拉延模具板料定位设计

顾萌 纪淡泊 寇彦方

（一汽模具制造有限公司，长春130013）

1 前言

基于社会对汽车白车身的降成本等需求，汽车板料的合理利用率及输入的准确性也变得十分关键。在以往的汽车冲压件模具设计过程中，由于拉延模具板料的定位存在多种形式的定位板，如：传感器定位板，升降式定位板，带配种定位板等，但由于当前汽车行业对新车型的创新性提出了更高的要求，导致模具板料出现了较大高度差，对拉延模具定位的准确性也提出了更高要求[1]。如何准确设计摆放定位板对高度差较大板料的定位变得至关重要。

2 板料定位的多种形式

在模具结构设计过程中，当板料在压料前后无较大变化时（如顶盖），则运用普通定位板定位；当压料过程中有些位置可能会发生板料边缘翘起时（如模具板料成型后高度差较大的门板），我们要增加挡料杆和压料之间的浮动装置，以保证模具在运动过程中，可以按照预先设定完成压料，这时我们将运用防板料翘起式定位板，如图1所示，防止合模过程中板料有翘起。

当压料面高低差较大时，影响机械手工作频次，则需调控定位板高度，采用可升降式定位板，送料时定位板处于升起状态，出料时定位板处于降落状态。整个过程由气缸控制定位板的升降，如图2所示。现生产运用SANKYO（日本三协）可升降式定位板较多。

图1 防板料翘起式定位板

图2 升降式定位板

当压料面有一处下降较大时（如具有较大起伏的翼子板），需要前期托料，我们将采用带配重式定位板，也就是定位板自带配重轮，如图3所示。定位板刚接触板料时，可以起托料作用，板料在配重的作用下下落。当位置空间无法摆放多余带有传感器的定位板时，可在此状态下增加传感器位置，节省空间。但此定位板需要的躲避空间较大，需特别注意配重轮的运动过程。

图3 带配重式定位板

3 拉延模具板料定位原理

3.1 结构设计原理

在实际生产过程中，自动化设备传输信号，当板料被投入到模具时，板料需要被粗定位，粗定位后板料在重力作用下滑落，这时压料面和托料、夹料、顶料装置之间支撑，需要存在一个稳定的状态，板料在这个状态下推动传感器输出电信号，在拉延凹模与压料圈闭合的合模过程中，板料位置发生的变化趋势稳定并符合预期设计。

3.2 加工刻线原理

3.2.1 凸压料面刻线

对于凸压料面，按工艺图中Blank on closing（实物需刻线10 mm）位置装配定位板；加工数模将会给定Blank on closing、Blank on Bottom；NC沿压料面offset 10 mm刻Blank on closing和Blank on Bottom 2条线；此类零件包含翼子板、侧围、门板外板、顶盖等薄板覆盖件。

3.2.2 凹压料面刻线

对于凹压料面和板料刚性好的零部件，按Blank on Gravity(垂直投影，实物刻线10 mm)装配定位板；加工数模将给定Blank on Gravity、Blank on closing、Blank on Bottom的位置；NC沿压料面offset 10 mm刻Blank on Bottom；NC按Blank on Gravity垂直投影结果沿压料面offset 10 mm刻线，如果Blank on closing与这条线间距＞5 mm则沿压料面offset 10 mm刻线（第3条线），否则NC仅刻2条线。

4 拉延模具板料定位设计基准

4.1 板料水平传输

4.1.1 板料水平传输过程

a.当板料水平投入时，机械手在距离压料面高点约10 mm处释放板料，保证板料在释放时处于定位板导向段（直线段），已进入导入状态，此时按照工艺图中给定的初始板料线Blank on XOY数据确定定位板摆放位置，如图4所示。

图4 板料水平投入

b.当板料在重力作用下下落，可能会发生偏转，如果板料在压料面上不能获得1个稳定的支撑状态，则有必要另行设定支撑点，以三点确定1个平面为原则，在压料面已有支撑点基础上根据需要增加支撑点，定位板附属杠杆式浮动支撑，这个状态下保证传感器定位板动作输出信号，如图5所示。

图5 板料重力作用下

c.在合模过程中，压料面的板料成形，板料被成形达到压料面形状，这时使用工艺图中的闭合线数据，使板料在被成形过程时边界可控，如图6所示。如果图5和图6状态板料投影线差别＞3 mm，此时定位板需增加楔形弧形定位形状，如图7所示，实现板料在重力作用下板料边缘滑动自如并锁定姿态。在楔形弧形定位末端留有一段直线段，使板料在闭合状态下锁定板料边界。

