自動線非對稱件雙拼模具結(jié)構(gòu)的應用

文/蘭艷春，周冰新，張民權(quán)·江鈴控股有限公司

如今汽車行業(yè)競爭越來越激烈，沖壓模具從節(jié)約成本提高效率的方面考慮，雙拼模具比單沖模具的優(yōu)點更加明顯。單沖模就是一模一件，一套模具只生產(chǎn)一個零件。雙拼模具即一模雙件，一套模具生產(chǎn)出兩個零件。對雙拼模具而言，又分為一進兩出（一張原材料生產(chǎn)出兩個左右對稱的零件，又稱左右共模）模具結(jié)構(gòu)和兩進兩出（兩種不同尺寸或者不同厚度的原材料生產(chǎn)出兩個不同形狀的零件）模具結(jié)構(gòu)。一進兩出的共模結(jié)構(gòu)其實就是利用分離工藝得出對稱或相近的兩個零件，是比較常用的模具結(jié)構(gòu)，這里我們討論的是兩進兩出的非對稱雙拼模具結(jié)構(gòu)。

雙拼模具對單沖模的優(yōu)勢

雙拼模具結(jié)構(gòu)的模具費用可大幅降低，模具工序、沖次數(shù)減少一半，制造周期相對而言可以縮短。但需要克服兩種不同工藝的零件在雙拼模具設(shè)計上的難點，如模具尺寸大提高了沖壓設(shè)備匹配性的要求，提高了模具設(shè)計難度和后期模具維護成本。雙拼模具在經(jīng)濟性上占了絕對的優(yōu)勢，這是汽車企業(yè)最看重的地方，也是汽車模具發(fā)展的趨勢，雙拼模具對單模結(jié)構(gòu)有以下幾個優(yōu)點：

降低模具費用

以某車型尾門外板上段和尾門外板下段舉例（圖1），分別對單模和雙拼模的工藝方案進行對比得出相關(guān)數(shù)據(jù)：尾門外板上段（零件尺寸0.7mm×1550mm×800mm）和尾門外板下段（零件尺寸0.7mm×1450mm×500mm）的單模結(jié)構(gòu)一般按四工序模具開發(fā)，總重量大約135.7噸，尾門外板上段、尾門外板下段單模開發(fā)參數(shù)見表1。

圖1 尾門外板上段和尾門外板下段零件數(shù)模

表1 尾門外板上段、尾門外板下段單模開發(fā)參數(shù)

如果按雙拼模具結(jié)構(gòu)開發(fā)，模具重量大約119.7噸，至少可節(jié)約10%的模具費用。模具制作費用是一次性投資，只占整車項目費用的少部分，同時減少模具存放面積，尾門外板上段和尾門外板下段雙拼模開發(fā)相關(guān)模具參數(shù)見表2。

縮短模具制造周期

以某車型按年產(chǎn)10萬臺計算，尾門外板上段和尾門外板下段模具為例：單模共需要80萬個沖次，而雙拼模具只需要40萬沖次。按照每道工序12秒（不含輔助工時），每位員工可直接節(jié)省1333小時，再加上自動線整線人員配備和生產(chǎn)設(shè)備能耗，是非?？捎^的費用，同時還減少了設(shè)備維護成本。

如今汽車行業(yè)已是一片紅海，價格競爭非常激烈，雙拼模具在經(jīng)濟上有著絕對優(yōu)勢，所以雙拼模具結(jié)構(gòu)是汽車模具發(fā)展的趨勢。

非對稱雙拼模具的設(shè)計思路及技術(shù)要點

非對稱雙拼模具因揉合兩種不同工藝水平的模具結(jié)構(gòu)，模具結(jié)構(gòu)設(shè)計中零件尺寸不一致，成形深度也不一致，模具的穩(wěn)定性是工藝難點。本方案從工藝上優(yōu)化和結(jié)構(gòu)上進行改進，使之滿足生產(chǎn)需求。

⑴非對稱雙拼模具壓力中心必須與機床中心重合，模具中心可適當偏離機床中心。

自動線生產(chǎn)過程中若模具壓力中心偏離較多，機床就會出現(xiàn)偏載，單個平衡缸超過機床的額定壓力會造成過載，機床就會出現(xiàn)報警和停機，長時間易造成機床故障。在非對稱雙拼模具中心無法與機床中心一致的情況下，通過某車型的生產(chǎn)實踐，驗證了模具中心偏離機床中心的可行性。

表2 尾門外板上段、尾門外板下段雙拼模具開發(fā)參數(shù)

