文/何鵬申，趙鴻鵠，阮林凡·安徽江淮汽車股份有限公司技術(shù)中心

關(guān)于白車身級進(jìn)模開發(fā)解析

文/何鵬申，趙鴻鵠，阮林凡·安徽江淮汽車股份有限公司技術(shù)中心

何鵬申，主要從事沖壓工藝規(guī)劃、沖壓工藝設(shè)計、模具結(jié)構(gòu)設(shè)計、模具工裝開發(fā)管控等工作，獲江淮汽車第三屆科技論文大賽二等獎，擁有10項(xiàng)發(fā)明專利、若干項(xiàng)實(shí)用新型專利。

隨著汽車行業(yè)的競爭日益白熱化，人們對外覆蓋件外觀質(zhì)量、剛性、強(qiáng)度及美觀性也有了更高的要求。為適應(yīng)目前國內(nèi)外汽車市場發(fā)展的新形勢，為提高模具自主研發(fā)水平及產(chǎn)品科技含量，各整車廠陸續(xù)開展了級進(jìn)模新技術(shù)的開發(fā)及應(yīng)用，力求在整車能力穩(wěn)步發(fā)展中不斷尋求技術(shù)創(chuàng)新和進(jìn)步。我司現(xiàn)已完成首批級進(jìn)模具開發(fā)并交付生產(chǎn)。

與普通單工序模具相比，級進(jìn)模具有以下優(yōu)勢：

⑴生產(chǎn)效率高，生產(chǎn)節(jié)拍最低30件/分鐘，是普通鋼板模的3倍；

⑵制件精度高，沖壓質(zhì)量好，單件平均合格率在95%以上；

⑶降低生產(chǎn)成本，提高了單臺機(jī)床設(shè)備1.5倍的產(chǎn)出率；

⑷自動化的生產(chǎn)方式，安全環(huán)保，降低人工成本，且提高工人操作的主動安全系數(shù)。

⑸將原需由多個單工序模具組合、多個沖次才能完成的沖壓加工，轉(zhuǎn)變?yōu)樵谝桓蹦＞呱隙鄠€工步一個沖次完成，沖次數(shù)降低為原來的1/4～1/3，生產(chǎn)效率大大提高。

⑹級進(jìn)模主要用于沖制厚度較薄（一般不超過2mm)、產(chǎn)量大，形狀復(fù)雜、精度要求較高的中、小型零件。用這種模具沖制的零件，精度可達(dá)IT10級。

級進(jìn)模技術(shù)規(guī)劃

由上可知，多工位級進(jìn)模的結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，模具設(shè)計和制造技術(shù)要求較高，同時對沖壓設(shè)備、原材料也有相應(yīng)的要求，模具的成本高。因此，在模具設(shè)計前必須對工件進(jìn)行全面分析，然后合理確定該工件的沖壓成形工藝方案，正確設(shè)計模具結(jié)構(gòu)和模具零件的加工工藝規(guī)程，以獲得最佳的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益。

在提升產(chǎn)能方面，級進(jìn)模技術(shù)與傳統(tǒng)技術(shù)對比分析，如圖1所示。

圖1 級進(jìn)模技術(shù)與傳統(tǒng)技術(shù)的對比分析圖

級進(jìn)模開發(fā)

級進(jìn)模的結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，模具設(shè)計和制造技術(shù)要求較高，同時對沖壓設(shè)備、原材料也有相應(yīng)的要求，模具的成本高。因此，在模具設(shè)計前必須對工件進(jìn)行全面分析，然后合理確定該工件的沖壓成形工藝方案，正確設(shè)計模具結(jié)構(gòu)和模具零件的加工工藝規(guī)程，以獲得最佳的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益。顯然，采用級進(jìn)模進(jìn)行沖壓成形與采用普通沖模進(jìn)行沖壓成形在工藝、模具結(jié)構(gòu)設(shè)計及模具加工等方面存在許多不同，本文將重點(diǎn)介紹級進(jìn)模在沖壓工藝、模具設(shè)計及制造生產(chǎn)上的不同之處。

級進(jìn)模開發(fā)包括開發(fā)立項(xiàng)、排樣設(shè)計、2D/3D結(jié)構(gòu)設(shè)計、實(shí)物制造、組立調(diào)試、生產(chǎn)線設(shè)備匹配等部分，具體開發(fā)流程如圖2所示。

