汽车覆盖件多产品共用落料模的研究与应用

发布时间: 2019.08,15 发布人:四川模协

汽车覆盖件多产品共用落料模的研究与应用

 

 

 

 

本文介绍了一种可以多产品共用的开卷落料模具结构,提高了模具的利用率,大幅度的降低了模具的开发成本,减少了模具的存放空间,提高了场地利用率。经实际生产验证,该结构简单有效,定位可靠。

 

随着汽车工业的不断发展,每年汽车行业都会推出很多车型,对于同一个平台,可以开发出很多不同的车型,特别是年度车型,基本上都是在原车型的基础上,进行加宽、加长,或者是局部造型更改,又或者是一些具有家族特点的车型,这些具有代表性的结构件,在不同的车上轮廓造型基本一样。现在为了提高板材的利用率,采用锯齿形料边,这种情况下很多产品的板材除了长、宽尺寸不同,其他的特征尺寸是一样的。传统的模具开发理念是一个产品件开发一套模具,以满足生产需求。但是在实际设计、生产过程中,却存在以下问题。

 

⑴汽车模具的开发成本在每吨5万元左右,以一般的中型落料模为例计算,其外形尺寸为2400mm×1200mm×900mm,一副模具的质量为6.76t,开发费用为6.76×5=33.8万元。以之前开发的某车型的落料模具为例,12个产品共用一副落料模,如果按传统的开发理念,就需要多开发11副模具,其开发成本就相应的增加了33.8×11=371.8万元。

 

⑵模具外形尺寸较大,多开发的模具会占用冲压车间大量的存放空间,两副堆放的模具占地4m2,并增加车间的维护成本。

 

⑶生产过程中,不同产品的模具需要切换,起吊、安装、拆卸、调整会浪费大量的生产时间,生产效率低。如何避免出现上述问题,是模具工装开发的重点,通过采用一种可调节式定位结构实现不同尺寸的板材共用一副落料模进行生产,提高了生产效率、降低了模具的开发成本,有效地解决上述问题,为其他类型模具的开发提供参考。

 

锯齿形板材材料利用率分析

常规的工装开发使用的板材为矩形板材,把成形板材由常规的矩形板材改为锯齿形板材进行CAE分析,经过多次验证发现,当锯齿波峰、波谷的尺寸在一个合理的范围内时,不仅能够实现板材成形,还能减缓成形过程中起皱开裂的情况。当把板材改为锯齿形板材后,板材的最大轮廓虽然还与常规的矩形板材相同,但是板材实际使用的尺寸减少了一个波峰+波谷的宽度。这样当生产量很大时,就可以节省非常多的原材料,从而提高材料利用率,降低生产成本。

 

锯齿形板材成形性分析

现以某款新车型前围外板采用矩形板材及锯齿形板材的成形性进行对比分析。

 

⑴方案一矩形板材成形。通过分析,矩形板材成形状况良好,成形充分,无起皱开裂等缺陷,符合冲压成形要求,具体成形情况如图1所示。

 

⑵方案二锯齿形板材成形。板材锯齿的波峰与波谷的落差为50mm,通过分析锯齿形板材成形状况良好,成形充分,无起皱开裂等缺陷与矩形板材的成形情况相近,符合冲压成形要求,具体成形情况如图2所示。

 

图1 矩形板材的成形情况

 

图2 锯齿形板材的成形情况

 

对比方案一和方案二,两种方案均能实现板材成形,且成形效果均能满足使用要求,但是在材料的使用上单片锯齿形板材节省了50mm宽的原材料。由此可见使用锯齿形板材可以起到提高材料利用率、降低原材料成本的作用。

 

锯齿形板材应用的经济效益分析

经分析统计,锯齿高度在25、35、50mm是最佳的尺寸,根据统计常规使用的锯齿形板材,材料利用率可以提高3%左右。常规的发盖内外板,每个产品件可以节省2.87元的原材料成本;常规的地板,每个产品件可以节省3.23元的原材料成本。据统计,冲压成本占整车成本的39%,钢板成本占冲压成本的91%,矩形料片占冲压材料的70%左右。按照10万元/车的价格核算,采用锯齿形料片每台车可以降低成本100000×0.39×0.91×0.7=745元。

 

因锯齿形板材的锯齿高度在25、35、50mm是最佳的尺寸,这样只需要开发三副落料模,使用一种可调节式定位板,就可以实现此类产品件所有板材的落料工作。所有的弧形料、矩形料均可更改使用锯齿形板材。以量产30万辆的车型计算,三副模具的开发成本大约90万元,每台车节省原材料745元,扣除原材料开发成本,一个车型大概可以节约2.226亿元的原材料成本。

 

