汽车制造工艺的发展与材料利用率的提高

文/彭帅、朱焕刚、熊格宇、牛立军、张德斌·东风商用车有限公司车身厂

随着汽车工业的发展，人们对汽车制造技术有了更深入的认识，要想制造出高质量的汽车，必须保证先进的设备和技术，以往汽车覆盖件的开发中，冲裁模具的应用比较多，冲压模具所占的比例比较小，这是因为汽车冲压模具的投资占整车开发费用的比例比较高，为了减少前期的一次性投入，汽车生产厂家往往取消冲裁模具的开发，而采用方形或矩形的毛坯进行成形，这样就节省了模具开发的前期投入，但却增加了材料消耗。

目前钢材价格大幅上涨，汽车厂商逐渐意识到要降低整车制造成本必须提高单车材料的利用率。为此，各大汽车厂商纷纷引进开卷落料线，投入开卷落料模具，甚至摆剪模具。这样有效避免了板料在开卷落料过程中的碰伤、划伤，从而提高了板料的质量；同时自动化开卷落料的使用有效减少了板料划伤事故的发生；最明显的效果是开卷线的应用使生产节拍提高到了60SPM，大大降低了工人的劳动强度，提高了生产效率。

问题描述

为了提高产品质量、材料利用率和生产效率，我公司新增了一条630t自动开卷落料线，新建的开卷落料线具有自动开卷、校平、连续送料、连续剪切、自动堆垛等功能，如图1所示。目前新开卷线生产节拍为30-60SPM，远高于旧线22-40SPM的速度。生产节拍的提高对模具的制造精度和合理的结构设计提出了更高的要求。落料模要能支撑板料、定位准确、使板料移动平稳。它与普通落料模的结构很相似，它的上模结构与普通冲模相同，唯一的不同就是下模结构，下模上有一个浮动板来传送板料，它的存在可以有效防止板料与冲头刃口摩擦而产生划伤。

图1 开卷落料线工艺流程示意图

630t开卷落料线投产初期，板料经常出现表面划伤现象，严重影响表面质量。由于没有资金投入新的落料模具，旧模具需要改造才能在新的开卷线上正常运行。生产中最大的问题就是板料划伤，如图2所示。

图2 板材划痕

钣金划伤、变形原因分析

前期落料模具调试结果显示，板料划伤位置在不断变化，没有规律可循，导致我们很难找到原因。在随后两个月的模具调试中，我们排查了所有可能的原因。对造成板料划伤的因素进行了筛选，经过现场排除验证，最终总结出以下四个原因。

镶嵌靠背尖点、轮廓高点

（1）冲切凸模背面未倒角，镶块较高，板料在高速运动时会上下跳动，容易接触冲切凸模背面；若冲切凸模背面未倒圆角抛光，会使板料产生短划痕，如图3所示。

图3 刀片背面圆角

（2）导轮内的高点。大部分开卷、落料模都会在送料侧设有导轮，此装置可使材料平稳送料，并防止板料快速接触高点而发生碰撞，导轮内的轮子上固定有开口销，销随滚轮转动，开口销高于滚轮而直接接触板料，从而划伤板料，如图4中红圈所示。

图 4 锁扣高于滚轮

送料机构强度不够造成板料划伤

（1）送料浮板强度不够不易变形，造成送料滚轮高度不一致；浮板厚度一般为16-20mm；材质为45钢，一般不回火，刚性硬度较差，极易变形。若浮板两端向上变形（如图5红圈所示），也会使部分滚珠的送料高度凸起，造成滚珠划伤板料；若浮板两端向下变形（如图5红圈所示），也会使部分滚珠的送料高度凸起，造成滚珠划伤板料。如图所示，如果板料的输送高度小于冲头边缘高度，就会发生碰撞。

图5 冲裁模

（2）浮动板上设有6～10个导块（如图5中6个黄色圆圈所示），导块之间采用焊接连接，通常焊接处会产生局部变形，从而影响滚珠的送料高度，过高的滚珠可能会划伤板料。

球划痕

（1）球体制造误差的原因。目前国内球体制造精度误差较大。现场经验表明，当球体高度误差超过0.1mm时，就会在板材上造成明显的划痕，其质量不可接受。

（2）由于球的材质原因，在湿度较大的环境下球非常容易生锈，生锈的球会直接划伤板料。

3、落料模生产环境较差，粉末、铁屑等进入滚珠轴承，造成滚珠轴承不能正常转动，此时板料与滚珠轴承之间就会产生滑动摩擦，也会对板料造成划伤。

支撑臂刮伤

（1）支撑臂材质太硬，片材太软；片材在高速输送过程中与支撑臂发生摩擦，造成片材划伤。

（2）托臂底部弹簧力度过大。当板材送至托臂时，底部弹簧力过大，托臂上升过高，板材会画出较大的弧线，下潜时与滚珠快速摩擦，产生明显的摩擦痕迹，如图6所示。

图 6 支撑臂

钣金划痕的解决方法

针对旧模具原有的结构，经过多次调试比较后我们确定了最终的解决方案，如图7所示。

图7 支撑臂布置

（1）对所有冲孔背面进行倒角、抛光，避免边角划伤。

（2）将死球全部更换，更换前要确认更换的球与原球高度一致，采购的球与原球高度相差0.5mm，采购的球精度差，高度不一，大大增加了现场调试的难度，需要不断的垫球、调整，才能达到高度一致。

3、重新安装上支撑臂。下模上的支撑臂已丢失，通过查数模，确定支撑臂型号，重新购买新件更换。购买的支撑臂底部弹簧过高，重新选择弹力合适的弹簧，铜支撑臂顶起板料时，无大弧度俯冲，送料平稳，板料调试结果无划伤。

⑷ 在球下加薄垫或聚氨酯。下模浮板厚16mm，已使用6年，通过平台检查，已局部变形，导致球高低不平，唯一的解决办法是加薄垫或增加浮板的变形，用聚氨酯来平衡。通过现场调试确认聚氨酯的高度和安装位置，有效避免了高速运行的浮板跳动、划伤，如图8所示。

图 8 聚氨酯块的排列

结论

冲裁模板料划伤在前期设计中也可以有效避免。首先，开卷冲裁工序的布局至关重要，镶件设计尽量避免尖角，镶件背部要圆角过渡。抛光机抛光，切记不能只用砂纸，否则粗糙度不达标也会划伤板料。其次，增加浮动板的强度和刚度；支撑架采用整体结构，即采用整体式支撑架，如果采用钢板，其厚度为25mm，回火处理30~40HRC，防止因变形造成部件高度不均而产生划伤。

最后采用更加科学的滚轮或者毛刷来替代现有的滚珠轴承，滚珠轴承是点接触，而滚轮和毛刷是面接触，有效减少了支撑件对板料的压力；加上支撑臂，会大大减少板料瞬间加速对滚珠造成的冲击划痕。

总之，采取合理的解决方案，可以彻底解决开卷落料模的板料划伤问题，提高落料板料的表面质量，大大减少因板料划伤造成的经济损失。

关于作者

彭帅

主管，高级工程师，主要从事冲压自动线模具维护及模具修复技术的研究与应用，旨在提高生产效率，提高零件质量，降低生产成本等。主持完成百余套模具适应性改造项目，通过模具冲床快速换模，提高冲压自动线OEE。获东风商用车有限公司科技成果三等奖，在相关期刊发表论文5篇。

——文章摘自：《锻压》2021年第24期