側(cè)圍外板在沖壓自動(dòng)線上廢料排出方法的研究

趙鋒 王昊一 何劉軍 王力

（中國(guó)第一汽車集團(tuán)有限公司工程與生產(chǎn)物流部，長(zhǎng)春 130012）

1 前言

在眾多自動(dòng)線生產(chǎn)的模具中，側(cè)圍外板模具結(jié)構(gòu)相對(duì)比較復(fù)雜，型面段差較大，廢料切斷形式各異，形狀復(fù)雜，尺寸各異，導(dǎo)致自動(dòng)線高頻次生產(chǎn)時(shí)廢料排出難度大。尤其當(dāng)側(cè)圍外板內(nèi)外廢料一次性沖出時(shí)，廢料排出更是困難。本文主要介紹側(cè)圍外板采用一次性廢料沖出的工藝時(shí)，廢料卡滯問(wèn)題產(chǎn)生的原因與排出方法。從廢料分塊、廢料形狀、廢料尺寸、廢料分離方式、廢料排出方式方面，結(jié)合典型廢料分析，有效的解決了側(cè)圍外板自動(dòng)線廢料排出問(wèn)題。

2 沖壓模具廢料排出分析

2.1 問(wèn)題描述

某車型側(cè)圍外板廢料排出困難，出現(xiàn)廢料卡滯停機(jī)頻繁，批次生產(chǎn)累積廢料停機(jī)時(shí)間過(guò)多，嚴(yán)重影響自動(dòng)線整線生產(chǎn)頻次，屬于嚴(yán)重的生產(chǎn)資源浪費(fèi)，如圖1 所示。

圖1 側(cè)圍外板模具典型廢料排出不暢

2.2 廢料排出要求

2.2.1 廢料排出通用要求

a.廢料排出不得出現(xiàn)飛濺、卡滯情況，廢料在排出過(guò)程中不得對(duì)人或模具造成損傷；

b.廢料盒在模具工作和運(yùn)輸時(shí)不得脫落，方便取放，與模具安裝螺釘無(wú)干涉；

c.盡量避免銳角尖角廢料產(chǎn)生；

d.廢料盒容量≥600 件，滿足連續(xù)生產(chǎn)需要。

2.2.2 自動(dòng)線模具廢料排出要求

a.自動(dòng)化模具的廢料處理裝置（包括廢料滑道、頂料器、彈頂銷）必須在模具結(jié)構(gòu)圖設(shè)計(jì)中詳細(xì)描述，如圖2 所示；

圖2 自動(dòng)線修邊模具廢料排出結(jié)構(gòu)

b.盡可能避免采用廢料盒收集沖孔廢料。必須應(yīng)用廢料盒時(shí)，其廢料容量須保證滿足單批生產(chǎn)最大能力的1.2 倍。在模具設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮操作者可見(jiàn)、取放方便，廢料盒手柄提示顏色為紅色；

c.在模具設(shè)計(jì)中可以使用壓機(jī)工作臺(tái)上的廢料孔，但必須保證不存在卡廢料風(fēng)險(xiǎn)；

d.每次沖程的廢料都能在本次沖程內(nèi)可靠地從模具中排出并滑入地面廢料入口（廢料滑出速度滿足節(jié)拍要求）；

e.對(duì)于廢料對(duì)角線參考尺寸（廢料最大尺寸）≤600 mm；保證廢料不會(huì)滯留在廢料入口處；

f.模具的廢料滑道超出底板以外引起起吊不便，采取折疊式；

g.廢料滑道的材料必須采用濾油網(wǎng)板；

h.允許使用氣動(dòng)頂料裝置，但頂起時(shí)廢料不得脫離廢料滑道；

i.廢料下滑角度不滿足時(shí)，允許采用振動(dòng)式廢料滑道；

j.對(duì)于側(cè)圍、翼子板修邊模具，在使用吊楔修邊時(shí)存在廢料飛濺到吊楔導(dǎo)板上造成模具刃口損壞的風(fēng)險(xiǎn)，必須采用上模吊楔和下模導(dǎo)滑板邊緣防飛濺擋板。

