隨著國內汽車製造業不斷髮展，不同車企、不同品牌之間的競爭日趨激烈。由於原材料價格和人工成本不斷上漲，為了降低成本，提升材料利用率和生產效率，越來越多的汽車主機廠和鋼廠剪下配送中心開發了全自動化開卷落料生產線，如圖1所示。開卷落料生產線在實際生產中具有提高材料利用率、提升產品品質和生產效率、降低勞動強度等優點。而開卷落料線中重要的落料裝置是開卷落料模，開卷落料模透過落料線的自動送料裝置將送來的卷料加工成所需板件，目前已經廣泛應用於汽車覆蓋件模具的開發

［

1

，

2

］

。相比於普通落料模，開卷落料模是在卷料連續輸送的狀態下進行衝壓，一般分為2~3個工步完成。開卷落料模不僅生產效率高，而且透過合理的排樣設計，能夠大幅度提升材料利用率。

圖1

全自動化開卷落料生產線

尾門內板是重要的車身零件之一，由於其造型和成形的特殊性，通常需要進行開卷落料。透過對比某車企的尾門內板開卷落料工藝，發現其落料形狀和落料模結構存在一定的相似性。在模具結構設計上透過將卷料寬和步距設計成可調節形式，同時將工作部位設計成可拆換形式，這樣可以實現一定條件下不同車型尾門內板落料模的共用生產，降低模具工裝開發成本。

1

工藝設計

圖2所示為汽車尾門內板常用的開卷落料排樣設計，從圖2可以看出，開卷落料工藝包含卷寬、步距、窗框工藝孔、工藝切角4個部分的內容。其中卷料寬為零件寬度

W

；步距為零件長度

L

；窗框工藝孔通常按照零件中心對稱設定，其最遠端距離卷料寬中心

m

，距離零件中心為

n

；工藝切角包含窗框工藝切角和後保險槓工藝切角兩部分，窗框工藝切角開口角度

α

1

，切角深度

h

1

；後保險槓工藝切角開口角度

α

2

，切角深度

h

2

（開口角度

α

1

、

α

2

為2條切角邊之間的夾角，切角深度

h

1

、

h

2

為切角尖點與卷料寬中心的距離）。為實現不同車型尾門內板落料模的共用生產，需滿足以上引數在一定範圍內變化的需求。

圖2

尾門內板開卷落料排樣設計

2

模具結構設計

開卷落料模結構分為上模和下模兩部分，主要包括導向結構、託料結構和工作結構等，如圖3所示。其中導向結構包含手搖式板料導向器4、固定式導向塊7、導柱8和導套10；託料結構包含浮動式託料架3；工作結構包含下模切斷刀塊元件2、下模窗框工藝孔刀塊元件5、下模窗框工藝切角刀塊元件6、下模後保險槓工藝切角刀塊元件9、上模切斷刀塊元件12、上模窗框工藝孔刀塊元件13、上模後保險槓工藝切角刀塊元件14和上模窗框工藝切角刀塊元件15。

圖3

尾門內板開卷落料模結構

1。下模座 2。下模切斷刀塊元件 3。浮動式託料架 4。手搖式板料導向器 5。下模窗框工藝孔刀塊元件 6。下模窗框工藝切角刀塊元件 7。固定式導向塊 8。導柱 9。下模後保險槓工藝切角刀塊元件 10。導套 11。上模座 12。上模切斷刀塊元件 13。上模窗框工藝孔刀塊元件 14。上模後保險槓工藝切角刀塊元件 15。上模窗框工藝切角刀塊元件

開卷落料模的工作原理是卷料透過傳送機從模具進料側進入，依靠浮動式託料架3向前傳送，手搖式板料導向器4和固定式導向塊7確保卷料在傳送過程中不發生偏移。當卷料傳送到特定位置時，上、下模透過導柱8和導套10進行導向，託料架被上模壓下，板料與下模刀塊接觸，上模刀塊附近的聚氨酯壓料塊壓住板料，上、下模刀塊接觸將板料切斷，透過下模的廢料滑槽將廢料排出模具外。之後上模向上運動，下模託料架在彈簧作用下隨上模同時向上運動並將板料重新托起，最後板料繼續向前傳送到下一個工位