多产品共用开卷落料模工艺

目前,国内外大型汽车企业很多产品均采用开卷落料模的生产形式,以提高生产效率,降低用工成本,避免人工搬运过程中对板件的损伤。现结合某款新车型里12个产品采用锯齿形板材共用一副落料模的开发实例,阐述该落料模的工艺布局及结构设计,介绍可调节式定位板的结构及工作原理。此副模具12种产品共用,以最大料边为基准开发模具,其他11种产品根据其具体的料边尺寸,在模具中调整定位板的位置,经过对排样工艺及模具结构分析,其工艺设计布局如图3所示。

 

多产品共用开卷落料模结构设计

 

图3 工艺设计布局

 

图4 多产品共用开卷落料模结构

 

多产品共用开卷落料模结构分为上模、下模两部分(图4),上模和下模依靠导柱、导套配合导向,上模修边刀块和下模修边刀块相互作用完成落料工作。浮料机构安装在下模座上,托料架安装在浮料机构上面,通过浮料机构内部弹性元件一定行程的上下运动,带动托料架上下活动,实现托料功能。滚轮组件安装在托料架上,当板件通过送料机向前送料时,托料架处于顶起状态,板件在滚轮上滑动,避免板件与模具上其他尖锐部位接触,对板件产生损伤,同时因为滚轮的转动,摩擦力小,使得板件送料轻松顺畅。导柱安装在下模座的四角,最大限度的保证上下模的导向稳定。下模修边刀块通过螺销钉固定在下模座上。

 

缓冲氮气弹簧安装在下模座的四角,处于导柱外侧,工作时起缓冲作用,减小模具振动,降低噪声,非工作状态时,由于其能够提供1.5~2倍模具重量的作用力,可把上模顶起,使得模具的弹性元件处于非受压状态,延长弹性元件的使用寿命。可调节定位机构通过螺销钉固定在下模座上。压料芯固定在上模里,其下方设置有弹性元件,为压料芯提供压力,当模具工作时,压料芯提前压料,确保上下模修边刀块工作时板件不会移动。先行器安装在上模座上,其位置与下模浮料机构的中心对应。导套安装在上模四角,其位置与导柱的中心对应。上模修边刀块通过螺销钉固定在上模座上。防侧向力机构设置在上下模两端的中间位置,用于消除单边切边产生的侧向力。

 

当模具打开时,开卷板料进入模具,浮料机构内部弹性元件释放压力,带动托料架及滚轮组件向上运动,将板件托起,可调节定位机构上的导向滚轮进行导向,当板件前端运送到下模座上的首片料基准线位置时停止,此时上模座随压力机上滑块向下运动,导套首先与导柱接触,对上下模进行导向。防侧向力机构的导板与导滑面接触。接着先行器与浮料机构接触,带动浮料机构、托料架、滚轮组件向下运动,板件与下模修边刀块接触。然后压料芯接触板件,开始压料工作。接着上模修边刀块与下模修边刀块相互作用,完成落料工作,落料件会落在传送机构上,运送到下一工序。上模向上运动,压料芯脱离板件,先行器脱离浮料机构,浮料机构回程,带动托料架、滚轮组件向上运动,板件脱离下模修边刀块,板料在送料机的作用下向前移动一个步距。上模继续向下运动,完成下一冲次。

 

可调节定位板的结构及工作原理

可调节定位机构在该模具上的应用是实现多产品共用落料模的关键,结构如图3所示。该结构分为安装座、导向滚轮、内六角螺钉和螺母4个部分,安装座中间部位设置螺销钉孔,用于可调节式定位机构的固定。安装座的前后侧设置有T槽,T槽上部宽度为内六角螺钉直径+1mm,下部宽度为外六角螺栓T头部位两平行面间距尺寸+0.5mm,该T槽能够防止外六角螺栓转动,方便螺母的安装。导向滚轮通过两组外六角螺栓和螺母固定在安装座上。

 

当不同种类的板料切换时,使用扳手松开螺母,调整模具所有两侧的导向滚轮的位置,使两导向滚轮的间距匹配所切换板件的外部轮廓,从而实现切换功能。

 

结束语

通过合理安排工艺布局,结合锯齿形板材及开卷落料模的结构特点进行研究分析,可以很大程度地提高材料利用率,降低原材料的使用成本;采用一种可调节式定位结构,可以实现不同尺寸的板材共用一副落料模进行生产,提高了模具的利用率,一副类似的模具可节约开发成本370万元左右,降低了模具的开发成本,减少了模具存放占用的空间,提高了场地利用率。

 

1-安装座 2-T槽 3-导向滚轮 4-螺母 5-外六角螺栓

图5 可调节定位机构示意图

 

作者简介

 

朱良辉,结构专家,集团培训讲师

主要从事图纸结构审核,主攻侧围、翼子板等外板件模具的设计改进,主持完成了公司UG插件开发、3D设备实体库等项目,拥有2项发明专利,7项实用新型专利。

 

—— 来源:《锻造与冲压》2019年第14期

 

 


 

 


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