以某車型尾門外板上段、尾門外板下段非對稱雙拼結(jié)構(gòu)（圖2）拉延模具為例，模具的壓力中心首選與機床中心重合，模具中心偏離機床中心85mm，從（2000噸）機床四個壓力傳感器上顯示壓力值進行跟蹤，每個點不能超過500噸的壓力。從現(xiàn)場記錄的機床壓力顯示，滿足其設(shè)計要求。

圖2 尾門外板上下段拉延工法圖

⑵非對稱雙拼拉延模具的凹模和壓邊圈增加反側(cè)導板，消除模具拉延成形不一致的反向作用力。

非對稱雙拼模具由于設(shè)計兩個產(chǎn)品在一套模具上，而因兩個產(chǎn)品的形狀及成形深度不一致，會出現(xiàn)一個產(chǎn)品成形過程中板料已經(jīng)跟凸模接觸后開始成形，另一個產(chǎn)品還未成形，如圖3所示。此時拉延模具的側(cè)向力非常大，模具成形過程的穩(wěn)定性很差。為消除非對稱雙拼拉延模兩個產(chǎn)品成形不一致產(chǎn)生的反向作用力，在凹模和壓邊圈上設(shè)計反側(cè)導板結(jié)構(gòu)，并先于板料接觸以抵消成形不一致產(chǎn)生的反向作用力，如圖4所示。

圖3 尾門上/下外板成形圖

圖4 尾門上/下外板壓邊圈圖

如某車型尾門上/下外板非對稱雙拼模具拉延工序成形深度不一致，尾門上外板成形27mm時尾門下外板凸模剛接觸到原材料，拉延成形力不一致會產(chǎn)生側(cè)向力，凹模與壓邊圈增加反側(cè)塊結(jié)構(gòu)，如圖5所示，反側(cè)塊先于原材料接觸凹模，以消除模具產(chǎn)生的側(cè)向力，使拉延過程中成形力相對平穩(wěn)。

⑶獨立壓邊圈和凹模箱式結(jié)構(gòu)設(shè)計，保證了兩種零件的拉延穩(wěn)定性。

非對稱雙拼模具因揉合兩種不同工藝水平的模具結(jié)構(gòu)，在拉延成形過程中會相互影響。若一個零件生產(chǎn)過程中出現(xiàn)開裂、縮頸的質(zhì)量問題，而另一個零件出現(xiàn)起皺、凹凸不平的質(zhì)量問題，但是開裂和起皺的調(diào)模和模具維修方式比較對立，控制板料的流入起皺是減輕了，縮頸的問題并不能解決。所以非對稱雙拼模具因揉合兩種零件在成形過程中相互影響，所以需要兩個獨立的成形結(jié)構(gòu)，如圖6所示。

圖5 反側(cè)塊圖

圖6 后地板面板中/后段雙獨立壓邊圈圖

如某車型后地板面板中/后段非對稱雙拼模具結(jié)構(gòu)采用雙獨立壓邊圈，上模凹模使用鍵槽方式安裝在上模具座（圖7），鉗工可進行裝調(diào)。同時左/右兩種零件的壓邊圈設(shè)有兩套獨立的導向機構(gòu)，如圖8所示，不相互影響保證兩種零件獨立的成形環(huán)境，零件穩(wěn)定性得到保證。

綜上所述可以得出結(jié)論，非對稱雙拼模具在工藝設(shè)計和模具結(jié)構(gòu)上的優(yōu)化，同時揉合兩種零件的工藝在模具結(jié)構(gòu)上加以改進和優(yōu)化，使非對稱雙拼模具精度和穩(wěn)定性得以提高，是非對稱雙拼模具設(shè)計主要目標。當然還要在模具結(jié)構(gòu)設(shè)計前考慮一些自動化線的特定要求，如斜楔結(jié)構(gòu)的設(shè)計要避開機器人軌跡路線，上下工序的模具結(jié)構(gòu)設(shè)計Y軸不能轉(zhuǎn)動，保證端拾器的長度小于機床立柱間的長度等問題。

圖7 后地板面板中/后段上模圖

圖8 后地板面板中/后段下模圖

結(jié)束語

通過單沖模和一模雙件模具結(jié)構(gòu)生產(chǎn)過程的經(jīng)驗積累，從工藝設(shè)計上優(yōu)化和模具結(jié)構(gòu)上創(chuàng)新，非對稱雙拼模具的穩(wěn)定性可達到常規(guī)模具的水平，極大的降低了生產(chǎn)成本，提高了生產(chǎn)效率。尾門上/下外板非對稱雙拼模具和后地板面板中/后段非對稱雙拼模具，在生產(chǎn)過程中其零件尺寸精度，廢品率和面品質(zhì)量對比，非對稱雙拼模具結(jié)構(gòu)特別是在模具穩(wěn)定性方面，達到甚至超過了普通模具。