作者:陳勁松
柔性化模具技術(shù)的設(shè)計與應(yīng)用
文/陳勁松·東風(fēng)汽車有限公司商用車公司車架廠
作者:陳勁松
使用柔性化模具可以提高產(chǎn)品質(zhì)量、生產(chǎn)效率,有效降低生產(chǎn)成本、實現(xiàn)快速應(yīng)變、提高工裝管理效能。
在傳統(tǒng)的工裝技術(shù)概念中,模具是用于單一產(chǎn)品、大批量生產(chǎn)的專用工裝,是保證產(chǎn)品質(zhì)量及提高生產(chǎn)效率的重要手段,即每一種沖壓制件,都是由確定的專用模具來保證。而隨著工裝技術(shù)的不斷創(chuàng)新和發(fā)展,市場發(fā)展速度與新產(chǎn)品開發(fā)的需要,傳統(tǒng)工藝技術(shù)過程和管理理念已不能滿足新形勢下生產(chǎn)和管理的要求,必須在應(yīng)用技術(shù)和理念上有新的認識和突破。
近些年,隨著東風(fēng)商用車公司產(chǎn)品更新?lián)Q代越來越快,模具的重要作用凸顯出來,模具設(shè)計的合理性直接影響產(chǎn)品的質(zhì)量和成本。為了縮短模具的制造時間、減少模具費用、提高生產(chǎn)率和降低產(chǎn)品成本以適應(yīng)市場的需要,本公司在沖壓工藝及模具設(shè)計方面進行了新的嘗試,把原本需要多套模具才能加工出來的產(chǎn)品,僅需要一套柔性化模具就可以加工出來。不但可以使生產(chǎn)快捷,產(chǎn)品更新方便,成本降低,也可以使工廠龐大的模具數(shù)量難以管理的局面得到改善,并為今后形成一種新的設(shè)計思路——柔性化模具,最終實現(xiàn)一模多用。
要達到以上目的,首先要保證產(chǎn)品設(shè)計系列化,同類產(chǎn)品的基本尺寸應(yīng)力求保持一致,工藝人員對已使用過的模具應(yīng)該十分清楚。在審查新產(chǎn)品時,與同類已完成產(chǎn)品進行比較,在保證產(chǎn)品性能的情況下對產(chǎn)品設(shè)計提出建議,以便能借用現(xiàn)有模具生產(chǎn)?;?qū)Χ喾N新產(chǎn)品歸類,統(tǒng)一關(guān)鍵尺寸,力求模具用量少。在此,本文對公司三大類零件柔性化模具的開發(fā)過程進行詳細介紹。
圖1縱梁類零件結(jié)構(gòu)
縱梁類零件
如圖1所示,車架廠有很多縱梁類零件(左右件),由于零件形狀腹面為變截面結(jié)構(gòu),無法在輥壓機與三面沖上實現(xiàn)生產(chǎn),按常規(guī)的工藝過程安排,一般需要制造一套落料沖孔模和一套成形模以實現(xiàn)整體加工。目前,公司新開發(fā)的零件共有七種,共同參數(shù)是料厚相同(6mm),零件形狀相似,僅A、B尺寸發(fā)生變化,如表1所示。這類產(chǎn)品如果按照傳統(tǒng)工藝設(shè)計要求,設(shè)計、制造二套標(biāo)準(zhǔn)模具,時間周期長投入成本高,且無法滿足市場開發(fā)的要求。
表1縱梁產(chǎn)品結(jié)構(gòu)對比 (單位:mm)
橫梁類零件
如圖2所示,車架廠典型橫梁類零件,是橫梁結(jié)構(gòu),該系列零件共有5種,料厚6mm。從表2中可以看出,該類型橫梁長度、開口尺寸、減重孔徑、減重槽深度都在發(fā)生變化,而各孔孔位則要保持不變,因此對于普通橫梁的修端沖孔模、成形模而言,很難實現(xiàn)。
圖2橫梁類零件結(jié)構(gòu)
通過對上述兩類產(chǎn)品主要結(jié)構(gòu)進行詳細分析,歸納了不同結(jié)構(gòu)類產(chǎn)品具有以下技術(shù)特征。
縱梁類零件工藝
該類零件的工藝過程為落料沖孔和成形兩大工序。為減少工裝投入,落料沖孔可在數(shù)控打孔機和火焰切割機上完成,變截面成形則必須要上模具加工,如果7種縱梁都投入正規(guī)模具的話,成本太高。
橫梁類零件工藝
該類零件工藝過程為修邊沖孔和壓彎。由于零件的長度和開口尺寸發(fā)生變化,而翼面孔位保持不變,說明修邊沖孔模的刃口尺寸、壓彎模的開口尺寸應(yīng)該是可調(diào)節(jié)的。
表2橫梁產(chǎn)品結(jié)構(gòu)對比 (單位:mm)
縱梁類零件模具
通過對比表2幾種縱梁結(jié)構(gòu),零件變截面部分保持不變,只是中間軸距和尾端長度發(fā)生變化,模具設(shè)計時,可以最短縱梁為基礎(chǔ)(圖3),其他縱梁模具在此基礎(chǔ)上通過增加軸距工作部分長度來實現(xiàn)(表3),即原有工作部分長度向后串。而尾端長度,則按最長的設(shè)計大于1105mm即可??紤]到模具的結(jié)構(gòu)平衡,上模長度取1370mm,下模、頂出器長度取1310mm,縱梁成形模工作部分可用其余縱梁模具增加的部分拼合而成,不需重新制作工作部分,凸模、凹模、頂出器均可采用該結(jié)構(gòu),具體情況見圖4。
