多工位級進鑄造模在汽車內板沖壓件上的研究與應用

劉迪祥，黃頂社，崔禮春，何成，曹龍兵

多工位級進模又稱連續模，其模腔中具有兩個或兩個以上的工位，且這些工位都在一條直線上，在壓力機一次行程中，可完成沖裁﹑彎曲﹑拉深﹑成形等多個工序。具有效率高，生產成本低的特點。在國內，多工位級進模一般在家電鋼板模領域使用比較普遍，但在汽車領域，特別是鑄造模領域應用還較少。本文以某汽車門檻加強板為實例，將左右件合模并用級進模生產，從工序排布到模具設計、調試及實現給予簡析，供有關人員參考。

一、產品工藝分析

產品材質為B250P1，厚1.4mm，零件尺寸為320mm×137mm×92mm，零件形面與孔均不左右對稱（見圖1）。該件如用單沖工藝，工藝路線為OP10落料→沖孔→OP20成形→OP30翻邊→OP40沖孔側沖孔，共需開發7套模具。因單沖生產效率低，不滿足產能要求，經評議后采用左右件合模的多工位級進模生產，因模具尺寸較大，模具類型選用鑄造模。

二、料帶圖設計

在多工位級進模中，每沖壓一次條料就由送料機向前送一個步距，以到達不同工位，每個工位的工作內容都不相同，在完成所有工序前，工序件與料帶不分開。

料帶圖設計就是確定每個工位的加工內容。料帶圖設計是多工位級進模設計的關鍵，也是模具結構設計的依據，料帶圖一經確定，也就確定了模具的工位數、步距及產品的材料利用率。在設計料帶圖時，需注意如下事項：①壓力機中心與模具中心需基本一致，保證受力平衡，如無法保證一致，偏心不得超過100mm，可適當設置空工位，以備后期產品設計變化或避讓干涉及保證受力平衡。②為使料帶定位可靠，一般可在第一工位沖壓一些工藝孔作為后工位定位孔，孔離形面較近時，可先沖小孔定位，后面沖到需要尺寸的大孔，或先成形后沖孔。③廢料及成品件應能順暢排落，送料需要順暢。④既有成形又有彎曲的工件，先成形后彎曲，以免因材料流動影響已定形形面。⑤需考慮模具制造及維修的方便性。⑥載體必須有足夠強度，能平穩地按工序送進。

本文案例設計的料帶，如圖2所示，載體選擇的是雙中載體，料片展開采用的軟件是AUTOFROM，選擇的沖壓機為帶連沖功能的6300kN壓力機。

三、零件的定位設計

多工位級進模中，為保證凸凹模及工序件之間相對位置的準確，必須有可靠準確的定位裝置，定位主要定3個方向，即X向、Y向和Z向。通常采用導正銷和其他粗定位方式配合使用，導正銷導正就是用裝在上模的導正銷插入料帶上的導正孔，保證料帶在模具中每一次沖壓的位置一致。本文即在工位1沖出工藝導正孔，工位2～6中都用導正銷精定位X、Y向，全工位用浮頂銷粗定位Z向，用導料板輔助定位定Y向和Z向。再在工位7中導正孔位置處沖出產品孔，如圖3所示。

圖1 產品示意

四、結構圖設計

1.模具結構

為減小模具尺寸，本級進模具未采用常規模具的導腿導板結構，而是使用4個導柱導向，模具長度由此減短約750mm，然后使用嵌入式吊耳，寬度也由此減少約400mm，最終該級進模具尺寸為2575mm×1020mm×800mm。模具主要由上模座、卸料板、下模座、托料板，各成形及修邊凸凹模，以及各類標準件等部件組成。

2.卸料裝置

卸料裝置是多工位級進模中的重要部件，一方面在開始沖壓之前壓緊料帶，防止料帶竄動，另一方面保證平穩卸料并保護凸模。卸料板壓緊料帶的壓力一般為沖裁力5%左右。其計算公式為

式中 t——料厚（mm）；

L——切斷長度（mm）；

τ——切斷強度（kg/mm2）。

本文共采用三塊卸料板，并采用導柱導套導向。從空間及使用壽命考慮，選用氮氣彈簧作為壓料板壓力源，為了使壓力衡定和及時發現問題，氮氣彈簧串聯在一起并在模具外安裝有可視壓力表。

