汽車沖壓模具廢料滑落問題解析

文/張應(yīng)生·長城汽車股份有限公司技術(shù)中心，河北省汽車工程技術(shù)研究中心

對沖模廢料滑落問題，結(jié)合理論分析及現(xiàn)場實(shí)際狀態(tài)進(jìn)行深入研究，針對模具中部分典型位置，從前期工藝結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面進(jìn)行解析。提出實(shí)用的解決方案，在該理論指導(dǎo)下，使廢料滑落不暢的問題在模具設(shè)計(jì)初期可以得到較好預(yù)防，減少后期調(diào)試整改周期，降低生產(chǎn)成本。

近年來國內(nèi)汽車行業(yè)陸續(xù)采用沖壓半自動化、全自動化生產(chǎn)。而半自動化、全自動化沖壓生產(chǎn)中，沖壓廢料滑落問題往往是影響生產(chǎn)線體效率中較為突出的問題。因此，沖壓廢料處理得好壞直接影響著沖壓連續(xù)生產(chǎn)的效率。但是，由于設(shè)計(jì)人員技能不足，現(xiàn)場生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)缺失等因素，造成部分問題流入下工序，當(dāng)模具進(jìn)入調(diào)試期時，只能依靠經(jīng)驗(yàn)豐富的調(diào)試人員根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)整，需多次進(jìn)行在線整改，占用大量的設(shè)備資源、人力、周期。本文針對模具中部分典型位置，從現(xiàn)場實(shí)際問題入手，解析問題發(fā)生原因及解決對策。為后期設(shè)計(jì)提供參考。

某車型頂蓋外板修邊序二級切刀位置

原因分析

分析設(shè)計(jì)圖紙及工藝方案，得出造成廢料卡滯的原因主要有兩個的結(jié)論，一是此位置二級切刀為平行布置且刃口朝向一致，當(dāng)廢料切斷后由于切刀刀背位置使廢料產(chǎn)生左右移動，碰觸到另一側(cè)切刀，限制了廢料的旋轉(zhuǎn)，導(dǎo)致無法下滑（圖1）。二是二級切刀自身帶有約15°斜角，但圖紙中擋料桿設(shè)計(jì)在切刀刃口后側(cè)，當(dāng)廢料切斷后進(jìn)一步限制了廢料沿二級切刀刃口端面斜角下滑可能性（圖2）。

圖1 廢料卡滯運(yùn)動模擬

圖2 卡料狀態(tài)

解決對策

根據(jù)不同的廢料長度，二級切刀布置通常為兩種形式。形式一：兩刀式切刀——二級切刀成10°開口狀相對布置，切刀刃口后側(cè)設(shè)計(jì)擋料桿。二級切刀刃口下部背空倒斜角處理，廢料滑落趨勢模擬及具體布置形式如圖3 所示。形式二：三刀式切刀——兩端的二級切刀成10°開口狀相對布置，擋料桿設(shè)計(jì)在切刀刃口后側(cè)（中間不設(shè)計(jì)擋料桿）。中間切刀角度豎直布置，切刀背空位置倒斜角，如圖4 所示。

圖3 兩刀式切刀布置及廢料滑落分析

圖4 三刀式切刀布置及廢料滑落分析

在使用二次切刀時必須綜合考慮廢料二次切斷時滑料的滑落空間，滑動軌跡以及廢料二次切斷時廢料飛濺的方向，在設(shè)計(jì)初期對二次切刀實(shí)際生產(chǎn)時可能出現(xiàn)的各種問題進(jìn)行分析預(yù)防。

某車型翼子板側(cè)修位置

原因分析

分析卡料狀況及工藝方案，造成廢料卡滯的原因主要是由于廢料刀刃口朝向?qū)е聫U料滑道寬度小于廢料長度，限制廢料只能通過旋轉(zhuǎn)滑出模具，但設(shè)計(jì)在廢料滑出方向的斜楔驅(qū)動又對廢料旋轉(zhuǎn)造成阻礙，導(dǎo)致廢料無法掉落（圖5）。

圖5 斜楔位置廢料卡滯模擬解析

解決對策

針對側(cè)修位置廢料滑出困難可以采用從以下工藝排布和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)兩個方面單獨(dú)或共同進(jìn)行設(shè)計(jì)優(yōu)化。