由于側(cè)圍外板模具在自動(dòng)線生產(chǎn)，自動(dòng)線設(shè)備廢料排出機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)需要充分考慮自動(dòng)線設(shè)備相關(guān)的廢料排出機(jī)構(gòu)尺寸。

2.3 側(cè)圍外板廢料分離設(shè)計(jì)

側(cè)圍外板模具工藝排布是在壓縮工序的前提下設(shè)計(jì)的，為了保證二次成型工序內(nèi)容的可行性和結(jié)構(gòu)的合理性，修邊模具廢料設(shè)計(jì)為一次性沖出。在模具結(jié)構(gòu)允許的前提下，盡量把修邊工序分開(kāi)排布（分布到后工序），這樣能減少單工序的廢料排出數(shù)量，降低堵廢料的幾率，如圖3所示。

圖3 側(cè)圍工序排列中修邊模具廢料沖出設(shè)計(jì)簡(jiǎn)圖

2.4 側(cè)圍外板廢料分塊設(shè)計(jì)

2.4.1 沖裁刃口分塊通用要求

a.凹模一側(cè)刃口必須采用鑲塊結(jié)構(gòu)，凸模一側(cè)刃口優(yōu)先采用整體式結(jié)構(gòu)，對(duì)于易磨損、立切部位必須采用易換的鑲塊結(jié)構(gòu)；

b.所有鑲塊結(jié)構(gòu)刃口必須結(jié)合鑲塊的高度和寬度合理地選用配入深度，原則上鑲塊的高度不得大于寬度的1/2，當(dāng)不能滿足時(shí)，配入深度應(yīng)>20 mm；

c.與壓料板或其它部件拆裝干涉的鑲塊必須作出標(biāo)志（X）并涂紅色；

d.凹模鑲塊盡量大，鑲塊質(zhì)量超過(guò)15 kg 時(shí)應(yīng)增加起吊孔。

2.4.2 側(cè)圍外板廢料分塊要求

側(cè)圍外板制件幾何尺寸較大，廢料數(shù)量相對(duì)較多，廢料排出不暢問(wèn)題頻出，以下針對(duì)側(cè)圍外板的廢料分塊設(shè)計(jì)進(jìn)行重點(diǎn)要求。

a.在廢料尺寸不超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)要求的前提下盡量減少?gòu)U料數(shù)量；

b.在模具結(jié)構(gòu)允許的前提下盡量把修邊工序分開(kāi)排布（分布到后工序）；

c.門洞內(nèi)轉(zhuǎn)角處廢料形狀特殊，盡量不在此處設(shè)置廢料刀切斷；

d.角部修邊的廢料刀要設(shè)置在過(guò)圓弧切點(diǎn)的附近；

e.修邊有內(nèi)凹輪廓時(shí)要考慮廢料刀布置的位置；

f.上下模廢料刀刃口形狀與拉延法蘭邊型面符型；

g.對(duì)于下模單向切斷廢料刀，上模在靠近刀刃的位置增加彈頂銷，彈頂銷要頂在廢料平面上；

h.對(duì)于下模雙背向切斷廢料刀，下模在刀背中間增加升降汽缸頂料裝置（強(qiáng)制退料），同時(shí)上模增加彈頂銷，防止上模的刀刃向上帶廢料；

i.對(duì)于下模雙對(duì)向切斷廢料刀，刀刃不要設(shè)計(jì)成平行，要設(shè)計(jì)成單刃喇叭口型或雙刃喇叭口型，上模加彈頂銷，防止上模的刀刃向上帶廢料；

j.充分利用工作臺(tái)上的廢料洞及工作臺(tái)側(cè)面廢料洞，如果廢料平鋪尺寸大于中間廢料洞下落空間（即廢料必須豎直姿態(tài)掉落才能順利滑下），那么堵廢料的風(fēng)險(xiǎn)大大增加，應(yīng)考慮使廢料從工作臺(tái)側(cè)面廢料洞排出，如圖4 所示。

