文／趙晨暉，張瑞喜·中車(chē)齊齊哈爾車(chē)輛有限公司沖壓分廠

下側(cè)門(mén)板是鐵路貨車(chē)關(guān)鍵的外觀件，其質(zhì)量的好壞直接影響整機(jī)制造水準(zhǔn)。設(shè)計(jì)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(yùn)；利用三維軟件設(shè)計(jì)模具，提高模具柔性化、參數(shù)化和準(zhǔn)確化水平，減少設(shè)計(jì)失誤；介紹模具設(shè)計(jì)的要點(diǎn)和優(yōu)化趨勢(shì)，提升模具共享化設(shè)計(jì)思維。

C70E 下側(cè)門(mén)板生產(chǎn)工序?yàn)椋翰昧稀Ｆ健羟小鷫盒巍淞?，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(jì)復(fù)合模具，提高整機(jī)產(chǎn)品質(zhì)量的檔次。

工藝分析

生產(chǎn)現(xiàn)狀

C70E 下側(cè)門(mén)壓形模具(C103-1807-00-00)原在4000t 水壓機(jī)(現(xiàn)已報(bào)廢)上使用，現(xiàn)在2600t 油壓機(jī)上使用，詳見(jiàn)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(jiàn)圖2，需要4 名操作者，2600t 油壓機(jī)和2000t 沖床分布在2 個(gè)廠房，壓形和落料兩道工序之間需要4 次跨廠房物料倒運(yùn)，需要1 名操作者，若使用復(fù)合模，見(jiàn)圖3，圖4，圖5，則可以減少5 名操作者，避免浪費(fèi)人力物力，符合精益生產(chǎn)理念。

圖1 下側(cè)門(mén)板壓形模

圖2 下側(cè)門(mén)板落料模

圖3 下側(cè)門(mén)復(fù)合模

圖4 下側(cè)門(mén)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?jí)哼吜^大，但沖裁行程??；鐵素體壓縮彈簧初始?jí)哼吜^小，但沖裁行程較大；小型圓柱形聚氨酯彈簧初始?jí)哼吜β源螅瑳_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(wú)法使用設(shè)備壓邊情況下，但像C70E 下側(cè)門(mén)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(méi)有確切的試驗(yàn)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(yàn)冪指數(shù)函數(shù)關(guān)系，把大型聚氨酯彈簧認(rèn)為是多個(gè)小型聚氨酯彈簧的并聯(lián)組合，是一種簡(jiǎn)單正比例的疊加，理論壓邊力和實(shí)際壓邊力很難吻合，甚至相差較大，在模具試驗(yàn)和實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中造成調(diào)節(jié)頻繁，當(dāng)理論壓邊力大于實(shí)際壓邊力時(shí)工件出現(xiàn)縮頸和斷裂，當(dāng)理論壓邊力小于實(shí)際壓邊力時(shí)工件出現(xiàn)皺褶和翹曲，壓邊力過(guò)大或過(guò)小均不利于保證工件的產(chǎn)品質(zhì)量，尤其當(dāng)材料的機(jī)械性能和屈強(qiáng)比發(fā)生變化時(shí)，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(jiàn)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(jī)的設(shè)備壓邊(數(shù)顯的)，隨時(shí)隨地準(zhǔn)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(jì)

工作原理

2600t 油壓機(jī)的壓邊裝置為被動(dòng)壓邊裝置，設(shè)備的10 個(gè)傳力桿分布位置詳見(jiàn)圖6 所示，傳力桿左右前后對(duì)稱，依次通過(guò)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(dòng)塊的凸起和凸起完全接觸時(shí)，成形工序結(jié)束。設(shè)備滑塊向上略抬起10 ～20mm，下挫動(dòng)塊在風(fēng)缸下拉動(dòng)下，向外(向東)運(yùn)動(dòng)和下模體的內(nèi)壁完全接觸，停止運(yùn)動(dòng)，設(shè)備滑塊再次向下運(yùn)動(dòng)，當(dāng)模具上下挫動(dòng)塊的凹槽和凸起完全接觸時(shí)，落料工序結(jié)束。設(shè)備滑塊上升到預(yù)設(shè)位置，下挫動(dòng)塊在風(fēng)缸下的作用下，向里(向西)運(yùn)動(dòng)和下模體的另一側(cè)內(nèi)壁接觸停止運(yùn)動(dòng)，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(jī)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(jì)，不再?gòu)?fù)述。下面對(duì)上下落料刃組成、浮動(dòng)塊組成、運(yùn)輸銷(xiāo)組成、卸料彈簧盒組成、下模體組成的設(shè)計(jì)要點(diǎn)利用CREO2.0 三維軟件進(jìn)行柔性化、參數(shù)化設(shè)計(jì)。