排樣工藝設(shè)計

排樣設(shè)計是級進(jìn)模設(shè)計的關(guān)鍵步驟之一，零件排樣的合理與否，不僅關(guān)系到材料的利用率、工件的精度、模具制造的難易程度和使用壽命等，而且關(guān)系到模具各工位的協(xié)調(diào)與穩(wěn)定。相對于普通模具單工序模，要求更細(xì)化。首先要根據(jù)沖壓件圖紙計算出展開尺寸，然后進(jìn)行各種方式的排樣。在確定排樣方式時，還必須對工件的沖壓方向、變形次數(shù)、變形工藝類型、相應(yīng)的變形程度及模具結(jié)構(gòu)的可能性、模具加工工藝性、企業(yè)實(shí)際加工能力等進(jìn)行綜合分析判斷。同時在全面考慮工件精度和能否順利進(jìn)行級進(jìn)沖壓生產(chǎn)后，從幾種排樣方式中選擇一種最佳方案。完整的排樣圖應(yīng)給出工位的布置、載體結(jié)構(gòu)形式和相關(guān)尺寸等。

級進(jìn)模排樣工藝設(shè)計一般遵循以下原則：

⑴展開制件→確定形狀、尺寸；

⑵工序安排→前工序（沖裁）→中間成形→最后沖裁；第一工位（沖導(dǎo)正孔）→第二工位（導(dǎo)正）→第三工位（檢測）；

⑶空工位的運(yùn)用，用于修模、維護(hù)及整改工位；

⑷分段沖切及分段成形的運(yùn)用。

當(dāng)帶料排樣圖設(shè)計完成后，模具的工位數(shù)及各工位的內(nèi)容，被沖制工件各工序的安排及先后順序，工件的排列方式，模具的送料步距，條料的寬度和材料的利用率，導(dǎo)料方式，彈頂器的設(shè)置和導(dǎo)正銷的安排，模具的基本結(jié)構(gòu)等就基本確定。所以排樣設(shè)計是多工位級進(jìn)模設(shè)計的重要內(nèi)容，是模具結(jié)構(gòu)設(shè)計的依據(jù)之一，是決定多工位級進(jìn)模設(shè)計優(yōu)劣的主要因素之一。

級進(jìn)模主要零部件的設(shè)計

圖2 級進(jìn)模開發(fā)流程圖

多工位級進(jìn)模工位多，細(xì)小零件和鑲塊多，機(jī)構(gòu)多，動作復(fù)雜，精度高，其零部件的設(shè)計除應(yīng)滿足一般沖壓模具零部件的設(shè)計要求外，還應(yīng)根據(jù)多工位級進(jìn)模的沖壓成形特點(diǎn)和成形要求、分離工序和成形工序差別、模具主要零部件制造和裝配要求來考慮其結(jié)構(gòu)形狀和尺寸，認(rèn)真進(jìn)行系統(tǒng)協(xié)調(diào)和設(shè)計。

在多工位級進(jìn)模中有許多類似沖小孔凸模、沖窄長槽凸模、分解沖裁凸模等，應(yīng)根據(jù)具體的沖裁要求、被沖裁材料的厚度、沖壓的速度、沖裁間隙和凸模的加工方法等因素來考慮這些凸模的結(jié)構(gòu)及其凸模的固定方法。對于沖小孔凸模，通常采用加大固定部分直徑，縮小刃口部分長度的措施來保證小凸模的強(qiáng)度和剛度。當(dāng)工作部分和固定部分的直徑差太大時，可設(shè)計多臺階結(jié)構(gòu)。各臺階過渡部分必須用圓弧光滑連接，不允許有刀痕。特別小的凸?？梢圆捎帽Ｗo(hù)套結(jié)構(gòu)。比如φ0.3mm左右的小凸模，其頂端露出保護(hù)套約3.0～4.0mm。另外，卸料板還應(yīng)考慮能起到對凸模的導(dǎo)向保護(hù)作用，以消除側(cè)壓力對凸模的作用而影響其強(qiáng)度。

