侧围外板在冲压自动线上废料排出方法的研究

赵锋 王昊一 何刘军 王力

（中国第一汽车集团有限公司工程与生产物流部，长春 130012）

1 前言

在众多自动线生产的模具中，侧围外板模具结构相对比较复杂，型面段差较大，废料切断形式各异，形状复杂，尺寸各异，导致自动线高频次生产时废料排出难度大。尤其当侧围外板内外废料一次性冲出时，废料排出更是困难。本文主要介绍侧围外板采用一次性废料冲出的工艺时，废料卡滞问题产生的原因与排出方法。从废料分块、废料形状、废料尺寸、废料分离方式、废料排出方式方面，结合典型废料分析，有效的解决了侧围外板自动线废料排出问题。

2 冲压模具废料排出分析

2.1 问题描述

某车型侧围外板废料排出困难，出现废料卡滞停机频繁，批次生产累积废料停机时间过多，严重影响自动线整线生产频次，属于严重的生产资源浪费，如图1 所示。

图1 侧围外板模具典型废料排出不畅

2.2 废料排出要求

2.2.1 废料排出通用要求

a.废料排出不得出现飞溅、卡滞情况，废料在排出过程中不得对人或模具造成损伤；

b.废料盒在模具工作和运输时不得脱落，方便取放，与模具安装螺钉无干涉；

c.尽量避免锐角尖角废料产生；

d.废料盒容量≥600 件，满足连续生产需要。

2.2.2 自动线模具废料排出要求

a.自动化模具的废料处理装置（包括废料滑道、顶料器、弹顶销）必须在模具结构图设计中详细描述，如图2 所示；

图2 自动线修边模具废料排出结构

b.尽可能避免采用废料盒收集冲孔废料。必须应用废料盒时，其废料容量须保证满足单批生产最大能力的1.2 倍。在模具设计时应考虑操作者可见、取放方便，废料盒手柄提示颜色为红色；

c.在模具设计中可以使用压机工作台上的废料孔，但必须保证不存在卡废料风险；

d.每次冲程的废料都能在本次冲程内可靠地从模具中排出并滑入地面废料入口（废料滑出速度满足节拍要求）；

e.对于废料对角线参考尺寸（废料最大尺寸）≤600 mm；保证废料不会滞留在废料入口处；

f.模具的废料滑道超出底板以外引起起吊不便，采取折叠式；

g.废料滑道的材料必须采用滤油网板；

h.允许使用气动顶料装置，但顶起时废料不得脱离废料滑道；

i.废料下滑角度不满足时，允许采用振动式废料滑道；

j.对于侧围、翼子板修边模具，在使用吊楔修边时存在废料飞溅到吊楔导板上造成模具刃口损坏的风险，必须采用上模吊楔和下模导滑板边缘防飞溅挡板。

由于侧围外板模具在自动线生产，自动线设备废料排出机构设计需要充分考虑自动线设备相关的废料排出机构尺寸。

2.3 侧围外板废料分离设计

侧围外板模具工艺排布是在压缩工序的前提下设计的，为了保证二次成型工序内容的可行性和结构的合理性，修边模具废料设计为一次性冲出。在模具结构允许的前提下，尽量把修边工序分开排布（分布到后工序），这样能减少单工序的废料排出数量，降低堵废料的几率，如图3所示。