［

3

，

4

］

。

在落料模工作結構中，卷料寬調節可以透過模具中板料兩側手搖式導向器和固定式導向塊實現；步距調節可透過調整上、下模切斷刀塊元件的安裝位置實現；窗框工藝孔和工藝切角則可透過整體切換對應的刀塊元件實現。

2。1 開卷落料模導向結構

（1）模具導向。上、下模透過佈置在四角的

φ

80 mm導柱和導套進行導向，導柱和導套導向精度高，能保證上、下模刀塊刃口間隙達到要求。

（2）板料導向。板料在寬度方向的定位是由一對手搖式板料導向器、一對固定式導向塊和一個彈簧式導向塊實現，其作用是保證卷料向前送完一個步距之後，卷料不產生左右位移

［

6

］

，如圖4所示。其中手搖式板料導向器為自制機構，上面標有刻度值，透過轉動手柄可實現導向塊內外移動以滿足不同寬度板料的傳送需求。固定式和彈簧式導向塊均為標準件，其安裝位置預留有間隔為25 mm的螺釘孔，如圖5所示。透過手動調整固定螺釘的安裝位置，也可以滿足不同寬度板料的傳送需求。彈簧式導向塊作用是壓緊板料，防止傳送過程中產生左右位移。此落料模可以滿足1 240~1 445 mm卷料寬的傳送需求。

圖4

板料導向機構

圖5

固定式和彈簧式導向塊安裝示意圖

2。2 開卷落料模託料機構

託料機構的作用是在送料過程中將板料抬至高於切斷刀塊15 mm，既要保證板料能高速順暢無劃傷地流動，又要防止板料因重力下沉與模具刀口發生碰撞，如圖6所示。

圖6

託料架工作狀態

該落料模託料機構採用浮動式託料架，如圖7所示。浮動式託料架由方管框架、毛刷滾輪和頂料器組成，使用時能保證板料按照一定高度向前推進

［

5

］

。託料架的頂料力由均勻分佈在四周和中間的頂料器提供。頂到最高點時一般頂料器的作用力為託料架和板料總重力的1。2~1。5倍。託料架行程

S

=15 mm（自由狀態下託料架高出刀口的距離）+5 mm（安全距離）+12 mm（上模壓料橡膠的壓縮行程12 mm，包含刃口的切入量8 mm）。壓料橡膠和料片接觸時託料架滾輪的最高點距離下刃口17 mm。

圖7

浮動式託料架

2。3 開卷落料模工作結構

開卷落料模工作結構包含切斷刀塊元件、窗框工藝孔刀塊元件、工藝切角刀塊元件，其中工藝切角刀塊元件按照所處位置分為窗框工藝切角刀塊元件和後保險槓工藝切角刀塊元件。

2。3。1 切斷刀塊元件

開卷落料模步距雖然是透過傳送機控制，但最終依靠出料側的切斷刀實現，零件步距與切斷刀的安裝位置密切相關。切斷刀塊元件包含上模和下模兩部分，如圖8所示。為滿足不同步距板件落料的要求，上、下模的切斷刀塊安裝位置應設計成可調節形式。首先切斷刀塊安裝在固定板上，刀塊螺釘孔為長圓孔。刀塊透過背鎖墊片方式進行定位（墊片厚度為5 mm，最大數量為5片），可以實現切斷刀塊在固定板上25 mm的調節量。其次刀塊固定板安裝在模座墊板上，預先在模座墊板上間隔30 mm加工固定刀塊固定板的螺釘孔和銷釘孔，可以實現刀塊固定板在模座墊板上按照30 mm的倍數進行位置調節。透過調節刀塊及其固定板的安裝位置，可以實現不同步距零件的生產要求（步距調節範圍為1 525~1 910 mm，按照5 mm的整數倍增減）。同時出料側的託料架滾輪也可以根據刀塊固定板的位置左右移動，防止板料因懸空下沉而碰撞刃口。另外上模聚氨酯壓料塊安裝螺釘孔也設定成長圓孔，可以實現隨上模切斷刀塊同步移動。