工藝排布方面優(yōu)化：調(diào)整廢料刀2 刃口方向，使之與廢料刀3 形成相對布置，同時優(yōu)化廢料刀2 下模位置支撐筋截面形狀，保證廢料滑道寬度大于廢料最大對角長度至少30mm。同時，降低滑料板高度，增加廢料動能，使之可以更加順利的滑出模具。對于制件邊緣廢料可以適當(dāng)增加模具寬度或彈頂銷的輔助裝置，提升滑料效率。需要注意的是，在模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中，應(yīng)注意此位置廢料是否存在翻轉(zhuǎn)的風(fēng)險(xiǎn)。(翻轉(zhuǎn)軸可通過將拉延理論邊界分別在兩處廢料切斷位置最外側(cè)兩點(diǎn)連線進(jìn)行簡單確認(rèn))。同時，盡可能的避免設(shè)計(jì)過橋結(jié)構(gòu)，如無法避免，也應(yīng)保證過橋高度大于廢料翻轉(zhuǎn)高度。在角部位置設(shè)計(jì)廢料排出氣缸，防止廢料被側(cè)修刃口及兩側(cè)廢料刀架起，如圖6所示。

圖6 優(yōu)化后工藝形式及支撐筋布置

結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面優(yōu)化：上?；噦?cè)修鑲塊取消后側(cè)擋墻，鑲塊下增加定位鍵，這樣可將下模驅(qū)動位置整體抬高，同時，將驅(qū)動與滑車間的導(dǎo)板安裝到滑車位置，這樣下模驅(qū)動位置可以取消導(dǎo)板擋墻，增大滑料空間，如圖7 所示。

在遇到同方向多廢料刀切斷的情況，如均為正修，應(yīng)避免設(shè)計(jì)過橋結(jié)構(gòu)。如側(cè)修無法避免過橋，也應(yīng)優(yōu)先保證中間位置廢料下滑，通過改變支撐筋位置，優(yōu)化模具結(jié)構(gòu)形式等措施，降低廢料卡滯的風(fēng)險(xiǎn)。

圖7 斜楔位置優(yōu)化前后對比

某車型車門內(nèi)板制件中間位置

原因分析

當(dāng)制件中間位置存在較大廢料時，廢料從制件脫離到跌落至滑板的過程中狀態(tài)不穩(wěn)定，出現(xiàn)翻轉(zhuǎn)情況，當(dāng)廢料出現(xiàn)圖8 中紅色狀態(tài)時，立起后的廢料卡滯在模具與廢料滑板之間。

圖8 制件中間位置廢料卡滯狀態(tài)

解決對策

針對制件中間位置沖大孔廢料，同樣可以從工藝排布和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)兩個方面進(jìn)行設(shè)計(jì)優(yōu)化。

工藝排布方面優(yōu)化：當(dāng)中間位置廢料需要分切時，避免出現(xiàn)廢料尖角特別多情況，見圖9，按此工藝排布后，在OP40 上廢料周圈均為修邊尖角，這樣，當(dāng)OP40 修邊完成后無論廢料從哪個方向滑出模具均存在修邊尖角與鑄件滑道側(cè)壁掛住的情況，引起廢料卡滯。所以在工藝排布初期應(yīng)盡量避免廢料尖角。保證廢料形狀越簡單越好。

圖9 廢料尖角問題

結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面優(yōu)化：對于制件中間位置較大的廢料，在模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時，在廢料出料方向前側(cè)上模鑲塊位置增加彈頂銷，使廢料一端向下傾斜，刃口下方預(yù)留出廢料旋轉(zhuǎn)的空間。同時在出料方向后側(cè)的下?；牢恢迷O(shè)計(jì)支撐部件，確保廢料在滑道內(nèi)的狀態(tài)，如圖10 所示。

圖10 制件中間位置結(jié)構(gòu)優(yōu)化方案

在自動化生產(chǎn)中，每批次制件數(shù)量較多，中間廢料一旦出現(xiàn)卡滯，就會造成連鎖效應(yīng)，如果不能及時發(fā)現(xiàn)，模具就會存在損壞的風(fēng)險(xiǎn)。需要我們在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時格外注意。

結(jié)束語

自動化生產(chǎn)過程中，真正影響生產(chǎn)效率的往往是廢料下滑這類的問題，本文通過具體的案例結(jié)合自身設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，詳細(xì)的介紹了三種常見廢料滑出問題及其解決方案，從而將問題前置，盡可能的減少后期問題的發(fā)生，最大限度地減少裝配調(diào)試的時間，縮短模具制造周期，提高企業(yè)的市場競爭力。