图3 侧围工序排列中修边模具废料冲出设计简图

2.4 侧围外板废料分块设计

2.4.1 冲裁刃口分块通用要求

a.凹模一侧刃口必须采用镶块结构，凸模一侧刃口优先采用整体式结构，对于易磨损、立切部位必须采用易换的镶块结构；

b.所有镶块结构刃口必须结合镶块的高度和宽度合理地选用配入深度，原则上镶块的高度不得大于宽度的1/2，当不能满足时，配入深度应>20 mm；

c.与压料板或其它部件拆装干涉的镶块必须作出标志（X）并涂红色；

d.凹模镶块尽量大，镶块质量超过15 kg 时应增加起吊孔。

2.4.2 侧围外板废料分块要求

侧围外板制件几何尺寸较大，废料数量相对较多，废料排出不畅问题频出，以下针对侧围外板的废料分块设计进行重点要求。

a.在废料尺寸不超过标准要求的前提下尽量减少废料数量；

b.在模具结构允许的前提下尽量把修边工序分开排布（分布到后工序）；

c.门洞内转角处废料形状特殊，尽量不在此处设置废料刀切断；

d.角部修边的废料刀要设置在过圆弧切点的附近；

e.修边有内凹轮廓时要考虑废料刀布置的位置；

f.上下模废料刀刃口形状与拉延法兰边型面符型；

g.对于下模单向切断废料刀，上模在靠近刀刃的位置增加弹顶销，弹顶销要顶在废料平面上；

h.对于下模双背向切断废料刀，下模在刀背中间增加升降汽缸顶料装置（强制退料），同时上模增加弹顶销，防止上模的刀刃向上带废料；

i.对于下模双对向切断废料刀，刀刃不要设计成平行，要设计成单刃喇叭口型或双刃喇叭口型，上模加弹顶销，防止上模的刀刃向上带废料；

j.充分利用工作台上的废料洞及工作台侧面废料洞，如果废料平铺尺寸大于中间废料洞下落空间（即废料必须竖直姿态掉落才能顺利滑下），那么堵废料的风险大大增加，应考虑使废料从工作台侧面废料洞排出，如图4 所示。

图4 侧围外板修边刃口分块

2.5 侧围外板废料分类

侧围外板制件空间几何尺寸较大，模具结构复杂。废料分块后形状尺寸各异，为了更好的研究侧围废料排出不畅的原因，按照废料轮廓分离的形式及废料冲切的方向进行分类分析。

2.5.1 侧围外板按照废料轮廓分离的形式分类

a.全封闭轮廓废料：在侧围外板废料轮廓分离的形式中，存在全封闭轮廓的废料分离形式，例如尾灯口、油箱口三角窗口以及所有封闭冲孔位置，如图5 所示。

图5 侧围外板全封闭废料位置示意

b.半封闭轮廓废料：在侧围外板废料轮廓分离的形式中，同样存在半封闭轮廓的废料分离形式，例如轮口、所有内凹夹角刃口位置等，如图6 所示。

图6 侧围外板半封闭废料位置示意

c.敞开轮廓废料：在侧围外板废料轮廓分离的形式中，最后一类废料是敞开轮廓的废料分离形式，例如直线刃口及曲线刃口位置等，如图7 所示。

图7 侧围外板敞开废料位置示意

2.5.2 侧围外板按照废料冲切的方向分类

a.直切废料：在侧围外板的废料冲切的方向中，多数废料是直切的废料，例如平行于冲压方向的刃口，如图8 所示。

图8 侧围外板直切废料位置示意

b.斜切废料：在侧围外板的废料冲切的方向中，一部分废料是工艺及结构原因导致的斜切的废料，例如偏角于冲压方向的刃口等，如图9 所示。

图9 侧围外板斜切废料位置示意

a.平切废料：在侧围外板的废料冲切的方向中，最后一部分废料是工艺及结构原因导致的平切的废料，例如垂直于冲压方向的刃口等，如图10所示。

图10 侧围外板平切废料位置示意

由于侧围外板压缩工序，废料排布显得较为复杂，冲压工艺排布时考虑部分废料排出模具外侧，部分废料则滑到模具下部的废料坑内。目前较为先进的冲压工艺排布方案为分两序将门洞内的废料切除完毕，就如本文中侧围外板的废料设计。文中侧围外板各类废料出现的堆积、刮带、卡滞问题，通过废料排出要求、自动线设备废料排出机构设计、侧围外板废料冲出设计、侧围外板废料分块设计、侧围外板废料分类分析后，可以根据废料的大小、形状及分离形式，稳定废料位置的前提下对废料采取强制排出、合理导滑、合理间隔、减少刃口工作面尺寸、模具铸件本体空开手段，疏导废料顺利滑落排出。

3 对策实施及确认

3.1 整体方案

针对侧围外板废料的差异性进行分类解决，优先选择工艺修改，其次进行结构优化，再考虑强制排出，最后进行手段合并，多维度方案消除废料问题，见表1。

表1 废料排出方案汇总

3.2 1阶段方案实施并确认

当废料分离轮廓为封闭的线性轮廓时，工艺设计上会采取符形刃口进行冲裁，并在修边后线性轮廓开放区域进行缩短线性长度的造型设计，结构设计上会尽量增大废料下滑空间，保证废料平行下落时，单侧间隙>15 mm。当这些设计还不能保证废料顺畅排出时，需要考虑刃口区域的结构尺寸，首先由设计初期的7 mm 修改为3～5 mm，减少废料脱离刃口间隙面的距离；然后对修改后的刃口间隙面的空开面加深1～2 mm，如图11 所示。最后在自动线生产频次下确认废料排出状态。