图6 板料合模状态示意

图7 带配重托料弧形定位板

4.1.2 板料水平传输具体操作

下面以翼子板为例，在模具结构设计前，由工艺图纸应该给定Blank on XOY、Blank on Gravity、Blank on closing以及Blank on Bottom。白色线为板料投入Blank on XOY、棕色线为板料偏转时两点支撑状态、绿色线为重力状态Blank on Gravity、红色线为压料状态Blank on closing、黑色线为Blank on Bottom，如图8、图9所示。

图8 工艺板料线正视图

图9 工艺板料线俯视图

具体操作步骤如下。

a.先有白色线，平板料投入，此时定位板进入导入段；

b.棕色线与绿色线之间的状态，板料被稳定支撑，此时传感器定位板接收到信号，开始工作；

c.此时斜面（弧形）定位板开始工作，板料呈被支持状态至红色线，整个运动过程对板料支撑定位；

d.弧状定位板摆放对准红色线，需弧状定位板直线段在压料面5～10 mm之上；

e.模具结构需留有调节空间，在避让空间上注意避免破坏拉延筋，压料圈向凸模侧加工5 mm调整量避让，压料面其它部分空开2 mm，上凹模压料面加工避让区域，压料圈相同区域和结构件注意避让，压料面外需铸造空开；

f.检查项：在垂直投影方向上，收料线不被活动托料板遮挡。

4.2 板料由对中台传输到P1压机过程中被预弯（投入拉延模具）

板料预弯传输过程如下。

a.当板料在预弯状态下投入时，无法预测机械手真空吸盘和弹簧吸盘预弯板料的效果，初始定位仍需按平板料投入时给定，与板料水平传输一样，保证板料释放时处于定位板导向段（直线段），使用工艺图中的Blank on XOY给定定位板摆放位置，如图10所示。

图10 板料预弯投入

b.当真空吸盘释放时，板料凭借重力作用下落，可能会发生偏转，浮动限位会低于工艺图中重力线数据状态，同时保持板料预应力，板料预弯状态的高点由定位板附属杠杆式浮动限位装置保持，这个状态板料低点如果不稳定可以手工做齿形限位，这个状态下保证传感定位板动作可以发出信号，如图11所示。

图11 板料重力作用下

c.在合模过程中，压料面板料成形，板料被成形达到压料面形状，此时使用工艺图中的Blank on closing，使板料在被成形的过程中边界可控，如图12所示。如果图11和图12板料投影线差别＞3 mm，此时定位板需增加楔形弧形定位形状，实现板料在重力作用下板料边缘滑动自如并锁定姿态。在楔形弧形定位末端留有一段直线段，使板料在闭合状态下锁定板料边界。

4.3 凹形压料面板料传输

在模具结构设计过程中，一般门内板呈凹形板料传输，这时工艺给定的Blank on Gravity与Blank on XOY投影方向＜10 mm，这时的定位板按照重力线确定位置，如图13、图14所示。在加工时，定位板安装窝需留有5 mm调整量。传感器定位板的位置也需按照Blank on Gravity给定。

图12 合模过程中

图13 凹形板料传输

图14 凹形板料定位板摆放

4.4 刚性较好板料传输

在实际生产过程中，有一些板料的刚性较好，这些刚性较好的板料在重力作用下的变形会比较小，此时的定位板需按照Blank on Gravity（垂直投影）确定摆放位置，如图15、图16所示。在加工过程中，定位板安装窝需留有5 mm的调整量，此时的传感器定位板需按照重力线给定，并保证此状态下的传感器能接收到稳定信号。

图15 刚性较好板料传输

图16 刚性较好板料传输

5 结束语

在模具结构设计前期，设计员需先确定初始板料状态，板料是否呈被真空吸盘抓取保持水平状态，还是板料依靠真空吸盘可伸缩支臂（弹簧腿）实现的预弯状态。根据板料初始不同状态对应不同的生产过程，在设计的过程中判断板料形态，运用不同功能的定位板以及不同的定位板摆放方式，以达到对板料下落和合模状态下合理性的预期，让模具结构设计更加合理，板料得以充分利用，达到工艺预期效果，生产出更符合现场的模具结构，达到板料定位的最好形态。