衝裁類模具吸料問題解決方法與應用

衝裁類模具吸料一直是衝壓生產過程的難點，該問題易造成製件卡在模具的凹模內及廢料彈跳亂竄，給生產安全帶來隱患，影響製件成形質量及生產效率。

針對衝裁類模具吸料問題一般採用更換更大解除安裝力的彈性元件，但這種措施僅能應付臨時性的生產，無法從根本上解決問題，傳統的維修工作縮短了彈性元件的使用壽命，同時強行增加彈性元件或更換更大規格的彈性元件會降低模具零件部分結構的強度，造成工裝部件疲勞損壞等問題。

現針對衝裁類模具常見的修邊模、衝孔模、斜楔不回程類模具等吸料問題進行分析，研究3套方案，解決衝裁類模具吸料的問題。

修邊模吸料問題解決方案

很多內板件修邊模結構設計合理，但是生產中製件和廢料會吸附在上模，產生該問題的主要原因是製件型面與模具零件型面不貼合，製件衝壓後回彈卡死在模具零件上，強行增加卸料力會出現卸料元件損壞、彈性元件使用壽命縮短、工裝部位疲勞失效等問題。

上述問題的主要原因是修邊前、後板料會出現2次回彈，衝裁的上道工序及衝裁工序均會出現回彈，導致模具零件出現應力點及干涉點，衝裁工序容易出現卡料現象。

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解決方案

運用CAE軟體對全工序進行模擬模擬，對潛在的不利因素進行全面分析，利用逆向造型技術測繪製件應力釋放後形態，將應力點、干涉點消除，使壓料元件與製件修邊後的形態一致，針對更改後的資料，對模具零件工裝區域性結構進行改造、最佳化。

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採用CAE軟體對製件成形性進行分析，主要分析成形類工序對製件尺寸的影響，修正衝裁類模具凸模的加工資料，使機加工的凸模及凹模與實際工序件形態接近。

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運用逆向造型技術，精準測繪製件，修邊（工裝開發階段遠用線切割或鐳射切割）後因應力釋放而發生變形的真實形態，匯出的資料可以直接作為壓料元件的加工資料，消除壓料元件上的應力點和干涉點，如圖1所示。

圖1 逆向造型最佳化加工流程

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運用上述2項技術後，設計的衝裁類模具區域性形態發生變化，由於設計的模具數模更接近於正常量產的模具形態，部分潛在的結構缺陷（主要是強度不足和部件使用壽命短的問題）可以提前進行判斷，提前改進、最佳化結構可以避免後期工裝發生差錯及批次生產時零件成形質量不合格。

（a）A柱下加強板區域性強度不足

（b）最佳化後結構

圖2 根據分析結果更改模具區域性結構

資料分析發現某車型A柱下加強板第4道工序壓料元件及衝孔位置考慮回彈和避讓斜楔情況，區域性厚度變薄，存在強度不足的風險，如圖2（a）圓圈處所示。為避免因壓料元件強度不足，生產過程中壓料元件損壞而導致工裝及零件批次生產質量不合格，更改區域性結構，更改後結構如圖2（b）所示。

透過運用CAE、逆向造型技術，在現有的工裝開發階段增加對半工裝工序件的逆向造型，從匯入模具到零件加工環節，加工資料更接近於可以量產的模具狀態，而重新匯入的模具資料可以預判製件成形時潛在風險，進行有效地風險控制。由於應力點、干涉點減少，工序件變形量小，鉗工工作量明顯降低，可以有效地縮短模具工裝開發週期。

衝孔類模具吸料問題解決方案

衝孔類模具吸料問題主要發生在一些板料厚度較厚的內板件的側衝模上。為避免製件衝孔後變形，保證斜楔彈簧壓縮率等因素，厚板製件側衝（孔）一般不會將刃口進入量設計得特別深，這樣就容易使廢料和凸模之間形成真空區域，廢料被帶出，卡在製件與凹模之間，導致側衝模出現吸料，如圖3所示。

（a）凸模工作狀態

（b）凸模退回狀態

圖3 側衝模廢料異常示意圖

在實際運用中，梁類零件的側衝模使用帶彈簧頂杆的凸模防止廢料回跳效果不明顯，且經常出現凸模斷裂情況。

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解決方案

透過利用凸模刃口與凹模刃口之間的衝裁間隙及廢料孔的尺寸接近於凹模尺寸的關係，設計防廢料回跳凹模，解決因廢料回跳產生的側衝模吸料問題，如圖4所示。

圖4 刃口尺寸及廢料尺寸關係

防止廢料回跳凹模設計原理：在凹模刃口尖角下部設定一圈凸起，直徑大於凸模刃口尺寸，透過凸模運動將廢料推至凸起下部，避免廢料回跳，如圖5所示。

防止廢料回跳凹模設計對比如表1所示。

表1 防止廢料回跳凹模設計對比

斜楔不回程類模具吸料問題解決方案

傳統斜楔作為將垂直運動變為水平運動或傾斜運動的機械機構，在進行一些與衝壓方向角度很小的衝孔時，因結構限制，要將彈簧的彈力轉換為大角度的解除安裝力，無法佈置更多彈簧，解除安裝需要藉助回程鉤的作用力，斜楔受力不平衡導致部件損壞頻繁。

在汽車機艙縱梁、地板縱梁等衝壓件的工藝設計中，選擇的斜楔有限。生產過程中孔有毛刺、衝孔後變形的質量問題，使得斜楔的使用壽命明顯偏短。

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解決方案

設計1套非標準斜楔，利用軸套與軸的運動關係，在軸的底部設計方形固定板，頭部設計凸模（鑲件）固定板，在軸套上設定軸的定位限位板。透過在軸的固定板上設計4根卸料螺釘及彈簧，可以使該斜楔在一般標準斜楔的基礎上行程縮短而卸料力大幅增加，卸料力更加平衡。透過在軸上設計凸模（鑲件）固定板（不需要淬火，可後期加工），可降低軸與軸套的材質要求，可以在軸熱處理後安裝工作部件，安裝方式更簡單，且後期維護、更換成本更低。由於該結構較常見，斜楔更緊湊且可以選擇一般中低碳鋼成形，該斜楔機構製造成本低，同時可以滿足預留空間不大的模具設計，可廣泛運用於一些角度不大的斜面衝孔，其結構如圖6所示。

圖6 非標準斜楔結構

1。斜楔驅動塊 2。卸料螺釘 3。軸固定板 4。軸 5。軸套 6。凸模（鑲件）固定板 7。卸料螺釘

非標準斜楔與傳統斜楔對比如表2所示。

表2 非標斜楔與傳統斜楔對比

透過系統地對沖裁類模具進行研究，得出衝裁類模具卸料機構設定的理論依據，修邊類模具、衝孔類模具及斜楔不回程類模具吸料問題的解決方案，使目前公司的衝壓廠多個車型共19項生產瓶頸問題得到了徹底解決，提升了製件成形質量，消除了安全隱患，提高了生產效率，為同類型工裝開發及工裝改造提供一定的參考作用。

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