落料模與線切割加工創新優化

■陜西重型汽車有限公司 （陜西西安 710200） 薛永科 趙向兵 段 鑫 楊 浩

由于冷沖壓加工的零件形狀、尺寸、精度要求、批量大小及原材料性能的不同，其沖壓方法有多種，但概括起來可分為兩大類：一類是分離工序，另一類是變形工序。分離工序是使板料沿一定的輪廓線分離從而制出零件，落料就屬于分離工序。

1. 利用新結構、新工藝提高加工效率

以前復雜曲線平面制件的落料模，因其凹模有空刀，厚度尺寸大，頂出器是臺階式的，凹模刃口周邊經常會出現多處很小的圓弧（一方面因無合適直徑和長度的數銑刀具，只能線切割；另一方面數銑小圓弧時讓刀現象比較嚴重，后期需要鉗修），而且空刀深度大，內部頂出器掛臺難加工，凹模中間材料機加工后成為廢料，線切割速度極慢，模具鋼材料浪費很大，生產效率低、周期長，接刀加工和鉗修的質量很難控制。

圖1 新結構落料模

針對這種現象，從設計和工藝兩方面進行技術創新，凹模、頂出器均設計為通體結構，這樣既可以使二者厚度、尺寸減小，又不會增加工作強度，很容易進行線切割加工。頂出器上面的小墊板外形比凹模刃口單邊大4m m，凹模上的墊板內形保證與小墊板滑配。工藝上設置凹模線切割工藝孔，將凹模中間切掉的材料用作頂出器，節約材料和機加工費用，且確保了線切割超程加工找正的準確性，大幅降低了中小型落料模具的生產制造成本，提高了生產效率，同時降低了機加工難度，避免了數銑無法加工小圓弧的難題。該模具的結構設計如圖1所示，相關零件參數見表1。

小墊板3利用產品制件圖樣對周圈單邊偏置4mm后進行數控激光切割、線切割和等離子切割。墊板6由于長度的緣故，線切割加工超程，在模具中心坐標點窩鉆鉸加工，穿絲找正工藝孔后按工藝要求平移接刀，線切割內型時保證技術要求——單邊大5mm，與小墊板單邊1mm間隙。將凹模線切割掉的內型材料Cr12MoV用做推件器5，線切割掉的內型無需再磨，推件器圖樣要求厚度與凹模相差0.5mm，為此將凹模在真空淬火后兩面磨掉1mm。

表1 新結構落料模各零件參數

2. 利用數模導圖的兩種優化方法

以前數控線切割、數控等離子切割、氣割、數控激光切割和數控水刀加工用AutoCAD電子版圖形文件，大部分需要用CAXA/AutoCAD軟件一點一線地進行繪制，然后設置割入點或切入點，最后間隙編程進行相應的數控加工。對于復雜圖形，現場手工繪圖效率低、問題多，出錯風險高，工作強度和壓力大，導致生產效率低、質量問題多。對于復雜工裝模具、汽車件，企業目前三維主流軟件是UG和CATIA，可用三維通用格式STEP進行數模轉換，利用軟件導圖功能來尋求精確、高效的解決途徑。針對目前冷沖壓模具設計和數控加工，我司使用主流軟件UG。

1）對U G 數模進行優化設置，導出理想凸、凹模，頂出器和壓料芯等的線切割用圖。具體步驟為：對要導圖的數模進行單獨顯示→移除參數→設置為工作層→關閉其他圖層→點擊文件菜單→選擇導出→2D exchange→選擇模型數據（在模型數據窗口下的第一個導出選項框里選擇對象，在模型數據窗口下的第二個導出選項框里選擇視圖）→旋轉數模利用F8調整，確保UG左下角xyz坐標系的方位正確→在下拉選項框里選擇合適的投影視圖→選擇確定或應用→保存數模。最后在存放數模的地方就會找到按時間更新的二維導出圖，打開后對局部不用的孔位進行刪除。如果要免除最后編輯，可以提前利用同步建模功能進行數模調整和局部余量設置。利用AutoCAD軟件中的PE、M、J命令，形成數控機床能夠應用的連續閉合圖形，對導出AutoCAD圖樣的圓弧曲線部位進行局部刪除或重畫，即可導入線切割機床進行現場加工。

2）數控線切割機床對于利用軟件導圖功能直接導出的.dxf格式的文件，如果復雜二維樣條曲線的局部不識別而出現斷點現象，可以另辟蹊徑，將小于最小半徑的假想刀具設置為數銑刀具，充分利用UG二維線框數銑編程加工，生成刀位源文件后直接導出.dxf線切割用文件格式，解決了線切割加工的棘手難題。

3. 鏈輪齒輪類零件線切割用裝夾定位環的創新應用

以前線切割必須保證留有足夠的裝夾余量，如果切割內型，還必須保證周邊均留有余量。對于沒有留裝夾余量的工件，必須用二級板進行裝夾，不論是留裝夾余量，還是用二級板（批量加工需要批量使用二級板），不是浪費原材料，就是增加切割厚度，導致制造成本加大或切割效率降低。

通過大膽創新開發試制，鏈輪、齒輪類零件在外徑無留量且不增加二級板切割厚度的情況下，只使用一件線切割裝夾定位環，就成功實現了保質、保量且高效地進行鏈輪、齒輪類零件的批量數控線切割加工。鏈輪外徑尺寸統一，加工一致，與帶有線切割穿絲定位孔的裝夾定位環內徑保證壓配，以中心內孔穿絲找正，線切割加工好內孔和鍵槽后，統一從裝夾定位環的定位孔穿絲，根據鏈輪外齒形設置相同的切入點，進行批量數控線切割加工。鏈輪產品結構如圖2所示。

圖2 鏈輪產品結構

鏈輪及定位環的創新應用情況如圖3、圖4、圖5所示。圖3是利用一個線切割裝夾定位環裝好工件后，從工件中心工藝孔分中找正，批量線切割鏈輪內孔和鍵槽的實物圖。圖4是利用一個線切割裝夾定位環批量加工的鏈輪周圈齒形圖，不拆卸工件讓鉬絲回到中心定位后抽絲，再從裝夾定位環上的工藝穿絲孔穿絲找正中心，然后進行鏈輪外齒形的線切割加工，批量加工時保證每件的線切割切入點相同。圖5是利用線切割裝夾定位環批量加工鏈輪的部分產品展示。

圖3 鏈輪內孔和鍵槽

圖4 鏈輪周圈齒形

圖5 鏈輪毛坯和線切割加工后的產品

4. 結語

通過對復雜曲線平面制件落料模的結構創新和線切割加工用圖導出方法的優化，大幅降低了中小型落料模具的生產制造成本，提高了生產效率，同時降低了機加工難度，解決了數銑無法加工小圓弧的難題，確保了落料模沖裁加工的整體產品質量。針對鏈輪、齒輪等形狀制件的批量加工，通過對其進行線切割裝夾定位的創新，在保證數控線切割加工質量的同時，提高了線切割裝夾加工的效率。這些創新優化達到了提質降本增效的目的，推廣實施可以帶來經濟和社會效益。