如何轻松解决连续模送料中尾端出现下垂问题

随着出行方式的便捷需求，汽车的普及成了社会快速发展的标志之一。车身结构主要由金属板件经多种冲压工艺成形，一般包括落料、冲裁、拉深、弯曲等，为实现汽车覆盖件的全自动生产，级进模成了不可或缺的生产设备。其中自动送料是级进模自动化生产的关键，送料是否顺畅关系整个生产线的综合生产效率。

汽车车身件包含了一些大且薄的零件（厚度小于1.5mm，宽度或长度大于400mm），这些零件在送料过程中，尤其是在落料工序容易受重力影响出现一端下垂的现象，不仅影响冲裁的精确性和送料顺畅性，严重时还可能导致卡料，降低生产效率。现针对此现象设计一种装置，在保证出料顺畅的同时能有效解决送料时板料下垂的问题。

问题分析

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（a）汽车零件

（b）坯料形状

图1 汽车零件与坯料形状

图1（a）所示为某车型汽车内部零件，材质为CR2，料厚为0.8mm，根据工艺分析，确定零件采用拉深工艺成形，拉深工序所需坯料形状如图1（b）所示，模具下模结构如图2所示。卷料经2道工序后经滑道自动掉入收集箱，整个工序在自动送料装置的推动下进行，无需人工参与，保证零件成形精度的同时也保障了人员安全。模具尾部安装了检测装置13，当料片到达最后工序时，检测装置能扫描或触碰零件边界，说明送料顺利，若未能检测到零件，检测装置将会发出警报，提示模具出现故障。检测装置是整副冲模的重要组成部件，能有效预防生产中出现的各种意外，模具设计时应充分考虑板料与检测装置的接触可靠性。

图2 下模结构

1.废料漏斗 2.下模座 3.导尺 4.储运块 5.平衡块 6.导套 7.凸模 8.冲孔凸模 9.侧刃检测装置 10.刀块 11.管位装置 12.氮气弹簧 13.检测装置 14.落料滑道装置 15.滑轮 16.刮料组件 17.耐磨块 18.送料滑轮 19.导向滚轮 20.凸模

图3 有限元分析板料下垂

图2中当料片送至最后工序，为保证成形零件自由掉落，底部未设计支撑部件，板料发生重力失衡，在模具端部板料下垂严重，有限元分析软件AutoForm能模拟这种状态，如图3所示。从图3可看出，板料边缘下降幅度达183mm，与实际生产相符。板料下垂现象不利于检侧装置对零件边缘的检测，会影响冲裁的精确度，模具设计中应避免该现象出现。

结构设计

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图4 落料模结构

1.下模座 2.氮气弹簧 3.斜楔滑块装置 4.导套 5.平衡块 6.储运块 7.检测装置 8.板料 9.落料滑道装置 10.刀块

图5 防止扳料下垂装置

1.下模镶件 2.挡片 3.斜楔滑块 4.耐磨块 5.驱动块 6.水平托架

针对上述问题，设计了一种斜楔滑块装置，既能保证检测装置检测的准确性，又能确保出料的顺畅性。落料模结构如图4所示，为保证板料平衡，防止扳料下垂装置一般设计为对称分布，如图5所示，其中驱动块固定在上模座上，挡片固定在驱动块上，驱动块、挡片随上模同时运动。斜楔滑块通过底部耐磨块与下模座相连，内部分布有复位弹簧，在驱动块的垂直推动下可实现左右移动。水平托架固定在滑块上，可与滑块同时运动，主要起支撑板料作用，下方空置区域为出料滑道，可将成形零件顺利运送出模具至收集箱。

工作原理

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当板料被送至出料位置时，若端部严重下垂，尾部检测装置将检测不到零件而发生警报，故板料能否保持平稳是冲压正常运行的关键。此外还需考虑成形零件能否顺利脱离模具而实现整体生产的自动化，其中靠自重掉落零件是最常见的出料方式，这需要保证零件不受其他结构阻碍而能自由掉落。

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图6 开模状态

1.垫板 2.下模座 3.板料 4.斜楔滑块 5.挡片 6.驱动块 7.托料支架 8.上模座

图7 开模时板料状态

1.板料 2.托料支架

模具零件在机床滑块带动下运动。当上模座处于最高位置时，即为开模，如图6所示，此时驱动块和挡片在最高点，斜楔滑块在不受外力作用下处于最靠内位置，2个斜楔滑块的中间距离最近。固定在斜楔滑块上的水平托架与板料底端接触，如图7所示，能有效阻止零件尾端大幅度下垂，在此平衡情况下位于模具端部的检测装置能准确检测到零件边缘，确保送料安全。

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图8 闭模状态

1.垫板 2.下模座 3.板料 4.斜楔滑块 5.挡片 6.驱动块 7.托料支架 8.上模座

图9 闭模时板料状态

1.板料 2.托料支架

当上模座下行时，驱动块和挡片随之下移，挡片接触斜楔滑块，斜楔滑块开始受力。上模座继续向下运行时，驱动块对斜楔滑块施加的力足够克服内置弹簧提供的弹力时，斜楔滑块开始水平向外运动，与板料接触的托料支架逐渐脱离零件。在上模座达到下止点时，即为闭模状态，如图8所示。当斜楔滑块达到外侧终止点，此时2个斜楔滑块之间的距离达到最大，托料支架与零件完全脱离，如图9所示。同时板料在冲裁刀块的作用下与前工序成形件切离而形成独立个体，由于无任何装置置于板料底端，零件失衡掉落到出料滑道上，经滑轮流出模具，完成出料。

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当上模座回程时，驱动块施加在斜楔滑块上的力开始减弱，斜楔滑块在复位弹簧的作用下向中间移动，直至驱动块完全脱离斜楔滑块。此时水平托料支架回到最初位置。上工序的板料开始在送料装置的传送下向下一工序送进，水平托料支架再次与板料底端接触，支撑板料保持平稳。上模座到达上止点行程时，整个送料过程结束，终端检测装置能再次感应到板料的准确位置，至此一次完整的冲压过程结束。

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图10 加入斜楔装置后CAE分析

对上述工艺进行了CAE有限元模拟，如图10所示，在最终出料位置上、下两侧加上托料支撑后，板料尾端的下垂降低到6mm左右，并未超出尾部检测装置的测量范围。因此，在落料工序中加入斜楔滑块结构能减少板料在送料过程中的下垂量，提高送料的稳定性和顺畅性。

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