C70E敞車下側(cè)門板復(fù)合模設(shè)計及應(yīng)用

文／趙晨暉，張瑞喜·中車齊齊哈爾車輛有限公司沖壓分廠

下側(cè)門板是鐵路貨車關(guān)鍵的外觀件，其質(zhì)量的好壞直接影響整機制造水準。設(shè)計及應(yīng)用復(fù)合模具，可以提高生產(chǎn)效率，可以減少物料的頻繁倒運；利用三維軟件設(shè)計模具，提高模具柔性化、參數(shù)化和準確化水平，減少設(shè)計失誤；介紹模具設(shè)計的要點和優(yōu)化趨勢，提升模具共享化設(shè)計思維。

C70E 下側(cè)門板生產(chǎn)工序為：裁料→校平→剪切→壓形→落料，其產(chǎn)品質(zhì)量已處于鐵路行業(yè)的中游，有必要重新審視，設(shè)計復(fù)合模具，提高整機產(chǎn)品質(zhì)量的檔次。

工藝分析

生產(chǎn)現(xiàn)狀

C70E 下側(cè)門壓形模具(C103-1807-00-00)原在4000t 水壓機(現(xiàn)已報廢)上使用，現(xiàn)在2600t 油壓機上使用，詳見圖1，需要4 名操作者，落料模具(C107-1763-00-00)在2000t 沖床上使用，詳見圖2，需要4 名操作者，2600t 油壓機和2000t 沖床分布在2 個廠房，壓形和落料兩道工序之間需要4 次跨廠房物料倒運，需要1 名操作者，若使用復(fù)合模，見圖3，圖4，圖5，則可以減少5 名操作者，避免浪費人力物力，符合精益生產(chǎn)理念。

圖1 下側(cè)門板壓形模

圖2 下側(cè)門板落料模

圖3 下側(cè)門復(fù)合模

圖4 下側(cè)門板復(fù)合模結(jié)構(gòu)示意圖

模具壓邊力的合理區(qū)間確定

模具彈性壓邊有4 種方式，即碟形彈簧、鐵素體壓縮彈簧、聚氨酯彈簧、設(shè)備壓邊四種方式。碟形彈簧初始壓邊力較大，但沖裁行程??；鐵素體壓縮彈簧初始壓邊力較小，但沖裁行程較大；小型圓柱形聚氨酯彈簧初始壓邊力略大，沖裁行程也較大，在大型模具上使用碟形彈簧、鐵素體壓縮彈簧或小型圓柱形聚氨酯彈簧，提供上百噸的壓邊力，排布十分困難或者模具十分龐大，得不償失。在無法使用設(shè)備壓邊情況下，但像C70E 下側(cè)門板大型壓形模具，沖壓行程48mm(成形深度45mm+預(yù)壓縮量3mm)，壓邊力為150 ～170 噸，只能使用大型聚氨酯塊彈簧。大型聚氨酯塊彈簧沒有確切的試驗數(shù)據(jù)，僅能參照小型圓柱形聚氨酯彈簧，其壓邊力和壓縮量是經(jīng)驗冪指數(shù)函數(shù)關(guān)系，把大型聚氨酯彈簧認為是多個小型聚氨酯彈簧的并聯(lián)組合，是一種簡單正比例的疊加，理論壓邊力和實際壓邊力很難吻合，甚至相差較大，在模具試驗和實際生產(chǎn)過程中造成調(diào)節(jié)頻繁，當(dāng)理論壓邊力大于實際壓邊力時工件出現(xiàn)縮頸和斷裂，當(dāng)理論壓邊力小于實際壓邊力時工件出現(xiàn)皺褶和翹曲，壓邊力過大或過小均不利于保證工件的產(chǎn)品質(zhì)量，尤其當(dāng)材料的機械性能和屈強比發(fā)生變化時，模具所需的壓邊力合理區(qū)間確定極其困難，頻繁調(diào)整令人煩惱，且影響生產(chǎn)正常秩序，可見壓邊力合理區(qū)間確定困難。因此有必要合并工序，利用2600t油壓機的設(shè)備壓邊(數(shù)顯的)，隨時隨地準確調(diào)整模具所需壓邊力，提升產(chǎn)品的質(zhì)量和生產(chǎn)效率。