對于沖孔廢料在設(shè)計時應(yīng)考慮采取一些措施，防止廢料隨凸模上竄。故對φ2.0mm以上的凸模應(yīng)采用帶頂出銷的凸模結(jié)構(gòu)，利用彈性頂銷使廢料脫離凸模端面。或在凸模中心加通氣孔，減小沖孔廢料與沖孔凸模端面上的“真空區(qū)壓力”，使廢料易于脫落。

沖裁彎曲多工位級進(jìn)?；驔_裁拉深多工位級進(jìn)模的工作順序，一般是先由導(dǎo)正銷導(dǎo)正條料，待彈性卸料板壓緊條料后，開始進(jìn)行彎曲或拉深，然后進(jìn)行沖裁，最后是彎曲或拉深工作結(jié)束。沖裁是在成形工作開始后進(jìn)行，并在成形工作結(jié)束前完成。所以沖裁凸模和成形凸模高度是不一樣的，要正確設(shè)計沖裁凸模和成形凸模高度尺寸。

制造工藝

多工位級進(jìn)模結(jié)構(gòu)復(fù)雜，鑲塊較多，模具制造精度要求很高，同時為了保障高速、高精度的沖壓生產(chǎn)要求，及模具零件高互換性要求，在模具零件磨損或損壞后要求更換迅速、方便、可靠。因此在級進(jìn)模上大量采用高強(qiáng)度的高合金工具鋼、高速鋼或硬質(zhì)合金等材料，用以沖裁異形孔、成形翻邊等工作，給模具的制造、調(diào)試及維修帶來一定的難度。這類材料必須應(yīng)用慢走絲線切割加工、成形磨削、坐標(biāo)鏜、坐標(biāo)磨等先進(jìn)加工方法制造模具。

生產(chǎn)設(shè)備

與普通鋼板模的通過沖壓工單工序生產(chǎn)相比，級進(jìn)模生產(chǎn)需要配套使用自動化送料機(jī)、板料矯平機(jī)、自動出件、安全檢測等自動化裝置（圖3），保證級進(jìn)模安全、高效、高精度生產(chǎn)。與機(jī)床一同實(shí)現(xiàn)零件的全程自動化生產(chǎn)。

圖3 級進(jìn)模生產(chǎn)設(shè)備

表1 常見級進(jìn)模調(diào)試問題及對策

級進(jìn)模調(diào)試解析

與普通模具相比，級進(jìn)模的試模問題更多，很難一次成功，常常需在多輪調(diào)試中不斷發(fā)現(xiàn)問題和解決問題，根據(jù)所產(chǎn)生的毛病原因，確定正確的調(diào)試與修整方法，使其能正常生產(chǎn)。

制造模具的目的是為了生產(chǎn)出合格產(chǎn)品，因此在試模時需抓住兩個關(guān)鍵：一是，模具各部位動作是否順暢，料帶能否順利送進(jìn)，各頂出和壓料結(jié)構(gòu)是否正常；二是，生產(chǎn)的零件精度是否達(dá)標(biāo)，模具上的問題一定會反映到產(chǎn)品上，因此需學(xué)會從產(chǎn)品分析模具問題。

因級進(jìn)模往往將沖裁、彎曲、拉深等工藝集合，因此可能發(fā)生問題繁多，因此不一一介紹，現(xiàn)將常見問題及調(diào)整方法列出，見表1。

產(chǎn)品實(shí)物驗(yàn)證

采用級進(jìn)模模具進(jìn)行沖壓生產(chǎn)，零件精度高，生產(chǎn)效率提升明顯，級進(jìn)模模具實(shí)物和零件料帶實(shí)物，如圖4、圖5所示。

圖4 模具實(shí)物

圖5 零件料帶

結(jié)束語

本文通過對級進(jìn)模開發(fā)過程的研究，詳實(shí)的講解了級進(jìn)模在沖壓工藝、模具設(shè)計及制造生產(chǎn)上的不同之處，對排樣、結(jié)構(gòu)設(shè)計、調(diào)試生產(chǎn)進(jìn)行了介紹。級進(jìn)?？捎行岣吡慵?、生產(chǎn)效率，同時生產(chǎn)周期短，占用的操作人員少，非常適合大批量沖壓生產(chǎn)。