多工位模具托起块结构对产品精度的影响

文／陈亚宁，吴晓萌，李瑞串，张海宁·长城汽车股份有限公司技术中心，河北省汽车工程技术研究中心

多工位模具具备快速、高效的独特优势，也是其被广泛应用的主要原因。托起块是多工位模具的重要组成部分，托起块能否正常工作不仅影响生产节拍，降低生产效率，还影响产品料边精度。本文从托起块结构入手分析托起块失效的原因并提出解决方案。

某车型后地板左右纵梁后段，为多工位模具。在生产过程中，托起块频繁出现松动、卡滞及错位偏移等情况，造成制件工作位置偏移，导致料边短缺，精度合格率不足85%，直接影响车身搭接精度，造成后地板左右纵梁后段焊接欠点、半点，影响车身结构强度。现场生产过程中，为避免精度问题发生，生产节拍降为15 次/min，影响生产效率。

问题原因分析

针对托起块松动、卡滞及错位偏移等情况，应从托起块结构入手分析问题原因。

该模具托起块采用分体式结构，如图1 所示，中间为托块本体，两侧分别一个推杆作为导向，推杆内放置弹簧作为回程力源，本体与推杆采用一个M8 螺栓和一个φ6 销钉连接。

图1 托起块

此托起块结构缺陷：(1)托起块属于活动部件，18 次/min 的振动频率给推杆连接螺栓、销钉带来巨大的强度压力，导致螺栓、销钉松动甚至断裂(图2)。(2)两侧推杆结构导致托起块承受两个回程力，对导向的加工精度和配合精度要求较高，当导向磨损增大或回程力源衰减不一致时，极易造成托起块无法顶起。

由于上述结构缺陷，销钉螺栓的松动、断裂，造成托块与推杆连接松动、错位，造成托起块上精定位偏移，导致模具生产过程中制件无法放入精定位或托起块带动制件错位而产生压偏制件，产品料边精度超差，如图3 所示。

图3 托起块与推杆的松动错位

整改方案确定

首先变更托起块的分体式结构；将托块与推杆组合的形式改为托起块导向一体式结构，避免出现连接螺栓、销钉等问题造成托起块异常。

其次，调整托起块力源位置；两侧推杆加弹簧的结构造成托起块两侧受回程力源，对托起块的整体性和推杆导向精度及两侧力源一致性要求较高；因此需要调整力源位置，将受力点由两侧向托起块中部调整，对应的导向位置同步向托起块中部调整，提高导向受力一致性，保证托起块顶起的一致性。

然后，改变力源种类；螺旋弹簧的弹力衰减速度快，且衰减不同步，造成托起块回程力不一致而工作姿态异常；将螺旋弹簧变更为氮气弹簧，在稳定性方面，氮气弹簧较螺旋弹簧更具备优势，并且具备更大的回程力。

最后，变更托起块压板类型，氮气弹簧具备更大的回程力，也造成托起块回程时对压板的冲击力增大，因此需要提升压板的强度，保证压板可承受托起块高频次、大力度冲击，如图4 所示。

图4 变更后的托起块

方案的效果与分析

依据最新的托起块结构对模具进行加工改造，如图5 所示。

图5 改造完成的托起块

改善后，托起块无法顶起、螺栓销钉松动断裂的情况消除，多工位18 次/min 的冲压频次下托起块工作状态稳定无异常，产品精度由85%提升至90%以上。

方案的进一步探索

基于上述方案改造后，后地板左右纵梁后段模具的托起块卡滞错位、精度不合格及生产节拍低等问题虽然得到解决，但是，在观测生产过程中发现，该模具仍然存在隐患。

开篇我们提到，从托起块的结构入手分析解决问题，虽然得到了预期的效果，但是，只考虑了托起块本身的结构，难免受局限，导致仍然存在隐患未消除。

如图6 所示，后地板左右纵梁后段为左右件，左右件分离前，中间连接部分较窄，强度较弱，导致工作过程中，制件产生上下颤动，虽然还未对产品的精度和生产效率带来影响，但是依然是一个较大的隐患。因此，我们立足模具整体结构，进行分析研究，探索整改方案。

图6 模具存在隐患

如图7 所示，模具左右两侧设置托起块，用于支撑左右制件，但由于左右件连接处薄弱，强度不足，导致左右件中部在生产振动和自身重力作用下上下颤动，形成模具隐患。

图7 制件颤动分析

解决方案

针对上述情况，可选择在左右件连接处增加一处托起块，配合左右两个托起块工作，弥补左右件连接处薄弱、强度不足问题；搭配托起块上的强磁，保证制件在生产过程中颤动量最小。

结束语

本文是一个典型的在实际应用中发现前期设计缺陷而进行优化升级的案例，无数个类似案例的积累，无数次设计优化升级，需要上下游紧密的配合。而任何一个行业的发展进步并非一蹴而就，设计开发→生产制造→应用验证→用户反馈→设计优化，往往都遵循这样一个闭环。