图11 全封闭轮廓废料排出的模具结构优化

3.3 2阶段方案实施并确认

当废料分离轮廓为半封闭的线性轮廓时，为了方便废料下滑工艺，设计上会采取斜刃剪切冲裁；结构设计上会尽量增大下模废料刀镶块背部的斜面角度，保证废料分离后，单侧下落顺利。当这些设计不能消除废料向上刮带时，需要考虑上模刃口形状的工艺性，在上模刃口型面上进行造型设计，以此消除废料弹性开放时的废料展开状态；由于废料区域法兰边存在上翘状态，导致废料与下模切断刃口不符形，无法保证废料切断后沿着下模废料刀镶块背部的斜面角度固定位置下滑，所以下模切断刃口型面需要按照废料区域法兰边存在上翘量进行补焊修整，消除废料切断后位移问题，如图12 所示。最后在自动线生产频次下确认废料排出是否顺畅。

图12 半封闭轮廓废料排出的工艺优化

3.4 3阶段方案实施并确认

当废料分离轮廓为敞开的线性轮廓时，为了方便废料下滑工艺设计上会采取斜刃剪切状态的冲裁，并在下滑，侧进行弹性顶料设计；结构设计上会尽量增大下模废料刀镶块背部的斜面角度，保证废料分离后，单侧下落顺利。当这些设计不能消除废料卡滞时，需要考虑上模切断刃口的切入深度是否可以将废料彻底的压入下模切断刃口的工作间隙面内，如果理论切入深度不足以完成这个过程，可以对下滑侧切断刃口的刃入深度进行合理的增加，一般增加5～10 mm 就可以满足废料排出需要。为了辅助废料单侧下滑，下滑侧弹性顶料原件可以更换强力弹性原件，或是加长弹性原件顶出距离，如图13 所示。最后在自动线生产频次下确认废料排出是否顺畅。

图13 敞开轮廓废料排出的强制排出

3.5 4阶段方案实施并确认

当废料分离轮廓为半封闭的线性轮廓，同时又是斜切和平切废料时，为了方便废料下滑，工艺设计上会采取符形刃口进行冲裁，并在修边后线性轮廓开放区域进行缩短线性长度的造型设计，同时在下滑侧进行弹性顶料设计；结构设计上会尽量增大废料下滑空间，并增大下模废料刀镶块背部的斜面角度，保证废料分离后，单侧下落顺利。当通过以上设计废料仍然不能排出时，需要考虑上模刃口形状的工艺性，在上模刃口型面上进行波浪形状设计，封闭侧上模刃口刃入深度增加5 mm，保证废料提前脱离刃口间隙面；由于废料区域法兰边存在上翘状态，导致废料与下模切断刃口不符形，无法保证废料切断后沿着下模废料刀镶块背部的斜面角度固定位置下滑，所以下模切断刃口型面需要按照废料区域法兰边存在上翘量进行补焊修整，消除废料切断后位移问题；其次半封闭内夹角刃口区域的刃口间隙面工作尺寸由设计初期的7 mm 修改为3 mm，减少废料脱离刃口间隙面的距离，再对修改后的刃口空开面加深3 mm；辅助废料按照固定角度下滑的导杆取消，采用弧面挡板辅助废料下滑更加稳定有效；与旁侧的废料下滑区域采取隔板方式，防止废料相互干涉，如图14 所示。最后在自动线生产频次下确认废料排出是否顺畅。

图14 多属性废料排出的方法合并

4 废料排出思路总结

废料排出调试原则如下。

a.尽量做到废料下滑空间尺寸大于废料三维空间尺寸（模具结构设计），同时保证模具本体强度；

b.废料三维空间尺寸要符合设备废料口技术参数（制件废料分块设计），同时符合模具废料切刃分块原则；

c.废料分离工艺分步进行（模具工艺设计），同时保证分步的工艺合理性；

d.废料与制件分界线要充分考虑废料区域是否存在较深的成型状态，否则影响废料排出方向；

e.废料可以进行同步二次切断的不要进行一次切断，保证废料下滑方便顺畅；

f.废料切断要尽量避免对向切断方式，否则废料会因切断后直线长度尺寸大于对向切刃的垂直直线长度尺寸而卡滞；

g.废料内角处刃口（废料侧）冲裁深度要适当加高，保证废料冲裁后尖角处脱离刃口垂直面；

h.保证废料型面与模具型面符贴，才能保证废料下滑前不位移，从而保证废料在标准位置下滑；

i.废料侧冲裁切刃应该加装顶出装置，辅助废料下滑；

j.废料下落的导滑要合理稳定，要有必要的间隔设计。

5 结束语

综上所述，自动线侧围外板废料设计时形状、尺寸以及分离形式的合理性直接影响侧围外板模具废料排出状态。因为工艺设计和模具结构设计导致废料设计受限时，优先考虑废料分块设计的合理性，并在后期自动线设备调试废料问题时，首先保证废料与刃口脱离顺利，其次保证废料排出位置稳定，最后进行合理的导滑和间隔。这样的废料控制思路可以有效的解决各种自动线废料问题，从而保证自动线设备的高效产出。