模具設(shè)計

工作原理

2600t 油壓機的壓邊裝置為被動壓邊裝置，設(shè)備的10 個傳力桿分布位置詳見圖6 所示，傳力桿左右前后對稱，依次通過模具的傳力板、打桿、壓邊圈傳導(dǎo)到板料上。當(dāng)壓料板和板料接觸后，設(shè)備的壓邊力起作用，模具繼續(xù)下行，當(dāng)模具上下挫動塊的凸起和凸起完全接觸時，成形工序結(jié)束。設(shè)備滑塊向上略抬起10 ～20mm，下挫動塊在風(fēng)缸下拉動下，向外(向東)運動和下模體的內(nèi)壁完全接觸，停止運動，設(shè)備滑塊再次向下運動，當(dāng)模具上下挫動塊的凹槽和凸起完全接觸時，落料工序結(jié)束。設(shè)備滑塊上升到預(yù)設(shè)位置，下挫動塊在風(fēng)缸下的作用下，向里(向西)運動和下模體的另一側(cè)內(nèi)壁接觸停止運動，回到壓形狀態(tài)。周而復(fù)始，1 套模具完成壓形落料2 道工序。

圖6 2600t 油壓機傳力桿位置分配和造型圖

上模體組成、上下壓形鑲塊、壓邊圈組成、風(fēng)缸組成、上下料滾道組成等零部件是常規(guī)設(shè)計，不再復(fù)述。下面對上下落料刃組成、浮動塊組成、運輸銷組成、卸料彈簧盒組成、下模體組成的設(shè)計要點利用CREO2.0 三維軟件進行柔性化、參數(shù)化設(shè)計。

上下落料刃組成的設(shè)計

上下刃組成詳見圖7、圖8 和圖9，上刃組成的上刃(1)和下刃(1)的90°直角拼接處由2 塊刃銜接變成1 塊刃，便于精準調(diào)整模具的落料間隙，克服工件四個角部斷面幾乎全部是光亮帶而產(chǎn)生的毛刺，導(dǎo)致工件在下模體頂出時與落料下刃側(cè)壁存在較大的摩擦阻力，迫使四個角部向下產(chǎn)生撓度，導(dǎo)致工件的整體平面度超過5mm。下刃的寬度50mm，距離刃口四周加工寬5 ～6mm 的斜刃，便于降低落料力，其余的面積保證壓邊圈、板料、下刃組成有足夠的接觸面積，保證模具成形時有足夠的壓邊力，從而保證模具成形時工件不出現(xiàn)褶皺和平面度超差等質(zhì)量問題。下刃組成的上平面略高于下模體組成的上表面0.05 ～0.10 mm，保證壓邊圈下平面、板料與下刃上平面在成形時緊緊貼合，下落料刃的上平面的粗糙度從Ra1.6μm 刻意加大到Ra50μm，增大粗糙度，進而增大板料與下刃接觸產(chǎn)生有利的摩擦力，進而加大模具的壓邊力，消除壓形可能出現(xiàn)皺褶等質(zhì)量缺陷的隱患。

圖7 上刃組成圖

圖8 下刃組成圖

圖9 下刃(1)圖

浮動塊組成的設(shè)計

浮動塊組成由下挫動塊和浮動塊組成，詳見圖10，凹模壓形鑲塊坐落在上面，下面由卸料彈簧盒組成支撐，在凹模刃口中上下運動，兩者間隙量為1.0mm，距4 面直臂15mm 處開角度為60°，深度為2mm 的阻尼凹槽，詳見圖11 的局部放大圖，當(dāng)模具落料結(jié)束后，盡量使飛邊毛刺落在下模體的型腔內(nèi)或沿60°向外飛出，防止當(dāng)設(shè)備滑塊上升時飛邊毛刺吸附到凹模上表面，工件再度成形時下表面被硌傷。

圖10 壓邊圈組成圖

圖11 四壁阻尼槽圖

運輸銷組成的設(shè)計

上下模體各有4 個運輸銷，詳見圖12 和圖13，當(dāng)重力環(huán)和銷軸軸心重合時，一起抽出吊裝座側(cè)向孔，鋼絲繩放置在吊裝座內(nèi)后，重力環(huán)和銷軸一起穿過吊裝座側(cè)向孔，重力環(huán)在重力的作用下始終向下，封住吊裝座側(cè)向孔，無論模具吊運、拆裝、翻裝，鋼絲繩不會脫落，快速翻轉(zhuǎn)模具，保證模具維修操作人員的生命安全。

圖12 本模具運輸銷圖

圖13 以往模具運輸銷圖

卸料彈簧盒組成的設(shè)計

卸料彈簧盒組成(圖14)由下墊板、鐵素體彈簧、卸料螺釘和上墊板組成，以往的模具設(shè)計，沒有下墊板，卸料螺釘直接固定在下模體上，當(dāng)模具調(diào)整或更換彈簧時，所有的卸料螺釘必須全部拆除，在模具型腔內(nèi)拆除卸料螺釘，作業(yè)空間狹小，容易碰傷操作者的腿部。現(xiàn)模具卸料彈簧盒可以從下模體的型腔內(nèi)通過2XM20mm 的吊鉤整體吊出進行分體調(diào)整，避免人員集中一起修理模具，可以快速調(diào)整模具。

