冷冲模斜楔机构正确设计与选型研究

文|田卓华·北汽福田汽车股份有限公司

冷冲模侧冲机构，即斜楔机构，作为标准单元，或非标单元，广泛应用在钣金冷冲模中。无论家电还是汽车冲压件行业的模具设计开发，如果斜楔机构设计、选型不慎，轻则冲头断裂，重者模具严重损坏，停产断供迫在眉睫。再次按部就班地修复，如不解决根本性缺陷，不久又会招致损坏。

车身纵梁产品及冲压工艺特点

某车型车身纵梁产品结构如图1示、车身纵梁结构，板件材质SAPH400-2.5，冲压工艺为拉延、二次拉延、冲孔修边、整形、修边冲孔侧冲孔、侧修侧冲孔。

冲压工艺分析重点是解决回弹、厚板料注意模具结构强度、冲压作业防止退件不畅、抱下模。

图1 车身纵梁结构

模具验证重点关注拉延成型研合率、拉延压力参数、工件回弹、拉毛、拉延修冲模排废料畅通无阻、模具静动态间隙稳定、凸凹模材质及硬度合格、表面粗糙度达标、等等。

模具交付冲压厂，转入量产阶段，生产三个月，最后一序侧冲模具损坏，图2示、纵梁模具侧冲模具损坏，生产即刻停顿，转而临时手工或激切加工。因为，下模侧冲凹模镶块基本报废，豪无修复价值。重新制造最快约一两周。

a、燕尾部下模损坏状态

b、侧冲上模冲头折断

图2 纵梁侧冲模具损坏

纵梁侧冲模具损坏原因分析

车身纵梁燕尾端头侧冲孔设计为侧修和侧冲复合结构，如图2、a示，下模镶块端口侧修边，结构受限，强度较弱；

侧冲孔排废料，内部挖空，强度较弱；

侧冲孔凹模没有废料空刀。因为凹模是闭口加工，空刀无法铣床加工。空刀必须要，只能手工匠心磨削。

从断裂状况不难判断，侧冲机构没能退出凹模及板件，斜楔滑块自然上提，冲头掰坏凹模体，断裂茬口清晰记录断裂过程。

正常的冲裁是，每冲压一次，斜楔机构冲裁完成，在机构退件力作用下，退出凹模及工件，完成机构回退行程，然后斜楔滑块及冲头上提，顺利完成一个冲次。

机构不能顺利回退有以下几个原因：

（1）退件受阻，机构设计、选型未充分核算退件力；

（2）结构选型承载力较小，体现在驱动导滑面严重磨损，见图3示、驱动器导滑面磨损失效。

图3 驱动器导滑面磨损失效

斜楔导滑面快速磨损失效，说明单位面积承载力超大，不符合斜楔机构设计标准。

从模具闭合到斜楔机构退出回到极限位置，导滑面始终接触，摩擦力增大，不利于斜楔滑块回退。

（3）厚板料和高强度板侧冲退件力比薄板软材质较大；

（4）工件侧冲比正冲退件力大。

正确设计或选择斜楔机构

汽车行业，一般车身钣金件合同规定，模具寿命30-50万冲次，起码斜楔机构不应过早失效。

正确设计或选择斜楔机构，对模具尽快实现量产化，大批量稳定生产极其重要。因为，需方在供方的模具验证量很少，一般50-100台份提样（包含验证出件数量）。即使选型不当，小量验证根本无从发现。待到甲方量产出现问题，损失较大。斜楔机构、冲头、凹模等都要更换。如果不能及时修复，停产断供是最大的损失，主机厂的供件按分计算，考核罚款不是任何一个冲压厂能够轻松承受得起。幸亏有激光切割，能够缓冲供件压力，但费用很高。

许多模具在运行中的损坏，尤其是导滑面快速损坏，其根本原因在于载荷较大。做到以下几点，我们能够从源头规避机构的早起损坏和不正常磨损，顺利通过量产验证，并达到合同技术条件建立坚实的基础。

