淺談汽車縱梁落料沖孔模具結構

文/許映高,蔡惠欽·上汽大通南京分公司

汽車縱梁是構成整個汽車的支撐結構，發動機、懸掛系統、車身、車廂這幾大部件依靠它組成為一個整體，并為汽車本身和駕乘人員提供主要的安全保障。汽車縱梁相當于汽車的脊椎，讓汽車的結構更加牢固。與其他沖壓件相比，縱梁長度從五、六米到十幾米不等，其上的裝配孔多達三百個以上。這些孔主要用于汽車上相關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構。

汽車縱梁的一般生產工藝

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點是設備投資少，但缺點很多：加工效率低；需要制造多種鉆模；生產準備周期長；很難適應多品種、小批量、多批次產品的生產節拍。

⑵數控平板沖孔。目前，小批量汽車縱梁加工工藝普遍采用數控沖孔模式。汽車縱梁數控沖孔生產線的研制，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能力，增加了市場的競爭力，具有較高的經濟效益。

⑶大型壓力機沖孔。雖然大型壓力機柔性比數控沖孔稍差，需要制造沖孔模具，生產準備周期長，模具投資費用較大，但是因沖孔效率高，沖孔質量穩定，對于大批量生產的產品特別適用。

汽車縱梁落料沖孔模具結構

圖1 汽車縱梁落料沖孔模的典型結構

圖1所示為汽車縱梁落料沖孔模的典型結構。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構，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，即凹模鑲套的高點比凹模固定板上平面高出約0.5mm。當凹模鑲套有一定磨損時通過人工修磨后可繼續使用，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凹模墊板、下模安裝板排到廢料傳送帶上，模具外側的電動機帶動廢料傳送帶運動，把沖孔廢料同步排到廢料箱里。設計時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，縱梁兩個翼面的孔到中心比較遠，廢料豎直掉下后不會落到傳送帶上，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定為20°，以確保所有沖孔廢料都可以流到傳送帶上。

由于產品品種多，為節約成本，通常一副模具用于多種產品的沖孔，在生產中要用到多種定位。設計時在模具的前端和左端設計固定擋料銷，生產不同的產品時，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、維護和產品切換，一般要對模具進行分塊處理。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、下模座均有導柱導套導向，在制造時相當于制造一副小模具，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時起吊。

沖頭的結構形式

為了節約成本，一副縱梁落料沖孔模具要生產多種車型的多個產品。為了實現多品種生產，縱梁模具大多采用快換凸模結構。這幾種產品需外形相同，只是長短不一或局部存在差異，生產時通過模具局部切換實現多品種生產。在生產完一種產品后，如要生產其他不同的產品，就必須對模具進行切換，更換部分鑲塊和沖孔凸模。

此外，因為縱梁是高強度厚板件，在生產過程中，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，提高生產效率，縱梁落料沖孔模具采用快換凸模。

快換凸模結構如圖3所示，圖3(a）是20mm及以下的快換凸模結構樣式，圖3(b）是20mm以上的快換凸模結構樣式，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 快換凸模結構

如我廠有一種縱梁，由于它的兩側翼面均有孔（9mm、11mm、13mm、15mm等共11種），按料厚4mm計算，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，可使凸模不同時接觸材料，避免各凸模最大沖裁力同時出現，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個沖孔凸模分為幾種高度，共3個系列。小直徑凸模長度應做短一點，才能保證剛性，不易產生縱向失穩，直徑大的凸模高度可做大些。在設計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節點時的瞬間沖裁力都不能大于機床名義噸位的80%。

沖孔廢料的處理

傳統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。由于生產時板料上有油，加上皮帶有延展性，經常會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沖幾種料厚的產品，同時滿足幾種料厚的間隙要求是一個難題。對于縱梁這種厚板模具來說，沖孔間隙一般取料厚的8%～10%，對沖孔模來說，如果間隙過大，所沖壓工件的毛刺就比較大，沖壓質量差。如果間隙偏小，雖然沖孔質量較好，但模具的磨損比較嚴重，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。

模具的卸料形式

如果機床有打桿就可用打桿來卸料，打桿由機床提供力源，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。打桿位置由機床位置確定，盡可能多布置。推銷位置由設計確定，也要盡量多布置，一定要考慮整個模具卸料受力均勻，才能確保卸料平穩。雖然打桿打料提供的力的大小是足夠的，但它是剛性卸料，沖壓時生產現場振動和噪聲大，工作環境惡劣，有必要輔以彈性卸料。在實際設計中，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、柔和，減少了振動和噪聲。

如果機床沒有打桿，就只能用矩形彈簧、聚氨酯或氮氣缸了。在設計模具過程中要根據模具的卸料力設計足夠的模具空間來放置矩形彈簧、聚氨酯或氮氣缸，否則空間不足。放置不了足夠的矩形彈簧、聚氨酯或氮氣缸，會造成模具卸料困難，生產不暢，甚至不能正常生產。

結束語

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，同時模具結構是厚板沖孔模的典型結構。為節約成本，模具一般生產幾個品種，一模多用。模具采用了快換沖孔凸模、階梯沖孔凸模、廢料自動排出等結構，生產過程中模具維修更換方便、有效降低沖裁力、減少現場噪聲、提高了生產效率。