3.托料裝置

多工位級進模是依靠送料裝置按設計步距自動送料，料帶經過修沖成形后，在料厚方向都會有不同程度的變形，為使料帶順利送進，必須將已經成形的料帶頂起，使料帶稍高于下模工作部分。本文在修沖工位共使用三塊托料板，在成形工位使用1個托料芯（下方鐓死）和8個浮頂銷，所有托料裝置均使用導柱導套導向。

4.設計注意事項

設計多工位級進模結構時（見圖4、圖5），還需注意如下事項：

（1）因為沖壓節拍很高，沖孔廢料可能會帶出模具表面而損壞模具，所以正側沖選擇的沖頭均應為頂料型凸模。

（2）為便于加工及維修，所有修沖刀塊應設計為嵌塊式，成形部位劇烈變形處采用拼塊式，因產品材料為高強度板且料厚為1.4mm，所有修沖及成形刀塊均選用Cr12MoV的材料，且淬火硬度達到55HRC以上。

（3）為保護凸凹模，所有卸料板及下模活動塊均需使用導柱導套導向，以保證其較高運動精度，且模具精度要求更高時，導柱導套還應選用滾珠式。

（4）所有沖孔凹模使用凹模套標準件，便于維修及更換。

（5）卸料板應在成形前壓住板料，且所有卸料板應同時接觸料帶，行程也需完全一致，安全螺釘行程比工作螺釘行程要長5～10mm。卸料螺釘應對稱分布，并選用帶管套的卸料螺釘，可配合使用行程調整軸環來延長行程。

（6）為減少料帶與凸模之間的摩擦，應采用托料板或浮動裝置頂起料帶，頂出高度應高出下模成形刀塊。

圖2 料帶圖

圖3 料帶定位示意

（7）為使廢料能自動滑落，廢料滑料角度應不小于25°，且有足夠的旋轉空間。

5.級進模的加工與調試

級進模不僅要求成品沖壓件精度合格，為保證模具高速運行精度，級進模對數控加工精度及模具各部件位置精度要求也很高。本級進模就將成形、沖孔凸模等位置精度要求高的部件裝配到模座上后，再與模座一起在高精度數控機床上一次加工而成，壓料芯等活動部件加工出坐標基準孔后建立坐標系數控加工完成，各種鑲塊及刀塊是加工出裝配面后，再用裝配面建立坐標系加工。

模具完成加工及裝配后需要調試，其第一階段保證模具可動部分如斜楔、托料板、卸料板等部件運行順暢穩定無干涉。第二階段提升研合率及成形件出品率，保證件能生產出來，第三階段是提升沖壓件精度，消除毛刺及其他表面問題等。

模具出廠前需進行模具靜態、動態檢查，沖壓件表面質量檢查及合格率檢查，均合格后才可以出廠。

模具靜檢主要檢測鑄件是否有缺陷，型面、導滑面質量，硬度等是否符合技術要求。模具動檢主要檢測各部件是否運行順暢，工作部分研合率（在料帶上涂上顏料檢測其與模具的貼合面積）是否達標。沖壓件表面質量檢查主要檢查沖壓件拉毛、暗傷、起皺、毛刺、開裂、壓傷等表面質量缺陷。合格率檢查是在檢具上結合沖壓件基準書對沖壓件進行精度檢測。經過4個月工裝廠家調試，本級進模順利出件，沖壓件及模具均驗收合格后進入沖壓廠生產基地。

6.多工位級進鑄造模實現

模具進場后經過一個月的壓力機與模具的匹配性調試整改，全面達到量產狀態，量產節拍為40次/min，生產效率明顯提升，減少了生產人員及設備。

本模具將汽車內板高強度板在級進鑄造模中得以自動、高速、安全的實現，并且左右件合模，克服了傳統模具手工送料、效率低、成本高的缺陷，具有良好的應用價值和推廣價值。

圖4 多工位級進模上模示意

圖5 多工位級進模下模示意

圖6 料帶實物

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