高速沖壓模具吊緊緩沖組件的設(shè)計原則

文／杜洋洋·上汽大眾汽車有限公司

隨著電氣設(shè)備相關(guān)技術(shù)的快速發(fā)展，沖壓線的生產(chǎn)能力不斷提升，目前高速伺服自動沖壓線無故障沖次可達到20 次/min，沖壓模具無故障沖次達15 次/min，甚至可以高達18次/min。在沖次提升后，沖壓過程的瞬間沖擊力也更大。如今，針對普通高速自動沖壓線的模具設(shè)計原則已經(jīng)無法滿足更高沖次的需求，同時也對模具吊緊緩沖組件提出了更高的要求。

項目背景

上汽大眾某車型后門內(nèi)板是一模兩件生產(chǎn)，5 序沖壓成形。其中OP20 為拉延，OP30、OP40 為切邊，OP50 為切邊沖孔，OP60 為整形。原生產(chǎn)線為普通高速線，無故障沖次為12 次/min，后轉(zhuǎn)移至MEB 高速伺服沖壓線上生產(chǎn)，無故障沖次提高為16 次/min。

在批量生產(chǎn)過程中，發(fā)現(xiàn)OP60 整形模存在異響，經(jīng)現(xiàn)場模具拆裝檢查發(fā)現(xiàn)：壓料板側(cè)向橫銷受力變形(圖1)；壓料板行程槽也存在嚴重碰印(圖2)；模具吊緊緩沖組件內(nèi)置的聚氨酯橡皮也出現(xiàn)了嚴重的壓潰變形(圖3)。

圖1 側(cè)銷受力變形圖

圖2 壓料板碰印圖

圖3 緩沖橡皮變形圖

原因分析

針對一模兩件的沖壓模具，壓料板分為整體式(圖4)和分開式(圖5)兩種結(jié)構(gòu)。

圖4 整體式大壓料板結(jié)構(gòu)圖

圖5 分開式小壓料板結(jié)構(gòu)圖

一般設(shè)計原則：對于整體式大壓料板，總共設(shè)置6 個吊緊緩沖組件；對于分開式小壓料板，單側(cè)設(shè)置4 個吊緊緩沖組件，總共設(shè)置8 個吊緊緩沖組件。

以往上模吊緊緩沖組件的設(shè)計，很大程度上來自于設(shè)計人員的經(jīng)驗。由于沖壓模具一般使用在普通高速自動線上，設(shè)計人員并未對模具的受力情況與沖次關(guān)系有過深入分析，因此會帶有一定主觀性、局限性。

圖6 為上模結(jié)構(gòu)剖視圖，通過對壓料板在單個沖壓循環(huán)過程中的受力分析，當(dāng)模具由下死點位置開始上行的瞬間，緩沖橡皮與壓料板由脫離狀態(tài)直到接觸受力狀態(tài)，緩沖橡皮除了承受壓料板自身重力與上頂棒施加的壓邊力外，還將額外承受瞬間沖擊力，而瞬間沖擊力的大小與模具上行的速度有著直接關(guān)系。

圖6 上模結(jié)構(gòu)剖視圖

當(dāng)模具沖次較低時，瞬間沖擊力較小，其可完全由模具吊緊緩沖組件承擔(dān)。但當(dāng)模具沖次高到一定程度，產(chǎn)生的瞬間沖擊力會超過緩沖組件的承受能力，進而出現(xiàn)側(cè)向橫銷與壓料板行程槽相撞的情況，且隨著沖次的不斷提升，撞擊程度將更加嚴重。

因此，當(dāng)沖次提升后，瞬間沖擊力增大，模具吊緊緩沖組件的設(shè)置數(shù)量已經(jīng)不能滿足需求，進而會產(chǎn)生異響、橡皮壓潰等一系列影響生產(chǎn)穩(wěn)定的問題。

問題解決與模具緩沖組件設(shè)計優(yōu)化

臨時措施

⑴選用硬度更高的緩沖橡皮。高硬度緩沖橡皮可盡量減少壓縮，以避免側(cè)向橫銷與壓料板行程槽相撞。在一定程度上，該方法有效，但高硬度的橡皮塑性較差，頻繁承受瞬間高沖擊力后易被壓潰，甚至出現(xiàn)被壓碎的問題，對模具批量生產(chǎn)造成安全隱患。

⑵增加緩沖吊桿下部墊片厚度。如圖7 所示，增加墊片厚度相當(dāng)于減小模具緩沖吊桿的長度，緩沖橡皮處于壓縮狀態(tài)，可以提前介入承受瞬間沖擊力。但該方法也存在一定的缺陷，如緩沖橡皮的壓縮量更大，更容易出現(xiàn)老化。

圖7 吊緊緩沖組件

永久措施

從模具前期設(shè)計入手，設(shè)計模具吊緊緩沖組件時需綜合考慮壓料板行程、壓料板重量與生產(chǎn)沖次需求，進行靜態(tài)測算與動態(tài)測算：靜態(tài)測算可按照單個緩沖橡皮壓縮1mm，以可承受500N 進行測算；動態(tài)測算需要首先根據(jù)壓料板行程、沖次與滑塊速度關(guān)系，找出對應(yīng)運動速度，進而根據(jù)指定速度下的壓料板重量與緩沖組件的數(shù)量關(guān)系，確定所需要的數(shù)量。

通過動、靜態(tài)測算，吊緊緩沖橡皮的選用對應(yīng)情況見表1 ～表3。

表1 Hub=60mm

表2 Hub=80mm

表3 Hub=100mm

通過分析可以發(fā)現(xiàn)，模具吊緊緩沖組件的設(shè)計數(shù)量需要隨著壓料板行程Hub、壓料板重量及沖次的提升而增加。此外，模具吊緊緩沖組件的設(shè)計數(shù)量與緩沖橡皮的硬度也存在一定關(guān)系，如選用塑性更好、更耐沖擊的橡皮，則需要的設(shè)計數(shù)量會更多。

結(jié)束語

本文針對沖壓模具在高速伺服沖壓自動線生產(chǎn)過程中，存在的異響問題進行了深入分析，并針對性地給出了臨時措施與永久措施。

通過選用硬度更高的緩沖橡皮或增加緩沖吊桿下部墊片等臨時方法，可快速解決生產(chǎn)過程中模具異響問題，有效避免側(cè)向橫銷撞擊壓料板行程槽，但也對后期模具的維護提出了更多的要求。根據(jù)以往模具設(shè)計經(jīng)驗采取設(shè)置模具吊緊緩沖組件的方法，已明顯不能滿足伺服高速沖壓線的需求，只有從前期模具設(shè)計入手，優(yōu)化模具吊緊緩沖組件的設(shè)計選取原則，進行靜態(tài)與動態(tài)測算才能從根本上解決問題。