圖4 側(cè)圍外板修邊刃口分塊

2.5 側(cè)圍外板廢料分類

側(cè)圍外板制件空間幾何尺寸較大，模具結(jié)構(gòu)復(fù)雜。廢料分塊后形狀尺寸各異，為了更好的研究側(cè)圍廢料排出不暢的原因，按照廢料輪廓分離的形式及廢料沖切的方向進(jìn)行分類分析。

2.5.1 側(cè)圍外板按照廢料輪廓分離的形式分類

a.全封閉輪廓廢料：在側(cè)圍外板廢料輪廓分離的形式中，存在全封閉輪廓的廢料分離形式，例如尾燈口、油箱口三角窗口以及所有封閉沖孔位置，如圖5 所示。

圖5 側(cè)圍外板全封閉廢料位置示意

b.半封閉輪廓廢料：在側(cè)圍外板廢料輪廓分離的形式中，同樣存在半封閉輪廓的廢料分離形式，例如輪口、所有內(nèi)凹夾角刃口位置等，如圖6 所示。

圖6 側(cè)圍外板半封閉廢料位置示意

c.敞開(kāi)輪廓廢料：在側(cè)圍外板廢料輪廓分離的形式中，最后一類廢料是敞開(kāi)輪廓的廢料分離形式，例如直線刃口及曲線刃口位置等，如圖7 所示。

圖7 側(cè)圍外板敞開(kāi)廢料位置示意

2.5.2 側(cè)圍外板按照廢料沖切的方向分類

a.直切廢料：在側(cè)圍外板的廢料沖切的方向中，多數(shù)廢料是直切的廢料，例如平行于沖壓方向的刃口，如圖8 所示。

圖8 側(cè)圍外板直切廢料位置示意

b.斜切廢料：在側(cè)圍外板的廢料沖切的方向中，一部分廢料是工藝及結(jié)構(gòu)原因?qū)е碌男鼻械膹U料，例如偏角于沖壓方向的刃口等，如圖9 所示。

圖9 側(cè)圍外板斜切廢料位置示意

a.平切廢料：在側(cè)圍外板的廢料沖切的方向中，最后一部分廢料是工藝及結(jié)構(gòu)原因?qū)е碌钠角械膹U料，例如垂直于沖壓方向的刃口等，如圖10所示。

圖10 側(cè)圍外板平切廢料位置示意

由于側(cè)圍外板壓縮工序，廢料排布顯得較為復(fù)雜，沖壓工藝排布時(shí)考慮部分廢料排出模具外側(cè)，部分廢料則滑到模具下部的廢料坑內(nèi)。目前較為先進(jìn)的沖壓工藝排布方案為分兩序?qū)㈤T洞內(nèi)的廢料切除完畢，就如本文中側(cè)圍外板的廢料設(shè)計(jì)。文中側(cè)圍外板各類廢料出現(xiàn)的堆積、刮帶、卡滯問(wèn)題，通過(guò)廢料排出要求、自動(dòng)線設(shè)備廢料排出機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)、側(cè)圍外板廢料沖出設(shè)計(jì)、側(cè)圍外板廢料分塊設(shè)計(jì)、側(cè)圍外板廢料分類分析后，可以根據(jù)廢料的大小、形狀及分離形式，穩(wěn)定廢料位置的前提下對(duì)廢料采取強(qiáng)制排出、合理導(dǎo)滑、合理間隔、減少刃口工作面尺寸、模具鑄件本體空開(kāi)手段，疏導(dǎo)廢料順利滑落排出。

3 對(duì)策實(shí)施及確認(rèn)

3.1 整體方案

針對(duì)側(cè)圍外板廢料的差異性進(jìn)行分類解決，優(yōu)先選擇工藝修改，其次進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化，再考慮強(qiáng)制排出，最后進(jìn)行手段合并，多維度方案消除廢料問(wèn)題，見(jiàn)表1。

表1 廢料排出方案匯總

3.2 1階段方案實(shí)施并確認(rèn)

