淺談汽車縱梁落料沖孔模具結(jié)構(gòu)

文/許映高,蔡惠欽·上汽大通南京分公司

汽車縱梁是構(gòu)成整個(gè)汽車的支撐結(jié)構(gòu)，發(fā)動(dòng)機(jī)、懸掛系統(tǒng)、車身、車廂這幾大部件依靠它組成為一個(gè)整體，并為汽車本身和駕乘人員提供主要的安全保障。汽車縱梁相當(dāng)于汽車的脊椎，讓汽車的結(jié)構(gòu)更加牢固。與其他沖壓件相比，縱梁長度從五、六米到十幾米不等，其上的裝配孔多達(dá)三百個(gè)以上。這些孔主要用于汽車上相關(guān)零件的安裝和電氣線路的布置。本文主要探討加工這些孔的縱梁落料沖孔模具的結(jié)構(gòu)。

汽車縱梁的一般生產(chǎn)工藝

汽車縱梁沖壓工藝一般分為兩序：（修邊）加工孔和成形。加工孔工藝可分為成形前（修邊）加工孔和成形后（修邊）加工孔，加工孔的方式又分為鉆孔和沖孔。目前主要運(yùn)用以下幾種加工孔的方式：

⑴搖臂鉆床鉆孔。選用鉆孔方式最大的優(yōu)點(diǎn)是設(shè)備投資少，但缺點(diǎn)很多：加工效率低；需要制造多種鉆模；生產(chǎn)準(zhǔn)備周期長；很難適應(yīng)多品種、小批量、多批次產(chǎn)品的生產(chǎn)節(jié)拍。

⑵數(shù)控平板沖孔。目前，小批量汽車縱梁加工工藝普遍采用數(shù)控沖孔模式。汽車縱梁數(shù)控沖孔生產(chǎn)線的研制，改變了以往的鉆孔加工工藝，提高了特殊縱梁的加工效率，具有較大的柔性，特別適合多品種、小批量制造模式，可提高汽車制造廠的快速反應(yīng)能力，增加了市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)力，具有較高的經(jīng)濟(jì)效益。

⑶大型壓力機(jī)沖孔。雖然大型壓力機(jī)柔性比數(shù)控沖孔稍差，需要制造沖孔模具，生產(chǎn)準(zhǔn)備周期長，模具投資費(fèi)用較大，但是因沖孔效率高，沖孔質(zhì)量穩(wěn)定，對(duì)于大批量生產(chǎn)的產(chǎn)品特別適用。

汽車縱梁落料沖孔模具結(jié)構(gòu)

圖1 汽車縱梁落料沖孔模的典型結(jié)構(gòu)

圖1所示為汽車縱梁落料沖孔模的典型結(jié)構(gòu)。上模依次有上模座、上安裝板、凸模固定板、卸料板。上模小沖頭采用快換式結(jié)構(gòu)，沖孔凸模通過連接螺桿固定于凸模固定板上，凸模固定板固定于上安裝板。沖孔完畢后通過打桿、彈簧的傳送力把工件從卸料板上強(qiáng)制脫下。下模依次有凹模固定板、凹模墊板、下安裝板、下模座。下模的凹模鑲套固定于凹模固定板上。圖2所示為凹模鑲套。

圖2 凹模鑲套

采用凹模鑲套后，方便模具的維修更換。凹模鑲套的刃口面做成高度差為0.5mm的斜錐面，即凹模鑲套的高點(diǎn)比凹模固定板上平面高出約0.5mm。當(dāng)凹模鑲套有一定磨損時(shí)通過人工修磨后可繼續(xù)使用，提高了凹模鑲套的使用壽命，減少了凹模鑲套的更換頻次。

下模的沖孔廢料從凹模鑲套經(jīng)凹模墊板、下模安裝板排到廢料傳送帶上，模具外側(cè)的電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)廢料傳送帶運(yùn)動(dòng)，把沖孔廢料同步排到廢料箱里。設(shè)計(jì)時(shí)要考慮所有沖孔廢料都要跌入下模座中間的廢料傳送帶上。如果傳送帶寬度不夠，縱梁兩個(gè)翼面的孔到中心比較遠(yuǎn)，廢料豎直掉下后不會(huì)落到傳送帶上，必需在下模安裝板上鉆斜孔。斜孔角度越大，越難鉆孔，一般不能超過30°。通常下模安裝板上的斜孔角度設(shè)定為20°，以確保所有沖孔廢料都可以流到傳送帶上。

由于產(chǎn)品品種多，為節(jié)約成本，通常一副模具用于多種產(chǎn)品的沖孔，在生產(chǎn)中要用到多種定位。設(shè)計(jì)時(shí)在模具的前端和左端設(shè)計(jì)固定擋料銷，生產(chǎn)不同的產(chǎn)品時(shí)，需更換擋料銷。

刃口鑲塊分塊原則

縱梁落料沖孔模一般幾米長，為方便加工、維護(hù)和產(chǎn)品切換，一般要對(duì)模具進(jìn)行分塊處理。模具分塊原則：長度一般不超過1.2米，同一組安裝孔盡可能在同一鑲塊上。每組分塊上、下模座均有導(dǎo)柱導(dǎo)套導(dǎo)向，在制造時(shí)相當(dāng)于制造一副小模具，最后組裝到整副模具架上。每組分塊必須有起吊孔以方便制造和維修保養(yǎng)時(shí)起吊。

沖頭的結(jié)構(gòu)形式

為了節(jié)約成本，一副縱梁落料沖孔模具要生產(chǎn)多種車型的多個(gè)產(chǎn)品。為了實(shí)現(xiàn)多品種生產(chǎn)，縱梁模具大多采用快換凸模結(jié)構(gòu)。這幾種產(chǎn)品需外形相同，只是長短不一或局部存在差異，生產(chǎn)時(shí)通過模具局部切換實(shí)現(xiàn)多品種生產(chǎn)。在生產(chǎn)完一種產(chǎn)品后，如要生產(chǎn)其他不同的產(chǎn)品，就必須對(duì)模具進(jìn)行切換，更換部分鑲塊和沖孔凸模。

