關于白車身級進模開發解析

文/何鵬申，趙鴻鵠，阮林凡·安徽江淮汽車股份有限公司技術中心

關于白車身級進模開發解析

文/何鵬申，趙鴻鵠，阮林凡·安徽江淮汽車股份有限公司技術中心

何鵬申，主要從事沖壓工藝規劃、沖壓工藝設計、模具結構設計、模具工裝開發管控等工作，獲江淮汽車第三屆科技論文大賽二等獎，擁有10項發明專利、若干項實用新型專利。

隨著汽車行業的競爭日益白熱化，人們對外覆蓋件外觀質量、剛性、強度及美觀性也有了更高的要求。為適應目前國內外汽車市場發展的新形勢，為提高模具自主研發水平及產品科技含量，各整車廠陸續開展了級進模新技術的開發及應用，力求在整車能力穩步發展中不斷尋求技術創新和進步。我司現已完成首批級進模具開發并交付生產。

與普通單工序模具相比，級進模具有以下優勢：

⑴生產效率高，生產節拍最低30件/分鐘，是普通鋼板模的3倍；

⑵制件精度高，沖壓質量好，單件平均合格率在95%以上；

⑶降低生產成本，提高了單臺機床設備1.5倍的產出率；

⑷自動化的生產方式，安全環保，降低人工成本，且提高工人操作的主動安全系數。

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，轉變為在一副模具上多個工步一個沖次完成，沖次數降低為原來的1/4～1/3，生產效率大大提高。

⑹級進模主要用于沖制厚度較薄（一般不超過2mm)、產量大，形狀復雜、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IT10級。

級進模技術規劃

由上可知，多工位級進模的結構比較復雜，模具設計和制造技術要求較高，同時對沖壓設備、原材料也有相應的要求，模具的成本高。因此，在模具設計前必須對工件進行全面分析，然后合理確定該工件的沖壓成形工藝方案，正確設計模具結構和模具零件的加工工藝規程，以獲得最佳的技術經濟效益。

在提升產能方面，級進模技術與傳統技術對比分析，如圖1所示。

圖1 級進模技術與傳統技術的對比分析圖

級進模開發

級進模的結構比較復雜，模具設計和制造技術要求較高，同時對沖壓設備、原材料也有相應的要求，模具的成本高。因此，在模具設計前必須對工件進行全面分析，然后合理確定該工件的沖壓成形工藝方案，正確設計模具結構和模具零件的加工工藝規程，以獲得最佳的技術經濟效益。顯然，采用級進模進行沖壓成形與采用普通沖模進行沖壓成形在工藝、模具結構設計及模具加工等方面存在許多不同，本文將重點介紹級進模在沖壓工藝、模具設計及制造生產上的不同之處。

級進模開發包括開發立項、排樣設計、2D/3D結構設計、實物制造、組立調試、生產線設備匹配等部分，具體開發流程如圖2所示。

排樣工藝設計

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

級進模排樣工藝設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（沖導正孔）→第二工位（導正）→第三工位（檢測）；

⑶空工位的運用，用于修模、維護及整改工位；

⑷分段沖切及分段成形的運用。

當帶料排樣圖設計完成后，模具的工位數及各工位的內容，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，導料方式，彈頂器的設置和導正銷的安排，模具的基本結構等就基本確定。所以排樣設計是多工位級進模設計的重要內容，是模具結構設計的依據之一，是決定多工位級進模設計優劣的主要因素之一。

級進模主要零部件的設計

圖2 級進模開發流程圖

多工位級進模工位多，細小零件和鑲塊多，機構多，動作復雜，精度高，其零部件的設計除應滿足一般沖壓模具零部件的設計要求外，還應根據多工位級進模的沖壓成形特點和成形要求、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構形狀和尺寸，認真進行系統協調和設計。

在多工位級進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，應根據具體的沖裁要求、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構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度和剛度。當工作部分和固定部分的直徑差太大時，可設計多臺階結構。各臺階過渡部分必須用圓弧光滑連接，不允許有刀痕。特別小的凸模可以采用保護套結構。比如φ0.3mm左右的小凸模，其頂端露出保護套約3.0～4.0mm。另外，卸料板還應考慮能起到對凸模的導向保護作用，以消除側壓力對凸模的作用而影響其強度。

對于沖孔廢料在設計時應考慮采取一些措施，防止廢料隨凸模上竄。故對φ2.0mm以上的凸模應采用帶頂出銷的凸模結構，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“真空區壓力”，使廢料易于脫落。

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

制造工藝

多工位級進模結構復雜，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。因此在級進模上大量采用高強度的高合金工具鋼、高速鋼或硬質合金等材料，用以沖裁異形孔、成形翻邊等工作，給模具的制造、調試及維修帶來一定的難度。這類材料必須應用慢走絲線切割加工、成形磨削、坐標鏜、坐標磨等先進加工方法制造模具。

生產設備

與普通鋼板模的通過沖壓工單工序生產相比，級進模生產需要配套使用自動化送料機、板料矯平機、自動出件、安全檢測等自動化裝置（圖3），保證級進模安全、高效、高精度生產。與機床一同實現零件的全程自動化生產。

圖3 級進模生產設備

表1 常見級進模調試問題及對策

級進模調試解析

與普通模具相比，級進模的試模問題更多，很難一次成功，常常需在多輪調試中不斷發現問題和解決問題，根據所產生的毛病原因，確定正確的調試與修整方法，使其能正常生產。

制造模具的目的是為了生產出合格產品，因此在試模時需抓住兩個關鍵：一是，模具各部位動作是否順暢，料帶能否順利送進，各頂出和壓料結構是否正常；二是，生產的零件精度是否達標，模具上的問題一定會反映到產品上，因此需學會從產品分析模具問題。

因級進模往往將沖裁、彎曲、拉深等工藝集合，因此可能發生問題繁多，因此不一一介紹，現將常見問題及調整方法列出，見表1。

產品實物驗證

采用級進模模具進行沖壓生產，零件精度高，生產效率提升明顯，級進模模具實物和零件料帶實物，如圖4、圖5所示。

圖4 模具實物

圖5 零件料帶

結束語

本文通過對級進模開發過程的研究，詳實的講解了級進模在沖壓工藝、模具設計及制造生產上的不同之處，對排樣、結構設計、調試生產進行了介紹。級進模可有效提高零件精度、生產效率，同時生產周期短，占用的操作人員少，非常適合大批量沖壓生產。