根据载荷计算，合理选择斜楔机构

正确选择、或设计斜楔机构的三要素，根据斜楔机构承载能力、退件力、滑块安装面规格选择斜楔机构。一般选择合理，标准机构寿命30-100万次；

退件力是冲裁力的3-6%，注意这个条件是正冲退件力计算，侧冲机构应该10-12%；如果依然不够，可以从模具结构优化设计来解决；

厚度1.2以下的软料，选下限，大于1.2-3.0，取上限。

冲头固定板轮廓尺寸小于斜楔机构安装面尺寸，固定板任何一个尺寸不能超过机构安装面。

中高强度板与料厚无关，一律取上限。

回程拉钩间隙设计

斜楔机构正常工作，滑块在弹性元件作用下能够主动回程，拉钩不起作用。但是，在个别特殊环境偶尔出现卡滞，回程拉钩只是起到防呆作用，并不能替代其主动回程。

特殊环境是模具停放较久，导滑面油膜粘接；服役较久模具导向间隙增大；脏的东西进入导滑面，等等，都会出现回程卡滞。

回程拉钩间隙0.25，在一些非标机构设计中，有的干脆将间隙设计为零，拉钩成为一个正常工作零件，表面上极为安全，实则非常危险的。可能设计者的本意是每次主动拉动、或带动滑块回程，一旦弹性元件失效，拉钩承载过大，拉断或变形，诸如图2所示，即使拉钩损坏，依然没有将斜楔滑块正确回程。

非标机构设计

标准机构如不能满足使用条件，参照标准机构，设计非标弹性元件。可以设计符合条件的氮气缸替代弹簧，这时机构也许需要适当改造。还有以下几种场合需要非标斜楔设计。

特殊冲裁角度；超长斜楔行程；滑块安装面积较小，不满足工作部件安装座面；拉冲斜楔机构；驱动部远离工作部位，即特殊超长滑块设计，等等，都需要设计非标斜楔机构。

高强度板侧压料设计

高强度板回弹较大，冲头回退容易叠加退件弯矩，导致退件力急剧增大。这时候，标准侧冲机构百分百不能满足冲裁要求。

正确的设计是侧冲孔前、后消除回弹间隙，这里有两个方案可供选择：

（1）零间隙设计。减小压件器侧压料间隙。带有拔模角的容易实现，没有拔模角的如设计零间隙，压件器容易与工件磨损粘结，拉毛严重。非要造次，就得局部镶特种材料，结合TD处理、或PPD处理。无论如何要考虑压件器的强度及刚性。

（2）侧压料设计.

主压件器和侧压料分开设计，主压件器正面强压，侧压料设计在斜楔滑块。但要求充足的压力，冲头接料之前将板件回弹消除；同时有足够压力压紧工件侧面紧贴下模面，冲头退件才能够顺利完成。

侧冲设计尽量不要复合冲

侧冲机构工作部设计尽量单一，冲孔仅冲孔、修边只修边，如果冲孔和修边结合一起，载荷较大；侧向间隙和冲孔间隙不易同时保持，且维修难度较大。如图4示、侧冲机构侧修和侧冲孔复合设计

图4 侧冲机构侧修冲孔复合设计

车身纵梁原工艺六序，除过拉延和整形三序，修冲三序，燕尾部基本三序可以独立实现，完全没必要侧冲与侧修边复合一起，带来巨大的冲裁力，加速导滑面粘结磨损，过早时效。回程阻力雪上加霜。

复合设计，下模镶块结构受限，强度较弱。

纵梁侧冲机构的修复

如图2所示，如果仅仅再造燕尾下模、更换冲头，显然不能解决退件力不足问题。但是，模具设计依然，木已成舟、米成饭，我们只能在此基础上竭力改善。若打破原结构，模座结构不允许。

减小机构负荷

侧冲四孔，可以设计阶梯冲，选择长短不一的冲头，相差1.2倍料厚，减小冲裁力，但是退件力并不能减小；

增大退件力

退件力只能更换较大型号的弹簧或氮气缸，当然前提是弹簧仓足够；或者冲头固定板增设聚氨酯柱，以助力退件；

斜楔驱动导板更换及其维护

驱动导板面拉毛严重，需要更换；

由于导板规格不能变更，冲压作业指导书增添每冲压100-200件，润滑斜楔导滑面一次，加润滑油；

减小冲头载荷

燕尾下模侧冲凹模增加退料空刀。刃带高度5-6，空刀单侧0.3，以减少废料堆积，降低冲头负荷，防止过早压断。

结束语

本文剖析了典型的车身纵梁侧冲机构损坏模式，分析损坏的原因，找到正确设计侧冲机构的方法及原理；提出典型损坏的修复注意事项。在大量的钣金模具设计中可以引以为鉴。