趙鋒 王昊一 何劉軍 王力

（中國第一汽車集團有限公司工程與生產(chǎn)物流部，長春 130012）

1 前言

在眾多自動線生產(chǎn)的模具中，側(cè)圍外板模具結(jié)構(gòu)相對比較復(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)致自動線高頻次生產(chǎn)時廢料排出難度大。尤其當(dāng)側(cè)圍外板內(nèi)外廢料一次性沖出時，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，廢料卡滯問題產(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)圍外板自動線廢料排出問題。

2 沖壓模具廢料排出分析

2.1 問題描述

某車型側(cè)圍外板廢料排出困難，出現(xiàn)廢料卡滯停機頻繁，批次生產(chǎn)累積廢料停機時間過多，嚴重影響自動線整線生產(chǎn)頻次，屬于嚴重的生產(chǎn)資源浪費，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，廢料在排出過程中不得對人或模具造成損傷；

b.廢料盒在模具工作和運輸時不得脫落，方便取放，與模具安裝螺釘無干涉；

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 自動線模具廢料排出要求

a.自動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)計中詳細描述，如圖2 所示；

圖2 自動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，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)計時應(yīng)考慮操作者可見、取放方便，廢料盒手柄提示顏色為紅色；

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

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

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.允許使用氣動頂料裝置，但頂起時廢料不得脫離廢料滑道；

i.廢料下滑角度不滿足時，允許采用振動式廢料滑道；

j.對于側(cè)圍、翼子板修邊模具，在使用吊楔修邊時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，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)圍外板模具在自動線生產(chǎn)，自動線設(shè)備廢料排出機構(gòu)設(shè)計需要充分考慮自動線設(shè)備相關(guān)的廢料排出機構(gòu)尺寸。

2.3 側(cè)圍外板廢料分離設(shè)計

側(cè)圍外板模具工藝排布是在壓縮工序的前提下設(shè)計的，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)計簡圖

2.4 側(cè)圍外板廢料分塊設(shè)計

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，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志（X）并涂紅色；

d.凹模鑲塊盡量大，鑲塊質(zhì)量超過15 kg 時應(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)量相對較多，廢料排出不暢問題頻出，以下針對側(cè)圍外板的廢料分塊設(shè)計進行重點要求。

a.在廢料尺寸不超過標準要求的前提下盡量減少廢料數(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)置在過圓弧切點的附近；

e.修邊有內(nèi)凹輪廓時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（強制退料），同時上模增加彈頂銷，防止上模的刀刃向上帶廢料；

i.對于下模雙對向切斷廢料刀，刀刃不要設(shè)計成平行，要設(shè)計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.充分利用工作臺上的廢料洞及工作臺側(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)險大大增加，應(yīng)考慮使廢料從工作臺側(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。文中側(cè)圍外板各類廢料出現(xiàn)的堆積、刮帶、卡滯問題，通過廢料排出要求、自動線設(shè)備廢料排出機構(gòu)設(shè)計、側(cè)圍外板廢料沖出設(shè)計、側(cè)圍外板廢料分塊設(shè)計、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廢料采取強制排出、合理導(dǎo)滑、合理間隔、減少刃口工作面尺寸、模具鑄件本體空開手段，疏導(dǎo)廢料順利滑落排出。

3 對策實施及確認

3.1 整體方案

針對側(cè)圍外板廢料的差異性進行分類解決，優(yōu)先選擇工藝修改，其次進行結(jié)構(gòu)優(yōu)化，再考慮強制排出，最后進行手段合并，多維度方案消除廢料問題，見表1。

表1 廢料排出方案匯總

3.2 1階段方案實施并確認

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

當(dāng)廢料分離輪廓為半封閉的線性輪廓時，為了方便廢料下滑工藝，設(shè)計上會采取斜刃剪切沖裁；結(jié)構(gòu)設(shè)計上會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)計不能消除廢料向上刮帶時，需要考慮上模刃口形狀的工藝性，在上模刃口型面上進行造型設(shè)計，以此消除廢料彈性開放時的廢料展開狀態(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行補焊修整，消除廢料切斷后位移問題，如圖12 所示。最后在自動線生產(chǎn)頻次下確認廢料排出是否順暢。

圖12 半封閉輪廓廢料排出的工藝優(yōu)化

3.4 3階段方案實施并確認

當(dāng)廢料分離輪廓為敞開的線性輪廓時，為了方便廢料下滑工藝設(shè)計上會采取斜刃剪切狀態(tài)的沖裁，并在下滑，側(cè)進行彈性頂料設(shè)計；結(jié)構(gòu)設(shè)計上會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)計不能消除廢料卡滯時，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過程，可以對下滑側(cè)切斷刃口的刃入深度進行合理的增加，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力彈性原件，或是加長彈性原件頂出距離，如圖13 所示。最后在自動線生產(chǎn)頻次下確認廢料排出是否順暢。

圖13 敞開輪廓廢料排出的強制排出

3.5 4階段方案實施并確認

當(dāng)廢料分離輪廓為半封閉的線性輪廓，同時又是斜切和平切廢料時，為了方便廢料下滑，工藝設(shè)計上會采取符形刃口進行沖裁，并在修邊后線性輪廓開放區(qū)域進行縮短線性長度的造型設(shè)計，同時在下滑側(cè)進行彈性頂料設(shè)計；結(jié)構(gòu)設(shè)計上會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)通過以上設(shè)計廢料仍然不能排出時，需要考慮上模刃口形狀的工藝性，在上模刃口型面上進行波浪形狀設(shè)計，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行補焊修整，消除廢料切斷后位移問題；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)計初期的7 mm 修改為3 mm，減少廢料脫離刃口間隙面的距離，再對修改后的刃口空開面加深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。最后在自動線生產(chǎn)頻次下確認廢料排出是否順暢。

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），同時保證模具本體強度；

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），同時符合模具廢料切刃分塊原則；

c.廢料分離工藝分步進行（模具工藝設(shè)計），同時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.廢料可以進行同步二次切斷的不要進行一次切斷，保證廢料下滑方便順暢；

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

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，從而保證廢料在標準位置下滑；

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。

5 結(jié)束語

綜上所述，自動線側(cè)圍外板廢料設(shè)計時形狀、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)。因為工藝設(shè)計和模具結(jié)構(gòu)設(shè)計導(dǎo)致廢料設(shè)計受限時，優(yōu)先考慮廢料分塊設(shè)計的合理性，并在后期自動線設(shè)備調(diào)試廢料問題時，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線廢料問題，從而保證自動線設(shè)備的高效產(chǎn)出。