多工位级进铸造模在汽车内板冲压件上的研究与应用

2014-11-25刘迪祥黄顶社崔礼春何成曹龙兵

金属加工(热加工) 2014年23期

刘迪祥，黄顶社，崔礼春，何成，曹龙兵

多工位级进模又称连续模，其模腔中具有两个或两个以上的工位，且这些工位都在一条直线上，在压力机一次行程中，可完成冲裁﹑弯曲﹑拉深﹑成形等多个工序。具有效率高，生产成本低的特点。在国内，多工位级进模一般在家电钢板模领域使用比较普遍，但在汽车领域，特别是铸造模领域应用还较少。本文以某汽车门槛加强板为实例，将左右件合模并用级进模生产，从工序排布到模具设计、调试及实现给予简析，供有关人员参考。

一、产品工艺分析

产品材质为B250P1，厚1.4mm，零件尺寸为320mm×137mm×92mm，零件形面与孔均不左右对称（见图1）。该件如用单冲工艺，工艺路线为OP10落料→冲孔→OP20成形→OP30翻边→OP40冲孔侧冲孔，共需开发7套模具。因单冲生产效率低，不满足产能要求，经评议后采用左右件合模的多工位级进模生产，因模具尺寸较大，模具类型选用铸造模。

二、料带图设计

在多工位级进模中，每冲压一次条料就由送料机向前送一个步距，以到达不同工位，每个工位的工作内容都不相同，在完成所有工序前，工序件与料带不分开。

料带图设计就是确定每个工位的加工内容。料带图设计是多工位级进模设计的关键，也是模具结构设计的依据，料带图一经确定，也就确定了模具的工位数、步距及产品的材料利用率。在设计料带图时，需注意如下事项：①压力机中心与模具中心需基本一致，保证受力平衡，如无法保证一致，偏心不得超过100mm，可适当设置空工位，以备后期产品设计变化或避让干涉及保证受力平衡。②为使料带定位可靠，一般可在第一工位冲压一些工艺孔作为后工位定位孔，孔离形面较近时，可先冲小孔定位，后面冲到需要尺寸的大孔，或先成形后冲孔。③废料及成品件应能顺畅排落，送料需要顺畅。④既有成形又有弯曲的工件，先成形后弯曲，以免因材料流动影响已定形形面。⑤需考虑模具制造及维修的方便性。⑥载体必须有足够强度，能平稳地按工序送进。

本文案例设计的料带，如图2所示，载体选择的是双中载体，料片展开采用的软件是AUTOFROM，选择的冲压机为带连冲功能的6300kN压力机。

三、零件的定位设计

多工位级进模中，为保证凸凹模及工序件之间相对位置的准确，必须有可靠准确的定位装置，定位主要定3个方向，即X向、Y向和Z向。通常采用导正销和其他粗定位方式配合使用，导正销导正就是用装在上模的导正销插入料带上的导正孔，保证料带在模具中每一次冲压的位置一致。本文即在工位1冲出工艺导正孔，工位2～6中都用导正销精定位X、Y向，全工位用浮顶销粗定位Z向，用导料板辅助定位定Y向和Z向。再在工位7中导正孔位置处冲出产品孔，如图3所示。

图1 产品示意

四、结构图设计

1.模具结构

为减小模具尺寸，本级进模具未采用常规模具的导腿导板结构，而是使用4个导柱导向，模具长度由此减短约750mm，然后使用嵌入式吊耳，宽度也由此减少约400mm，最终该级进模具尺寸为2575mm×1020mm×800mm。模具主要由上模座、卸料板、下模座、托料板，各成形及修边凸凹模，以及各类标准件等部件组成。

2.卸料装置

卸料装置是多工位级进模中的重要部件，一方面在开始冲压之前压紧料带，防止料带窜动，另一方面保证平稳卸料并保护凸模。卸料板压紧料带的压力一般为冲裁力5%左右。其计算公式为

式中 t——料厚（mm）；

L——切断长度（mm）；

τ——切断强度（kg/mm2）。

本文共采用三块卸料板，并采用导柱导套导向。从空间及使用寿命考虑，选用氮气弹簧作为压料板压力源，为了使压力衡定和及时发现问题，氮气弹簧串联在一起并在模具外安装有可视压力表。

3.托料装置

多工位级进模是依靠送料装置按设计步距自动送料，料带经过修冲成形后，在料厚方向都会有不同程度的变形，为使料带顺利送进，必须将已经成形的料带顶起，使料带稍高于下模工作部分。本文在修冲工位共使用三块托料板，在成形工位使用1个托料芯（下方镦死）和8个浮顶销，所有托料装置均使用导柱导套导向。

4.设计注意事项

设计多工位级进模结构时（见图4、图5），还需注意如下事项：

（1）因为冲压节拍很高，冲孔废料可能会带出模具表面而损坏模具，所以正侧冲选择的冲头均应为顶料型凸模。

（2）为便于加工及维修，所有修冲刀块应设计为嵌块式，成形部位剧烈变形处采用拼块式，因产品材料为高强度板且料厚为1.4mm，所有修冲及成形刀块均选用Cr12MoV的材料，且淬火硬度达到55HRC以上。

（3）为保护凸凹模，所有卸料板及下模活动块均需使用导柱导套导向，以保证其较高运动精度，且模具精度要求更高时，导柱导套还应选用滚珠式。

（4）所有冲孔凹模使用凹模套标准件，便于维修及更换。

（5）卸料板应在成形前压住板料，且所有卸料板应同时接触料带，行程也需完全一致，安全螺钉行程比工作螺钉行程要长5～10mm。卸料螺钉应对称分布，并选用带管套的卸料螺钉，可配合使用行程调整轴环来延长行程。

（6）为减少料带与凸模之间的摩擦，应采用托料板或浮动装置顶起料带，顶出高度应高出下模成形刀块。

图2 料带图

图3 料带定位示意

（7）为使废料能自动滑落，废料滑料角度应不小于25°，且有足够的旋转空间。

5.级进模的加工与调试

级进模不仅要求成品冲压件精度合格，为保证模具高速运行精度，级进模对数控加工精度及模具各部件位置精度要求也很高。本级进模就将成形、冲孔凸模等位置精度要求高的部件装配到模座上后，再与模座一起在高精度数控机床上一次加工而成，压料芯等活动部件加工出坐标基准孔后建立坐标系数控加工完成，各种镶块及刀块是加工出装配面后，再用装配面建立坐标系加工。

模具完成加工及装配后需要调试，其第一阶段保证模具可动部分如斜楔、托料板、卸料板等部件运行顺畅稳定无干涉。第二阶段提升研合率及成形件出品率，保证件能生产出来，第三阶段是提升冲压件精度，消除毛刺及其他表面问题等。

模具出厂前需进行模具静态、动态检查，冲压件表面质量检查及合格率检查，均合格后才可以出厂。

模具静检主要检测铸件是否有缺陷，型面、导滑面质量，硬度等是否符合技术要求。模具动检主要检测各部件是否运行顺畅，工作部分研合率（在料带上涂上颜料检测其与模具的贴合面积）是否达标。冲压件表面质量检查主要检查冲压件拉毛、暗伤、起皱、毛刺、开裂、压伤等表面质量缺陷。合格率检查是在检具上结合冲压件基准书对冲压件进行精度检测。经过4个月工装厂家调试，本级进模顺利出件，冲压件及模具均验收合格后进入冲压厂生产基地。