當(dāng)廢料分離輪廓為封閉的線性輪廓時(shí)，工藝設(shè)計(jì)上會(huì)采取符形刃口進(jìn)行沖裁，并在修邊后線性輪廓開(kāi)放區(qū)域進(jìn)行縮短線性長(zhǎng)度的造型設(shè)計(jì)，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上會(huì)盡量增大廢料下滑空間，保證廢料平行下落時(shí)，單側(cè)間隙>15 mm。當(dāng)這些設(shè)計(jì)還不能保證廢料順暢排出時(shí)，需要考慮刃口區(qū)域的結(jié)構(gòu)尺寸，首先由設(shè)計(jì)初期的7 mm 修改為3～5 mm，減少?gòu)U料脫離刃口間隙面的距離；然后對(duì)修改后的刃口間隙面的空開(kāi)面加深1～2 mm，如圖11 所示。最后在自動(dòng)線生產(chǎn)頻次下確認(rèn)廢料排出狀態(tài)。

圖11 全封閉輪廓廢料排出的模具結(jié)構(gòu)優(yōu)化

3.3 2階段方案實(shí)施并確認(rèn)

當(dāng)廢料分離輪廓為半封閉的線性輪廓時(shí)，為了方便廢料下滑工藝，設(shè)計(jì)上會(huì)采取斜刃剪切沖裁；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上會(huì)盡量增大下模廢料刀鑲塊背部的斜面角度，保證廢料分離后，單側(cè)下落順利。當(dāng)這些設(shè)計(jì)不能消除廢料向上刮帶時(shí)，需要考慮上模刃口形狀的工藝性，在上模刃口型面上進(jìn)行造型設(shè)計(jì)，以此消除廢料彈性開(kāi)放時(shí)的廢料展開(kāi)狀態(tài)；由于廢料區(qū)域法蘭邊存在上翹狀態(tài)，導(dǎo)致廢料與下模切斷刃口不符形，無(wú)法保證廢料切斷后沿著下模廢料刀鑲塊背部的斜面角度固定位置下滑，所以下模切斷刃口型面需要按照廢料區(qū)域法蘭邊存在上翹量進(jìn)行補(bǔ)焊修整，消除廢料切斷后位移問(wèn)題，如圖12 所示。最后在自動(dòng)線生產(chǎn)頻次下確認(rèn)廢料排出是否順暢。

圖12 半封閉輪廓廢料排出的工藝優(yōu)化

3.4 3階段方案實(shí)施并確認(rèn)

當(dāng)廢料分離輪廓為敞開(kāi)的線性輪廓時(shí)，為了方便廢料下滑工藝設(shè)計(jì)上會(huì)采取斜刃剪切狀態(tài)的沖裁，并在下滑，側(cè)進(jìn)行彈性頂料設(shè)計(jì)；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上會(huì)盡量增大下模廢料刀鑲塊背部的斜面角度，保證廢料分離后，單側(cè)下落順利。當(dāng)這些設(shè)計(jì)不能消除廢料卡滯時(shí)，需要考慮上模切斷刃口的切入深度是否可以將廢料徹底的壓入下模切斷刃口的工作間隙面內(nèi)，如果理論切入深度不足以完成這個(gè)過(guò)程，可以對(duì)下滑側(cè)切斷刃口的刃入深度進(jìn)行合理的增加，一般增加5～10 mm 就可以滿足廢料排出需要。為了輔助廢料單側(cè)下滑，下滑側(cè)彈性頂料原件可以更換強(qiáng)力彈性原件，或是加長(zhǎng)彈性原件頂出距離，如圖13 所示。最后在自動(dòng)線生產(chǎn)頻次下確認(rèn)廢料排出是否順暢。

圖13 敞開(kāi)輪廓廢料排出的強(qiáng)制排出

3.5 4階段方案實(shí)施并確認(rèn)