上下落料刃組成的設(shè)計(jì)

上下刃組成詳見(jiàn)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(zhǔn)調(diào)整模具的落料間隙，克服工件四個(gè)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(shí)與落料下刃側(cè)壁存在較大的摩擦阻力，迫使四個(gè)角部向下產(chǎn)生撓度，導(dǎo)致工件的整體平面度超過(guò)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(shí)有足夠的壓邊力，從而保證模具成形時(shí)工件不出現(xiàn)褶皺和平面度超差等質(zhì)量問(wèn)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(shí)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(jìn)而增大板料與下刃接觸產(chǎn)生有利的摩擦力，進(jìn)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(dòng)塊組成的設(shè)計(jì)

浮動(dòng)塊組成由下挫動(dòng)塊和浮動(dòng)塊組成，詳見(jiàn)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(yùn)動(dòng)，兩者間隙量為1.0mm，距4 面直臂15mm 處開(kāi)角度為60°，深度為2mm 的阻尼凹槽，詳見(jiàn)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(shí)飛邊毛刺吸附到凹模上表面，工件再度成形時(shí)下表面被硌傷。

圖10 壓邊圈組成圖

圖11 四壁阻尼槽圖

運(yùn)輸銷(xiāo)組成的設(shè)計(jì)

上下模體各有4 個(gè)運(yùn)輸銷(xiāo)，詳見(jiàn)圖12 和圖13，當(dāng)重力環(huán)和銷(xiāo)軸軸心重合時(shí)，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(xiāo)軸一起穿過(guò)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(wú)論模具吊運(yùn)、拆裝、翻裝，鋼絲繩不會(huì)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(yùn)輸銷(xiāo)圖

圖13 以往模具運(yùn)輸銷(xiāo)圖

卸料彈簧盒組成的設(shè)計(jì)

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(jì)，沒(méi)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(shí)，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?，F(xiàn)模具卸料彈簧盒可以從下模體的型腔內(nèi)通過(guò)2XM20mm 的吊鉤整體吊出進(jìn)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(jì)

先前P70 棚車(chē)側(cè)板復(fù)合模、C70敞車(chē)的側(cè)門(mén)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(xiāo)固定后，再與底座連接，使用一段時(shí)間后，連接結(jié)合部，模具落料時(shí)因存在側(cè)向力向外作用，落料間隙向外必然擴(kuò)張而被放大，大于模具所需的合理間隙，但當(dāng)模具靜止?fàn)顟B(tài)下測(cè)量模具的間隙值，有時(shí)又合理，只能按動(dòng)態(tài)調(diào)整模具狀態(tài)調(diào)整，間隙調(diào)整量不準(zhǔn)確，工件斷面時(shí)不時(shí)出現(xiàn)飛邊毛刺，有時(shí)出現(xiàn)負(fù)間隙，在模具空運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，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(jìn)步，本模具下模體采用整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，詳見(jiàn)圖15，在中部鑄造工藝凹槽，詳見(jiàn)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(cuò)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(dòng)塊在風(fēng)缸作用下行程(100±2)mm，從而保證上下挫動(dòng)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(jì)12mmXφ60mm 的 工藝孔,釋放鑄造和機(jī)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(shí)可以清晰看到拉桿運(yùn)行狀態(tài)及上下挫動(dòng)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(yàn)證

⑴凹模鑲塊在磨制過(guò)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(gè)長(zhǎng)邊的下表面，在壓形時(shí)產(chǎn)生硌傷，詳見(jiàn)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(dòng)。在浮動(dòng)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(shí)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(shí)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(guò)程中產(chǎn)生劃痕或飛邊，詳見(jiàn)圖18 和圖19。

圖17 工件表面硌痕局部放大圖

圖18 試驗(yàn)工件照片

圖19 工件組裝照片

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

⑶理論計(jì)算的壓邊力為150 ～170 噸，實(shí)際的壓邊力(設(shè)備的壓邊力是數(shù)顯的)為110 ～130 噸，可見(jiàn)理論計(jì)算的壓邊力偏大，理論按最小值150 噸，實(shí)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(shuō)通過(guò)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(jìn)行模具設(shè)計(jì)。

⑷單獨(dú)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(zhǎng)度下料尺寸1425mm 基礎(chǔ)上應(yīng)加長(zhǎng)30mm，但使用5mm×965mm×1425mm板料的試驗(yàn)居然是成功的，也就是說(shuō)模具初始?jí)哼吜Φ募哟罂梢詼p少下料尺寸的長(zhǎng)度。

結(jié)束語(yǔ)

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(kāi)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?jí)哼吜Φ脑龃?，可以減小板料的下料尺寸。