縱梁類零件工藝

該類零件的工藝過程為落料沖孔和成形兩大工序。為減少工裝投入，落料沖孔可在數(shù)控打孔機(jī)和火焰切割機(jī)上完成，變截面成形則必須要上模具加工，如果7種縱梁都投入正規(guī)模具的話，成本太高。

橫梁類零件工藝

該類零件工藝過程為修邊沖孔和壓彎。由于零件的長度和開口尺寸發(fā)生變化，而翼面孔位保持不變，說明修邊沖孔模的刃口尺寸、壓彎模的開口尺寸應(yīng)該是可調(diào)節(jié)的。

表2橫梁產(chǎn)品結(jié)構(gòu)對比 （單位：mm）

模具結(jié)構(gòu)

縱梁類零件模具

通過對比表2幾種縱梁結(jié)構(gòu)，零件變截面部分保持不變，只是中間軸距和尾端長度發(fā)生變化，模具設(shè)計(jì)時，可以最短縱梁為基礎(chǔ)（圖3），其他縱梁模具在此基礎(chǔ)上通過增加軸距工作部分長度來實(shí)現(xiàn)（表3），即原有工作部分長度向后串。而尾端長度，則按最長的設(shè)計(jì)大于1105mm即可。考慮到模具的結(jié)構(gòu)平衡，上模長度取1370mm，下模、頂出器長度取1310mm，縱梁成形模工作部分可用其余縱梁模具增加的部分拼合而成，不需重新制作工作部分，凸模、凹模、頂出器均可采用該結(jié)構(gòu)，具體情況見圖4。

模具直面部分采用螺釘側(cè)向緊固，間隙調(diào)整靠增加減少墊片來保證，同時也便于向其他零件換型。對于變截面部分，考慮到鑲塊尺寸空間有限以及整體結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度，螺釘縱向緊固連接。

圖3縱梁換型

圖4縱梁成形模結(jié)構(gòu)

表3縱梁產(chǎn)品換型對比  （單位：mm）

為了滿足縱梁制件左右件換型和最小投入成本的需要，將模具的橫向沖壓中心線與制件中間部分直面的中心取向一致，這樣保證了換型工作量的最低，只需首尾兩端和變截面部分換型即可，對于首尾兩端的直面只需繞自身旋轉(zhuǎn)180°即可換型，無需制作對稱部分。

橫梁類零件模具

這類零件有4個尺寸發(fā)生變化，對于修邊沖孔模的刃口以及壓彎模的開口尺寸都要求可調(diào)節(jié)。

⑴A（724～732mm）、C（245.5～253.5mm）尺寸調(diào)節(jié)。為實(shí)現(xiàn)A、C尺寸的調(diào)節(jié)，凸模、凹模刃口尺寸定位系統(tǒng)務(wù)必實(shí)現(xiàn)可調(diào)節(jié)。如圖5所示，凸模、凹模設(shè)計(jì)為螺釘側(cè)向緊固鑲塊結(jié)構(gòu)，凸模按最小尺寸724mm，凹模按最大尺寸732mm。當(dāng)生產(chǎn)短尺寸時，凸模減墊片，凹模加墊片；生產(chǎn)長尺寸時，凸模加墊片，凹模減墊片即可實(shí)現(xiàn)。對于兩側(cè)減重槽深度B，同樣按此結(jié)構(gòu)來加以實(shí)現(xiàn)。對于外形側(cè)向定位，可相應(yīng)調(diào)節(jié)側(cè)向活動定位塊實(shí)現(xiàn)。

圖5橫梁修邊模具結(jié)構(gòu)

⑵保持翼面孔高度30mm。為保證C尺寸變化時，翼面孔高度30mm不變，將凸模固定板、凸凹模固定板設(shè)計(jì)成圖6所示的結(jié)構(gòu)。將固定板分為腹面不變形區(qū)域和翼面變形區(qū)域，翼面孔位原始尺寸按最小開口245.5mm展開，當(dāng)成形件開口尺寸每增加2mm時，兩固定板間增加1mm的墊板開口調(diào)節(jié)尺寸。

圖6橫梁修邊沖孔模固定板結(jié)構(gòu)

⑶D尺寸的變化。橫梁中間3個減重孔，從φ（90～120）mm變化，在本套修邊沖孔模上難以實(shí)現(xiàn)，為此專門開發(fā)了一套柔性化沖孔模（圖7），凸、凹模隨產(chǎn)品設(shè)計(jì)成多種系列，從φ（90～120）mm變化。如表4所示，固定部分尺寸一致，生產(chǎn)相應(yīng)的孔時更換相應(yīng)的凸、凹模即可。修邊沖孔模具只沖φ13mm底孔，而柔性化沖孔模以φ13mm底孔導(dǎo)正，可生產(chǎn)φ（90～120）mm的系列孔。沖孔模剛性刮料板側(cè)向活動量為20mm，即起退料起毛坯定位作用，適應(yīng)不同開口尺寸以及翼面高度零件的生產(chǎn)。

圖7柔性化沖孔模結(jié)構(gòu)

表4沖孔模刃口尺寸明細(xì) （單位：mm）

圖8壓彎模結(jié)構(gòu)

⑷C類開口尺寸的調(diào)節(jié)。零件料厚為6mm，開口尺寸從253.5～245.5mm變化，壓彎凸模、凹模、頂出器相關(guān)尺寸相應(yīng)發(fā)生變化。模具整體結(jié)構(gòu)（圖8），采用鑲塊橫向加墊片的方式調(diào)節(jié)開口尺寸，凹模按最大開口尺寸253.5mm設(shè)計(jì)，凸模按最小開口尺寸233mm設(shè)計(jì)。當(dāng)生產(chǎn)大開口尺寸時，凹模減墊片，凸模加墊片；當(dāng)生產(chǎn)小開口尺寸零件時，凹模加墊片，凸模減墊片，詳見表5。

表5壓彎模開口尺寸換型說明   （單位：mm）

為使模具的通用性更強(qiáng)，模具凸模固定設(shè)計(jì)高度為250mm，可生產(chǎn)翼面高度為200mm的橫梁。同時，為確保退料能夠順利，整套模具選用了12個50mm×300mm的強(qiáng)力彈簧沿壓彎線布置，確保退料行程以及壓彎力足夠大。為減少零件成形時的劃傷，凹模采用CB-2H鈹銅合金材料。為減少換型工作量，保持模具的精度，頂出器采用底板導(dǎo)柱、襯套導(dǎo)向，生產(chǎn)上述五個產(chǎn)品時頂出器不需換型。

結(jié)束語

柔性化模具制造技術(shù)的應(yīng)用為新產(chǎn)品開發(fā)起到了決定性作用，也為提高企業(yè)的生產(chǎn)管理水平、降低工裝成本、增加經(jīng)濟(jì)效益等，成功地開辟了一條新的設(shè)計(jì)思路——柔性化工裝應(yīng)用技術(shù)。通過對該兩大類零件模具制造技術(shù)的創(chuàng)新，拓寬了柔性化模具制造技術(shù)的應(yīng)用，為今后的技術(shù)創(chuàng)新和研究工作，建立了嶄新的發(fā)展平臺。