模具直面部分采用螺釘側(cè)向緊固,間隙調(diào)整靠增加減少墊片來保證,同時也便于向其他零件換型。對于變截面部分,考慮到鑲塊尺寸空間有限以及整體結(jié)構(gòu)的強度,螺釘縱向緊固連接。
圖3縱梁換型
圖4縱梁成形模結(jié)構(gòu)
表3縱梁產(chǎn)品換型對比 (單位:mm)
為了滿足縱梁制件左右件換型和最小投入成本的需要,將模具的橫向沖壓中心線與制件中間部分直面的中心取向一致,這樣保證了換型工作量的最低,只需首尾兩端和變截面部分換型即可,對于首尾兩端的直面只需繞自身旋轉(zhuǎn)180°即可換型,無需制作對稱部分。
橫梁類零件模具
這類零件有4個尺寸發(fā)生變化,對于修邊沖孔模的刃口以及壓彎模的開口尺寸都要求可調(diào)節(jié)。
⑴A(724~732mm)、C(245.5~253.5mm)尺寸調(diào)節(jié)。為實現(xiàn)A、C尺寸的調(diào)節(jié),凸模、凹模刃口尺寸定位系統(tǒng)務(wù)必實現(xiàn)可調(diào)節(jié)。如圖5所示,凸模、凹模設(shè)計為螺釘側(cè)向緊固鑲塊結(jié)構(gòu),凸模按最小尺寸724mm,凹模按最大尺寸732mm。當(dāng)生產(chǎn)短尺寸時,凸模減墊片,凹模加墊片;生產(chǎn)長尺寸時,凸模加墊片,凹模減墊片即可實現(xiàn)。對于兩側(cè)減重槽深度B,同樣按此結(jié)構(gòu)來加以實現(xiàn)。對于外形側(cè)向定位,可相應(yīng)調(diào)節(jié)側(cè)向活動定位塊實現(xiàn)。
圖5橫梁修邊模具結(jié)構(gòu)
⑵保持翼面孔高度30mm。為保證C尺寸變化時,翼面孔高度30mm不變,將凸模固定板、凸凹模固定板設(shè)計成圖6所示的結(jié)構(gòu)。將固定板分為腹面不變形區(qū)域和翼面變形區(qū)域,翼面孔位原始尺寸按最小開口245.5mm展開,當(dāng)成形件開口尺寸每增加2mm時,兩固定板間增加1mm的墊板開口調(diào)節(jié)尺寸。
圖6橫梁修邊沖孔模固定板結(jié)構(gòu)
⑶D尺寸的變化。橫梁中間3個減重孔,從φ(90~120)mm變化,在本套修邊沖孔模上難以實現(xiàn),為此專門開發(fā)了一套柔性化沖孔模(圖7),凸、凹模隨產(chǎn)品設(shè)計成多種系列,從φ(90~120)mm變化。如表4所示,固定部分尺寸一致,生產(chǎn)相應(yīng)的孔時更換相應(yīng)的凸、凹模即可。修邊沖孔模具只沖φ13mm底孔,而柔性化沖孔模以φ13mm底孔導(dǎo)正,可生產(chǎn)φ(90~120)mm的系列孔。沖孔模剛性刮料板側(cè)向活動量為20mm,即起退料起毛坯定位作用,適應(yīng)不同開口尺寸以及翼面高度零件的生產(chǎn)。
圖7柔性化沖孔模結(jié)構(gòu)
表4沖孔模刃口尺寸明細 (單位:mm)
圖8壓彎模結(jié)構(gòu)
⑷C類開口尺寸的調(diào)節(jié)。零件料厚為6mm,開口尺寸從253.5~245.5mm變化,壓彎凸模、凹模、頂出器相關(guān)尺寸相應(yīng)發(fā)生變化。模具整體結(jié)構(gòu)(圖8),采用鑲塊橫向加墊片的方式調(diào)節(jié)開口尺寸,凹模按最大開口尺寸253.5mm設(shè)計,凸模按最小開口尺寸233mm設(shè)計。當(dāng)生產(chǎn)大開口尺寸時,凹模減墊片,凸模加墊片;當(dāng)生產(chǎn)小開口尺寸零件時,凹模加墊片,凸模減墊片,詳見表5。
表5壓彎模開口尺寸換型說明 (單位:mm)
為使模具的通用性更強,模具凸模固定設(shè)計高度為250mm,可生產(chǎn)翼面高度為200mm的橫梁。同時,為確保退料能夠順利,整套模具選用了12個50mm×300mm的強力彈簧沿壓彎線布置,確保退料行程以及壓彎力足夠大。為減少零件成形時的劃傷,凹模采用CB-2H鈹銅合金材料。為減少換型工作量,保持模具的精度,頂出器采用底板導(dǎo)柱、襯套導(dǎo)向,生產(chǎn)上述五個產(chǎn)品時頂出器不需換型。
柔性化模具制造技術(shù)的應(yīng)用為新產(chǎn)品開發(fā)起到了決定性作用,也為提高企業(yè)的生產(chǎn)管理水平、降低工裝成本、增加經(jīng)濟效益等,成功地開辟了一條新的設(shè)計思路——柔性化工裝應(yīng)用技術(shù)。通過對該兩大類零件模具制造技術(shù)的創(chuàng)新,拓寬了柔性化模具制造技術(shù)的應(yīng)用,為今后的技術(shù)創(chuàng)新和研究工作,建立了嶄新的發(fā)展平臺。