圖8

切斷刀塊元件

2。3。2 窗框工藝孔刀塊元件

為滿足窗框內側的成形性要求，一般在窗框部位設計工藝孔。工藝孔的大小、形狀和位置根據成形性分析來確定。根據經驗，工藝孔通常是在卷料寬方向上按照板料中心線左右對稱佈置。一方面由於下模廢料洞的尺寸和位置固定不變，窗框工藝孔的位置必須設在廢料洞範圍內；另一方面，送料方向的工藝孔位置調節範圍與步距有關，不同的步距條件下，零件中心與廢料洞中心相對位置不同，此時工藝孔的位置調節範圍也不同。圖9所示為上、下模窗框工藝孔刀塊元件，工藝孔刀塊安裝在固定板上，固定板安裝在模座墊板上。當步距為 1 705 mm時，此時送料方向上零件中心與廢料洞中心重合，工藝孔位置調節範圍最大。當步距為 1 525 mm和1 910 mm時，零件中心相對廢料洞中心分別向右和向左的偏移量最大，此時工藝孔的位置調節範圍最小。對於新專案的零件，在滿足上述位置條件的前提下，只需根據新的工藝孔位置對刀塊和固定板進行重新設計和製作，即可實現不同零件的切換生產。

圖9

窗框工藝孔刀塊元件

2。3。3 工藝切角刀塊元件

為滿足零件成形性需求，尾門內板通常在窗框外側、下端轉角與後保險槓匹配的轉角位置設定工藝切角。以窗框切角為例介紹如何實現不同車型的切換生產。圖10所示為上、下模窗框工藝切角刀塊元件，切角刀塊安裝在固定板上，固定板安裝在模座墊板上。透過整體更換切角刀塊及其固定板實現不同零件的生產。

圖10

窗框工藝切角刀塊元件

透過對比以往車型尾門內板的工藝切角處形狀，單一的開口角度難以滿足零件成形需求，此時需要分段設定不同開口角度。為此，在綜合考慮切角廢料排出和刀塊固定板安裝條件等因素後，下模座窗框和後保險槓切角位置均設定兩級不同的開口角度。圖11所示為下模座窗框工藝切角刀塊元件的安裝面，其中一級開口角

α

1

=50°；二級開口角度

α

1

‘=80°；切角深度

h

1

=210 mm；對於新專案零件，當同時滿足一級切角

α

1

≤50°、二級切角

α

1

’≤80°以及210 mm≤

h

1

≤480 mm（切斷刀邊緣距離卷料寬中心線為480 mm）這3個條件時，此落料模可共用生產。

圖11

下模窗框工藝切角安裝面

要滿足不同的開口角度需求，必然會遇到切邊刀塊懸空的問題。如果將刀塊直接安裝在模座墊板上，由於刀塊懸空較大，安裝螺釘和銷釘承受剪下力，長時間生產會導致鬆動而影響切邊精度。為此在刀塊與模座墊板之間增加1塊V形固定板，刀塊安裝在固定板上。透過刀塊固定板可以抵消和分散一部分剪下應力，受力更加均衡，如圖12所示。

圖12

切角刀塊墊板安裝檢視

另外生產不同的零件需要不斷調整切斷刀塊位置和切換不同的刀塊元件，刀塊固定板的定位銷需要反覆拆裝。如果將刀塊固定板直接安裝在鑄造的模座上，由於鑄件硬度低，反覆拆裝定位銷會使模座上的銷釘孔過早磨損，導致定位精度下降，影響零件切邊間隙。因此在每個刀塊固定板的安裝面上鑲嵌1塊模座墊板（材質為T10A，熱處理硬度為62~64 HRC）

［

6

］

，這樣能有效減輕銷釘孔的磨損，提高模具生產精度和延長使用壽命，提升零件的切邊質量。

3

模具適用範圍

表1所示為此尾門內板開卷落料模的適用範圍，當新專案的零件同時滿足這些條件時均可採用該落料模生產。

表1 尾門內板開卷落料模適用範圍

4

生產應用

圖13所示為尾門內板的實際開卷落料模，目前該落料模已在尾門內板落料生產中得到應用，實際板料如圖14所示，且將繼續應用在後續車型中。

圖13

尾門內板開卷落料模

圖14

實際板料

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原文

作者

：

曹彪

李麗坤

謝迎歡

喬曉勇

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作者單位：

上汽通用五菱汽車股份有限公司 技術中心