此外，因?yàn)榭v梁是高強(qiáng)度厚板件，在生產(chǎn)過程中，部分沖孔凸模容易磨損、變形甚至斷裂。所以為了便于維修和更換沖孔凸模，提高生產(chǎn)效率，縱梁落料沖孔模具采用快換凸模。

快換凸模結(jié)構(gòu)如圖3所示，圖3(a）是20mm及以下的快換凸模結(jié)構(gòu)樣式，圖3(b）是20mm以上的快換凸模結(jié)構(gòu)樣式，刃口部分采用斜刃，刃口高度差為5mm。直徑大的凸模作成斜刃，斜刃凸模比一般平刃凸模降低沖裁力35%左右。工作中通過專用套筒工具可以容易地更換凸模，大大方便了維修和車型互換。

圖3 快換凸模結(jié)構(gòu)

如我廠有一種縱梁，由于它的兩側(cè)翼面均有孔（9mm、11mm、13mm、15mm等共11種），按料厚4mm計(jì)算，沖裁力近5000t，我廠采用階梯凸模來降低沖裁力。在縱梁沖孔模具中，將凸模做成不同高度，采用階梯布置，可使凸模不同時(shí)接觸材料，避免各凸模最大沖裁力同時(shí)出現(xiàn)，從而有效地降低沖裁力。我廠模具沖孔凸模長度最大為70mm，最短為65mm，相差5mm。模具中用到的380個(gè)沖孔凸模分為幾種高度，共3個(gè)系列。小直徑凸模長度應(yīng)做短一點(diǎn)，才能保證剛性，不易產(chǎn)生縱向失穩(wěn)，直徑大的凸模高度可做大些。在設(shè)計(jì)中要考慮這些不同長度凸模的合理布置，要確保沖孔模工作下行到各個(gè)節(jié)點(diǎn)時(shí)的瞬間沖裁力都不能大于機(jī)床名義噸位的80%。

沖孔廢料的處理

傳統(tǒng)沖孔廢料直接落在模具下面，靠人工將廢料取出，后來有用皮帶傳送的方式將廢料傳到模具外面。由于生產(chǎn)時(shí)板料上有油，加上皮帶有延展性，經(jīng)常會(huì)因皮帶打滑造成無法正常工作。目前大多采用履帶傳送廢料，履帶傳送廢料運(yùn)行可靠。圖4所示為處理沖孔廢料的幾種方式，圖4(a）為廢料直接落在模具上；圖4(b）采用皮帶傳送方式；圖4(c）采用履帶傳送方式。

圖4 處理沖孔廢料的幾種方式

沖孔間隙值確定

縱梁落料沖孔模要同時(shí)沖幾種料厚的產(chǎn)品，同時(shí)滿足幾種料厚的間隙要求是一個(gè)難題。對(duì)于縱梁這種厚板模具來說，沖孔間隙一般取料厚的8%～10%，對(duì)沖孔模來說，如果間隙過大，所沖壓工件的毛刺就比較大，沖壓質(zhì)量差。如果間隙偏小，雖然沖孔質(zhì)量較好，但模具的磨損比較嚴(yán)重，大大降低了模具的使用壽命，而且容易造成沖頭折斷。所以一般模具的間隙以中間料厚為準(zhǔn)。

模具的卸料形式

如果機(jī)床有打桿就可用打桿來卸料，打桿由機(jī)床提供力源，卸料力足夠。打桿卸料力的傳遞過程為：打桿→打板→推銷→卸料板。打桿位置由機(jī)床位置確定，盡可能多布置。推銷位置由設(shè)計(jì)確定，也要盡量多布置，一定要考慮整個(gè)模具卸料受力均勻，才能確保卸料平穩(wěn)。雖然打桿打料提供的力的大小是足夠的，但它是剛性卸料，沖壓時(shí)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)振動(dòng)和噪聲大，工作環(huán)境惡劣，有必要輔以彈性卸料。在實(shí)際設(shè)計(jì)中，在上模增加矩形彈簧或聚氨酯，這些矩形彈簧或聚氨酯能起輔助卸料的作用。在加了矩形彈簧或聚氨酯卸料后，卸料板在卸料過程中更加平穩(wěn)、柔和，減少了振動(dòng)和噪聲。

如果機(jī)床沒有打桿，就只能用矩形彈簧、聚氨酯或氮?dú)飧琢恕Ｔ谠O(shè)計(jì)模具過程中要根據(jù)模具的卸料力設(shè)計(jì)足夠的模具空間來放置矩形彈簧、聚氨酯或氮?dú)飧祝駝t空間不足。放置不了足夠的矩形彈簧、聚氨酯或氮?dú)飧祝瑫?huì)造成模具卸料困難，生產(chǎn)不暢，甚至不能正常生產(chǎn)。

結(jié)束語

車架縱梁是卡車上的重要零件，縱梁落料沖孔模長度一般在6米以上，重量為幾十噸，屬于特大型模具，同時(shí)模具結(jié)構(gòu)是厚板沖孔模的典型結(jié)構(gòu)。為節(jié)約成本，模具一般生產(chǎn)幾個(gè)品種，一模多用。模具采用了快換沖孔凸模、階梯沖孔凸模、廢料自動(dòng)排出等結(jié)構(gòu)，生產(chǎn)過程中模具維修更換方便、有效降低沖裁力、減少現(xiàn)場(chǎng)噪聲、提高了生產(chǎn)效率。