某前頂蓋外板修沖工序廢料排出不良的改進

馮凱，張斌，張德良，孫緒強，竇曉亮

（山東濰坊福田模具有限責任公司，山東 濰坊 261200）

0 引言

沖模一般分為成形工序和分離工序，汽車覆蓋件修邊沖孔（簡稱修沖）類模具便是分離工序的一種。自動化生產對修沖類模具有嚴格的要求，首先所有沖裁廢料必須能順利滑出沖壓機床臺面并落入廢料收集系統內，其次要求廢料下滑穩定，無滯料、鐵屑產生，以免影響成形零件外觀質量[1]。因此對于修沖類模具尤其是自動化生產的模具，廢料下滑時保證“零”缺陷至關重要，現以某車型前頂蓋外板為例，對模具自動化生產過程中存在的廢料排出不暢問題進行分析及改進。

1 案例分析

某車型前頂蓋分5道工序成形，如圖1所示。工序①以最小拉深深度為原則確定沖壓方向，壓料面形狀與最終零件形狀接近，以確保各部位材料流動均衡，通過合理布置分模線保證正修角度無負角，拉深筋按標準隨形布置；工序②修邊側修邊側沖孔，同時對局部形狀面進行整形；工序③側修邊，同時對前風窗搭接部位輪廓線進行整形；工序④對流水槽部位進行側整形；工序⑤修邊沖孔側沖孔。

圖1 成形工序

工序②模具在自動化生產過程中，前風窗搭接部位沖裁廢料排出不暢，廢料卡滯于廢料刀之間，如圖2所示，由于廢料下滑不暢影響生產節拍，同時存在安全隱患。

圖2 工序②廢料下滑不暢

2 原因分析

廢料排出不暢發生在前風窗搭接部位，通過觀察工序件發現，該部位工藝補充部分成形深度接近180 mm，修邊采取中間正修、兩端側修方式，如圖3所示。

圖3 工序②工序內容

對零件形狀進行確認，前風窗搭接部位型面具有一定弧度，切斷后由于應力釋放，廢料拉直導致其尺寸變大，且廢料切斷后斷面呈Z形，立切部分尺寸較長，容易產生廢料卡滯問題。在設計初期為了防止廢料卡滯，上模廢料刀增加彈頂銷，如圖4所示。

圖4 零件形狀及模具結構

通過對實際生產中廢料的切斷過程進行分析，如圖5所示。上滑塊下行，上模廢料刀與零件接觸，廢料切斷后發生變形，由于應力釋放后廢料發生一定程度的伸長，如圖5（a）所示；滑塊上行，上模廢料刀脫離下模刃口，由于廢料邊緣與上模廢料刀刃口接觸，滑塊上行過程中，廢料在上模廢料刀刃口的摩擦作用下被上帶，廢料發生旋轉，如圖5（b）所示；滑塊繼續上行，廢料被上模帶離下模廢料刀，如圖5（c）所示；上模脫離下模，廢料下落后卡在廢料刀之間無法順利滑出，如圖5（d）所示。

圖5 廢料切斷及滑落過程

繼續觀察廢料切斷后的狀態變化，發現廢料切斷一側從刃帶中脫出，掛在廢料刀刀背上，廢料在重力作用下下滑時無法脫離廢料刀刀背，如圖6所示。

圖6 廢料卡滯位置

通過對上下模廢料刀結構進行確認，如圖7所示，廢料切斷最小入模量為2 mm，同時對下模廢料刀刃帶高度、刀背寬度進行確認，刃帶高度接近15 mm，刀背寬度最大部位為35 mm。理想情況下，廢料切斷后應脫離下模廢料刀刃帶，進入廢料刀背空區域，即圖7所示位置1區域，實際切斷是在位置2區域，廢料未脫離下模廢料刀刃帶。同時由于上模廢料刀切入量較淺，廢料切斷變形后容易彈出下模廢料刀刃口，掛在下模廢料刀刀背上，造成廢料無法順利下滑。

圖7 廢料刀結構分析

3 新開發零件修沖工序改進措施

新開發車型頂蓋與原頂蓋結構基本相似，如圖8所示，沖壓工序內容與原頂蓋也基本相同。

圖8 結構對比

為了避免工序②出現廢料下滑不暢問題，對新開發車型頂蓋模具結構進行圖9所示的改進。

圖9 模具結構改進

措施1：下模廢料刀刃帶高度設計為5 mm，其余部分作為一級背空加工避讓，避免廢料下滑卡滯在刃帶上。

措施2：下模廢料刀刀背寬度設計為15 mm，其余設計倒角，減小廢料切斷后與廢料刀刀背的接觸面積。

措施3：上模退料用加大規格的彈頂銷，增加行程，加大退料力，輔助退料。

措施4：上模廢料刀入模量增加3 mm，通過增加墊板方式實現，確保切入量能夠切入下模廢料刀一級背空，迫使廢料從刃帶進入一級背空。

措施5：廢料滑道增加導料桿，輔助廢料排出滑道[2,3]。

4 廢料排出驗證

模具結構改進后，通過對廢料排出進行模擬，如圖10所示，改進后的模具實物結構如圖11所示。模具裝配完整對刃口間隙進行確認合格后，在壓力機上進行試模，首件廢料下滑無異常，如圖12所示，連續進行小批量驗證，未出現廢料排出不暢現象，改進措施有效。

圖10 廢料下滑模擬

圖11 改進后模具實物

圖12 機床驗證

5 結束語

影響沖裁廢料排出不暢的因素有多種，如沖裁刃口形狀、刃帶高度、沖裁切入量、滑板安裝角度、滑板尺寸、滑板翻邊高度、廢料下落姿態、機床滑塊速度等。由于部分廢料滑出問題無法在前期結構設計時預測，滑出問題進入制造環節，需要通過模具調試人員根據具體廢料下滑問題進行分析，找到出現問題的原因，從根本上解決廢料排出不暢問題。