當(dāng)廢料分離輪廓為半封閉的線性輪廓，同時(shí)又是斜切和平切廢料時(shí)，為了方便廢料下滑，工藝設(shè)計(jì)上會(huì)采取符形刃口進(jìn)行沖裁，并在修邊后線性輪廓開(kāi)放區(qū)域進(jìn)行縮短線性長(zhǎng)度的造型設(shè)計(jì)，同時(shí)在下滑側(cè)進(jìn)行彈性頂料設(shè)計(jì)；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上會(huì)盡量增大廢料下滑空間，并增大下模廢料刀鑲塊背部的斜面角度，保證廢料分離后，單側(cè)下落順利。當(dāng)通過(guò)以上設(shè)計(jì)廢料仍然不能排出時(shí)，需要考慮上模刃口形狀的工藝性，在上模刃口型面上進(jìn)行波浪形狀設(shè)計(jì)，封閉側(cè)上模刃口刃入深度增加5 mm，保證廢料提前脫離刃口間隙面；由于廢料區(qū)域法蘭邊存在上翹狀態(tài)，導(dǎo)致廢料與下模切斷刃口不符形，無(wú)法保證廢料切斷后沿著下模廢料刀鑲塊背部的斜面角度固定位置下滑，所以下模切斷刃口型面需要按照廢料區(qū)域法蘭邊存在上翹量進(jìn)行補(bǔ)焊修整，消除廢料切斷后位移問(wèn)題；其次半封閉內(nèi)夾角刃口區(qū)域的刃口間隙面工作尺寸由設(shè)計(jì)初期的7 mm 修改為3 mm，減少?gòu)U料脫離刃口間隙面的距離，再對(duì)修改后的刃口空開(kāi)面加深3 mm；輔助廢料按照固定角度下滑的導(dǎo)桿取消，采用弧面擋板輔助廢料下滑更加穩(wěn)定有效；與旁側(cè)的廢料下滑區(qū)域采取隔板方式，防止廢料相互干涉，如圖14 所示。最后在自動(dòng)線生產(chǎn)頻次下確認(rèn)廢料排出是否順暢。

圖14 多屬性廢料排出的方法合并

4 廢料排出思路總結(jié)

廢料排出調(diào)試原則如下。

a.盡量做到廢料下滑空間尺寸大于廢料三維空間尺寸（模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)），同時(shí)保證模具本體強(qiáng)度；

b.廢料三維空間尺寸要符合設(shè)備廢料口技術(shù)參數(shù)（制件廢料分塊設(shè)計(jì)），同時(shí)符合模具廢料切刃分塊原則；

c.廢料分離工藝分步進(jìn)行（模具工藝設(shè)計(jì)），同時(shí)保證分步的工藝合理性；

d.廢料與制件分界線要充分考慮廢料區(qū)域是否存在較深的成型狀態(tài)，否則影響廢料排出方向；

e.廢料可以進(jìn)行同步二次切斷的不要進(jìn)行一次切斷，保證廢料下滑方便順暢；

f.廢料切斷要盡量避免對(duì)向切斷方式，否則廢料會(huì)因切斷后直線長(zhǎng)度尺寸大于對(duì)向切刃的垂直直線長(zhǎng)度尺寸而卡滯；

g.廢料內(nèi)角處刃口（廢料側(cè)）沖裁深度要適當(dāng)加高，保證廢料沖裁后尖角處脫離刃口垂直面；

h.保證廢料型面與模具型面符貼，才能保證廢料下滑前不位移，從而保證廢料在標(biāo)準(zhǔn)位置下滑；

i.廢料側(cè)沖裁切刃應(yīng)該加裝頂出裝置，輔助廢料下滑；

j.廢料下落的導(dǎo)滑要合理穩(wěn)定，要有必要的間隔設(shè)計(jì)。

5 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，自動(dòng)線側(cè)圍外板廢料設(shè)計(jì)時(shí)形狀、尺寸以及分離形式的合理性直接影響側(cè)圍外板模具廢料排出狀態(tài)。因?yàn)楣に囋O(shè)計(jì)和模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)導(dǎo)致廢料設(shè)計(jì)受限時(shí)，優(yōu)先考慮廢料分塊設(shè)計(jì)的合理性，并在后期自動(dòng)線設(shè)備調(diào)試廢料問(wèn)題時(shí)，首先保證廢料與刃口脫離順利，其次保證廢料排出位置穩(wěn)定，最后進(jìn)行合理的導(dǎo)滑和間隔。這樣的廢料控制思路可以有效的解決各種自動(dòng)線廢料問(wèn)題，從而保證自動(dòng)線設(shè)備的高效產(chǎn)出。