关于白车身级进模开发解析

2016-06-21何鹏申赵鸿鹄阮林凡安徽江淮汽车股份有限公司技术中心

锻造与冲压 2016年12期

文/何鹏申，赵鸿鹄，阮林凡·安徽江淮汽车股份有限公司技术中心

关于白车身级进模开发解析

文/何鹏申，赵鸿鹄，阮林凡·安徽江淮汽车股份有限公司技术中心

何鹏申，主要从事冲压工艺规划、冲压工艺设计、模具结构设计、模具工装开发管控等工作，获江淮汽车第三届科技论文大赛二等奖，拥有10项发明专利、若干项实用新型专利。

随着汽车行业的竞争日益白热化，人们对外覆盖件外观质量、刚性、强度及美观性也有了更高的要求。为适应目前国内外汽车市场发展的新形势，为提高模具自主研发水平及产品科技含量，各整车厂陆续开展了级进模新技术的开发及应用，力求在整车能力稳步发展中不断寻求技术创新和进步。我司现已完成首批级进模具开发并交付生产。

与普通单工序模具相比，级进模具有以下优势：

⑴生产效率高，生产节拍最低30件/分钟，是普通钢板模的3倍；

⑵制件精度高，冲压质量好，单件平均合格率在95%以上；

⑶降低生产成本，提高了单台机床设备1.5倍的产出率；

⑷自动化的生产方式，安全环保，降低人工成本，且提高工人操作的主动安全系数。

⑸将原需由多个单工序模具组合、多个冲次才能完成的冲压加工，转变为在一副模具上多个工步一个冲次完成，冲次数降低为原来的1/4～1/3，生产效率大大提高。

⑹级进模主要用于冲制厚度较薄（一般不超过2mm)、产量大，形状复杂、精度要求较高的中、小型零件。用这种模具冲制的零件，精度可达IT10级。

级进模技术规划

由上可知，多工位级进模的结构比较复杂，模具设计和制造技术要求较高，同时对冲压设备、原材料也有相应的要求，模具的成本高。因此，在模具设计前必须对工件进行全面分析，然后合理确定该工件的冲压成形工艺方案，正确设计模具结构和模具零件的加工工艺规程，以获得最佳的技术经济效益。

在提升产能方面，级进模技术与传统技术对比分析，如图1所示。

图1 级进模技术与传统技术的对比分析图

级进模开发

级进模的结构比较复杂，模具设计和制造技术要求较高，同时对冲压设备、原材料也有相应的要求，模具的成本高。因此，在模具设计前必须对工件进行全面分析，然后合理确定该工件的冲压成形工艺方案，正确设计模具结构和模具零件的加工工艺规程，以获得最佳的技术经济效益。显然，采用级进模进行冲压成形与采用普通冲模进行冲压成形在工艺、模具结构设计及模具加工等方面存在许多不同，本文将重点介绍级进模在冲压工艺、模具设计及制造生产上的不同之处。

级进模开发包括开发立项、排样设计、2D/3D结构设计、实物制造、组立调试、生产线设备匹配等部分，具体开发流程如图2所示。

排样工艺设计

排样设计是级进模设计的关键步骤之一，零件排样的合理与否，不仅关系到材料的利用率、工件的精度、模具制造的难易程度和使用寿命等，而且关系到模具各工位的协调与稳定。相对于普通模具单工序模，要求更细化。首先要根据冲压件图纸计算出展开尺寸，然后进行各种方式的排样。在确定排样方式时，还必须对工件的冲压方向、变形次数、变形工艺类型、相应的变形程度及模具结构的可能性、模具加工工艺性、企业实际加工能力等进行综合分析判断。同时在全面考虑工件精度和能否顺利进行级进冲压生产后，从几种排样方式中选择一种最佳方案。完整的排样图应给出工位的布置、载体结构形式和相关尺寸等。

级进模排样工艺设计一般遵循以下原则：

⑴展开制件→确定形状、尺寸；

⑵工序安排→前工序（冲裁）→中间成形→最后冲裁；第一工位（冲导正孔）→第二工位（导正）→第三工位（检测）；

⑶空工位的运用，用于修模、维护及整改工位；

⑷分段冲切及分段成形的运用。

当带料排样图设计完成后，模具的工位数及各工位的内容，被冲制工件各工序的安排及先后顺序，工件的排列方式，模具的送料步距，条料的宽度和材料的利用率，导料方式，弹顶器的设置和导正销的安排，模具的基本结构等就基本确定。所以排样设计是多工位级进模设计的重要内容，是模具结构设计的依据之一，是决定多工位级进模设计优劣的主要因素之一。

级进模主要零部件的设计

图2 级进模开发流程图

多工位级进模工位多，细小零件和镶块多，机构多，动作复杂，精度高，其零部件的设计除应满足一般冲压模具零部件的设计要求外，还应根据多工位级进模的冲压成形特点和成形要求、分离工序和成形工序差别、模具主要零部件制造和装配要求来考虑其结构形状和尺寸，认真进行系统协调和设计。

在多工位级进模中有许多类似冲小孔凸模、冲窄长槽凸模、分解冲裁凸模等，应根据具体的冲裁要求、被冲裁材料的厚度、冲压的速度、冲裁间隙和凸模的加工方法等因素来考虑这些凸模的结构及其凸模的固定方法。对于冲小孔凸模，通常采用加大固定部分直径，缩小刃口部分长度的措施来保证小凸模的强度和刚度。当工作部分和固定部分的直径差太大时，可设计多台阶结构。各台阶过渡部分必须用圆弧光滑连接，不允许有刀痕。特别小的凸模可以采用保护套结构。比如φ0.3mm左右的小凸模，其顶端露出保护套约3.0～4.0mm。另外，卸料板还应考虑能起到对凸模的导向保护作用，以消除侧压力对凸模的作用而影响其强度。

对于冲孔废料在设计时应考虑采取一些措施，防止废料随凸模上窜。故对φ2.0mm以上的凸模应采用带顶出销的凸模结构，利用弹性顶销使废料脱离凸模端面。或在凸模中心加通气孔，减小冲孔废料与冲孔凸模端面上的“真空区压力”，使废料易于脱落。

冲裁弯曲多工位级进模或冲裁拉深多工位级进模的工作顺序，一般是先由导正销导正条料，待弹性卸料板压紧条料后，开始进行弯曲或拉深，然后进行冲裁，最后是弯曲或拉深工作结束。冲裁是在成形工作开始后进行，并在成形工作结束前完成。所以冲裁凸模和成形凸模高度是不一样的，要正确设计冲裁凸模和成形凸模高度尺寸。

制造工艺

多工位级进模结构复杂，镶块较多，模具制造精度要求很高，同时为了保障高速、高精度的冲压生产要求，及模具零件高互换性要求，在模具零件磨损或损坏后要求更换迅速、方便、可靠。因此在级进模上大量采用高强度的高合金工具钢、高速钢或硬质合金等材料，用以冲裁异形孔、成形翻边等工作，给模具的制造、调试及维修带来一定的难度。这类材料必须应用慢走丝线切割加工、成形磨削、坐标镗、坐标磨等先进加工方法制造模具。

生产设备

与普通钢板模的通过冲压工单工序生产相比，级进模生产需要配套使用自动化送料机、板料矫平机、自动出件、安全检测等自动化装置（图3），保证级进模安全、高效、高精度生产。与机床一同实现零件的全程自动化生产。