2022新能源汽车金属成形零部件制造大会将于3月底在广州举办

文／彭帅，朱焕刚，熊舸宇，牛利军，张德斌 · 东风商用有限公司车身厂

随着汽车工业的发展，人们对汽车制造工艺的认识愈来愈深入，要想制造出高质量的汽车就必须有先进的设备和工艺来保证。
在过去，落料模在汽车覆盖件开发的冲压模具中所占比例较少，这是因为汽车冲压模具投入在整车开发费用所占比例较高，汽车制造企业为减少前期的一次性投入，常常取消落料模具的开发，采用方形或长方形坯料用于成形，这样虽然节省模具开发的前期投入，但增加了材料消耗。

目前，钢材价格大幅上涨，汽车制造企业逐渐意识到要降低整车制造成本必须提高单车材料利用率。
为此，大型汽车制造商都引进了开卷落料线，投入开卷落料模具，甚至摆剪模具，这样有效避免了开卷落料时板料的磕碰与划伤，从而提高了板料质量；同时，采用自动化的开卷落料有效减少了板料划伤操作工事故的发生；效果最为明显的是，开卷线的应用将生产节拍提高到了60SPM，大幅度地减少了工人劳动强度和提高了生产效率。

问题的描述

为了提升产品质量、材料利用率和生产效率，我公司增加一条630t 自动化开卷落料线。
该新建的开卷落料线具有自动开卷，校平，连续送料，连续剪切，自动堆垛等功能，如图1 所示。
目前，新开卷线生产节拍为30～60SPM ，相比老线的速度22～40SPM提高了不少，生产节拍的提升对模具的制造精度和结构合理设计提出了更高要求。
落料模必须能够支撑板料，定位准确，板料移动顺畅。
它与普通的落料模结构很相似，其上模结构与普通模具一样，惟一不同的是下模结构。
下模有一块浮动板输送板料，它的存在可以有效防止板料与凸模刃口摩擦划伤。

图1 开卷落料线工序流程示意图

630t 开卷落料线调试和生产的初期，板料上经常发生表面划伤现象，严重影响表面质量。
由于缺少投资新落料模具的费用，老模具需要进行适应性改造才能在新开卷线进行正常生产，目前最大的问题便是板料划伤问题,如图2 所示。

图2 板料划痕

板料划伤与变形的原因解析

前期落料模调试结果显示：板料的划伤位置在不断发生变化，并无规律可循，这给我们寻找要因带来了一定难度；在之后2 个月的模具调试中，我们对一切可能造成板料划伤的因素作了筛选，通过现场的排除验证，最终归纳总结有以下四个方面的原因。

镶块靠背尖点、轮廓高点

⑴切断凸模背部未倒角，镶块高点。
板料在高速运动中，会出现上下跳动的情况，容易与切断凸模靠背相接触；若切断凸模背部未进行圆角打磨处理，板料会出现短距离的划痕，如图3 所示。

图3 镶块刀背倒圆角

⑵导料轮中的高点。
大多数开卷落料模具都会在送料侧布置导料轮，这个装置可以平稳送料，防止板料快速接触高点发生碰撞；导料轮中轮子是采用开口插销固定，插销跟着滚轮一起旋转，开口插销高于滚轮直接与板料接触，从而划伤板料，如图4 中红色圆圈所示。

图4 插销高于滚轮

送料机构强度不足导致的板料划伤

⑴送料浮动板强度不足变形，导致送料滚轮高度不一致；浮动板的厚度一般为16～20mm；材质为45钢，一般未做调质处理，刚性、硬度都较差，极易变形，如果浮动板发生两端向上翘的变形(图5中红圈所示)，部分滚珠的送料高度也会抬高，造成滚珠划伤板料；如果浮动板发生两端向下塌变形(图5中红圈所示)，板料的输送高度小于凸模刃口的高度便会发生撞料。