圖14 卸料彈簧盒組成圖

下模體組成的設(shè)計

先前P70 棚車側(cè)板復(fù)合模、C70敞車的側(cè)門板復(fù)合模，下模體四面?zhèn)瓤蚴欠煮w結(jié)構(gòu)，用M36mm 的螺栓和φ50mm 定位銷固定后，再與底座連接，使用一段時間后，連接結(jié)合部，模具落料時因存在側(cè)向力向外作用，落料間隙向外必然擴張而被放大，大于模具所需的合理間隙，但當(dāng)模具靜止狀態(tài)下測量模具的間隙值，有時又合理，只能按動態(tài)調(diào)整模具狀態(tài)調(diào)整，間隙調(diào)整量不準確，工件斷面時不時出現(xiàn)飛邊毛刺，有時出現(xiàn)負間隙，在模具空運轉(zhuǎn)時，偶爾產(chǎn)生刃崩可能傷及操作者的事件。隨著模具制造設(shè)備的進步，本模具下模體采用整體結(jié)構(gòu)設(shè)計，詳見圖15，在中部鑄造工藝凹槽，詳見圖16，可以避免型腔內(nèi)部整體加工，避免產(chǎn)生兩面加工結(jié)合部的錯牙，上定位面保證壓形凹模與壓形凸模的成形合理間隙，下定位面保證下挫動塊在風(fēng)缸作用下行程(100±2)mm，從而保證上下挫動塊凸起凹槽的交替接觸，完成壓形工序和落料工序的轉(zhuǎn)變。中間部位設(shè)計12mmXφ60mm 的 工藝孔,釋放鑄造和機械加工的應(yīng)力，增加下模體的剛度，從根本上保證落料間隙的均勻性和合理性，同時可以清晰看到拉桿運行狀態(tài)及上下挫動塊接觸狀態(tài)。

圖15 下模體組成圖

圖16 下模體側(cè)壁工藝槽圖

調(diào)整驗證

⑴凹模鑲塊在磨制過程中存在磁力，生產(chǎn)中飛邊毛刺被吸到凹模的上表面，導(dǎo)致工件的下表面，尤其兩個長邊的下表面，在壓形時產(chǎn)生硌傷，詳見圖17。硌傷產(chǎn)生在工件下表面，不能看到，容易被掩蓋和忽視，流入到組裝工序方能發(fā)現(xiàn)，工作略顯被動。在浮動塊下墊板下面加6mm 的墊板，增大下落料刃到凹模上表面在自由狀態(tài)下的距離(通常2 ～3mm)，此時為8mm，吸力和距離的平方成反比關(guān)系，吸力減少了15/16，也就減少了飛邊毛刺吸到凹模上表面的幾率，同時下刃的后側(cè)90°直角倒成R2mm ～R3mm 的工藝圓角，減少工件在拉深過程中產(chǎn)生劃痕或飛邊，詳見圖18 和圖19。

圖17 工件表面硌痕局部放大圖

圖18 試驗工件照片

圖19 工件組裝照片

⑵浮動塊組成在下模體吊出困難，四邊均勻各去掉0.5mm，保證浮動塊組成拆裝自如。

⑶理論計算的壓邊力為150 ～170 噸，實際的壓邊力(設(shè)備的壓邊力是數(shù)顯的)為110 ～130 噸，可見理論計算的壓邊力偏大，理論按最小值150 噸，實際按最大值130 噸，則兩者偏差(150-130)/150=13.3%，最小偏差13.3%按概率學(xué)的論斷也是較大的，所以說通過加大聚氨酯塊彈簧面積而增大壓邊力或者在聚氨酯塊彈簧鉆工藝孔減少面積而減少壓邊力調(diào)整模具所需的壓邊力，是件困難的事情，最好利用設(shè)備的壓邊進行模具設(shè)計。

⑷單獨壓形的模具，板料下料工序尺寸為5mm×965mm×1425mm，按理復(fù)合模具因存在落料工序，壓邊面積已減小，在板料長度下料尺寸1425mm 基礎(chǔ)上應(yīng)加長30mm，但使用5mm×965mm×1425mm板料的試驗居然是成功的，也就是說模具初始壓邊力的加大可以減少下料尺寸的長度。

結(jié)束語

⑴加大下刃和板料接觸的上表面粗糙度，可以增大不同部位摩擦系數(shù)，可以增大模具的壓邊力；

⑵在上下模具分開自由狀態(tài)下，適當(dāng)加大凹模上表面到下刃上表面的距離，可減少飛邊毛刺吸附到凹模上表面的幾率；

⑶模具初始壓邊力的增大，可以減小板料的下料尺寸。