图5 落料下模

⑵浮动板上会布置6～10个先行块(图5中6个黄圈所示)，通过烧焊连接上去，通常烧焊过的区域都会发生局部变形，从而影响到滚珠的送料高度，个别偏高的滚珠会造成板料划伤。

滚珠划伤

⑴滚珠制造误差原因，目前国内的滚珠制造精度误差较大，现场经验可以判定滚珠的高度误差超过0.1mm 时，其对板料会造成较为明显划伤，其质量不能接受。

⑵滚珠的材质原因，滚珠在湿度大的环境中极易生锈，生锈的滚珠会直接划伤板料。

⑶落料模具生产环境较差，有粉末、铁屑进入滚珠，造成滚珠无法正常转动，此时板料与滚珠之间会发生滑动摩擦，板料也随之发生划伤。

托料臂划伤

⑴托料臂材质太硬，板料太软；板料在高速输送过程中与托料臂发生摩擦，板料发生划伤。

⑵托料臂底部弹簧太硬。
当板料送到托料臂上时，因其底部的弹簧强度太大，托料臂升起角度太大，这样板料会划过一道较大的弧形俯冲下来，与滚珠之间发生快速摩擦，从而产生明显的摩擦痕迹，如图6 所示。

图6 托料臂

板料划伤的解决方案

针对老模具的原有结构，经过多次调试方案对比，我们确定了最终的解决方案，如图7 所示。

图7 托料臂的布置

⑴对所有凸模靠背做倒角，抛光处理，避免棱角划伤。

⑵更换所有坏死的滚珠。
更换前，务必保证更换的滚珠与原来的滚珠等高。
而采购回来的滚珠与原有滚珠高度相差0.5mm，采购滚珠精度差，高度不一，大大增加了现场的调试难度，需要不断加垫调整才能满足等高。

⑶补装上托料臂。
下模上的托料臂已丢失，通过查找数模，确定托料臂型号，重新采购新件换上，采购回来的托料臂底部弹簧太高，重新选用弹性合适的弹簧，当铜质的托料臂顶起板料，并无较大的弧形俯冲，送料平稳性好，板料调试结果显示无划伤。

⑷滚珠底下增加薄垫或增加聚氨脂。
下模的浮动板厚16mm，已经使用了6 年，通过平台检测，局部已经发生变形，从而导致滚珠高度不等，只能以加薄垫或增加聚氨脂的方式来平衡浮动板的变形；通过现场调试确认了聚氨酯的高度、安装位置，有效避开了高速运行板料的跳动划伤，如图8 所示。

图8 聚氨酯块的布置

结束语

落料模具板料划伤还可以在前期设计中进行有效规避。
首先，开卷落料工艺的排样是至关重要的，镶块设计尽量避免尖角，镶块靠背务必倒圆角过渡，并用抛光机抛光，切记不只用砂纸打磨，否则粗糙度不合格会划伤板料。
其次，增加浮动板的强度和刚度；托料架支撑采用整体结构，即采用整体托料架，若采用钢板，其厚度为25mm，且调质30 ～40HRC，防止因变形导致部件高度不一造成划伤。

最后，采用更为科学的滚轮或毛刷来替代现有的滚珠，滚珠托料属于点接触，而滚轮和毛刷属于面接触，有效减轻了托料部件对板料的压力；在合适地方增加托料臂，将大大减轻滚珠因板料瞬间加速造成的冲击划伤。

总而言之，一个合理的方案可以完全解决开卷落料模具的板料划伤，提高落料板料的表面质量，大大减少因板料划伤带来的经济损失。

作者简介

彭帅

主管，高级工程师，主要从事冲压自动线模具维修以及模修技术的研究与应用，意在提高生产效率，提升零件品质，降低生产成本等，主持完成100 多套模具适应性改造项目、通过模具冲头快换，提高冲压自动线的OEE。
获得东风商用车有限公司科技成果三等奖，在相关期刊发表论文5 篇。

——文章选自：《锻造与冲压》2021年第24期