北汽一款新型浮动切刀应用在落料模上，你有采取这样的吗？ ...

侧围零件尺寸较大，传统排样方式至少需要2个工序成形，会导致落料模尺寸过大，受到压力机台面尺寸的制约，无法正常生产。新的排样方案不仅可以解决模具尺寸超出机床台面的问题，还可以减少模具制造成本。

图1 传统排样方式

某车型侧围零件尺寸长度为3800mm，板料最大长度为4000mm，采用传统排样方式，第1工序切除废料，第2工序切断板料，排样切刀最小间距为4900mm（见图1），模具最小设计尺寸为6000mm，而机床工作台尺寸为5000mm，超出机床工作台面尺寸极限，无法满足现有生产条件。

解决方案

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图2 新排样方式

新的排样方案将废料切除工序和板料切断工序放在同一工序，如图2所示，切刀最小间距为1920mm，模具尺寸可以缩小到5000mm以内。

图3 传统切刀结构

1.下模废料刀 2.下模切断刀

为实现在同一工序同步切除废料和切断板料，按照传统的切刀结构设计模具，需要在下模废料切刀和切断刀的交汇处设计出高度差（见图3圆圈处）。但下模切刀高度差会导致板料不能在同一闭合高度切断（见图3圆圈处），在高度差交汇处板料会发生切边变形。切边变形对后续生产有很大的影响，会对清洗剂滚轮和拉深模造成损坏。

浮动切刀

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为了解决下模切刀高度差带来的修边变形问题，切断工序下模切刀采用浮动形式。在初始状态下模浮动切刀与废料刀齐平，保证在废料刀没有高度差的情况下切断废料（见图4），理论上切边没有变形。

图4 下模浮动切断刀切除废料示意图

1.上模切断刀 2.板料 3.上模废料刀

4.下模废料切刀 5.下模浮动切刀 6.氮气弹簧

图5 下模浮动切断刀切断板料示意图

1.上模切断刀 2.板料 3.上模废料刀

4.下模废料切刀 5.下模浮动切刀 6.氮气弹簧

上模废料刀与上模切断刀继续下行，下模浮动切刀在上模切断刀的驱动下向下移动，实现板料切断（见图5）。

浮动切刀上浮力计算

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下模浮动切刀须有足够的上浮力，才能保证在切除废料的过程中浮动切刀保持初始位置不变，避免产生毛刺。上浮力由氮气弹簧提供，上浮力计算公式为F=2tLσsK，其中t为材料厚度，L为浮动切刀剪切边线长度（切除废料时有2处作用在下模浮动刀上），σs为屈服强度，K为安全系数。

浮动刀切边长度设计原则

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切断时，浮动切刀下行2mm，切断位置板料会跟随切断刀下行2mm，但此时固定刀位置的板料还保持原位置不变，所以板料发生变形，如图5中椭圆处所示。变形包含弹性变形和塑性变形，为了使变形能够恢复到初始状态（即能够恢复到无变形状态），要将变形控制在弹性变形范围内，避免发生塑性变形，即控制变形应力不超过屈服强度。在板料厚度和材料性能参数一定时，变形应力与L相关，L值越大则变形应力越小。

图6 板料受力变形示意图

此变形类似于悬臂梁的弹性变形（见图6），按照悬臂梁的应力推导公式推算最大应力。截取宽度为b的板料样件，计算截面A离中性层距离为t/2的K点的应力σk。

切刀设计

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下模浮动切刀在初始状态时，上模切刀下行2mm切除废料，由于浮动切刀与固定刀齐平，修边不会产生变形。上模继续下行，切断板料，由于下模浮动切刀受上模的下压力会向下移动，在下模固定刀与下模浮动切刀拼接位置会出现断差，导致板料与下模不贴合的状态。此过程上模废料刀向下运动，废料刀侧壁与板料边缘处于摩擦状态，如图7所示圆圈处，上模切刀侧壁施加给板料边缘向下的摩擦力会导致此位置板料边缘变形，变形实例如图8所示。

图7 上模切刀侧壁摩擦板料边缘示意图

1.氮气弹簧 2.板料 3.上模废料刀

4.下模固定刀 5.下模浮动切刀

图8 切边变形实例

为了解决切边变形，局部废料刀需要改进，上模废料刀刃口的侧壁保留2mm直面，以保证刃口强度，并留出0.5mm间隙，以保证下模废料刀向下运动时，上模废料刀侧壁不与板料边线接触（见图9），同时保证上模废料刀与上模切断刀的落差为2mm。

图9 改善后的上模废料刀结构

1.氮气弹簧 2.板料 3.上模废料刀

4.下模固定刀 5.下模浮动切刀

图10 最终板料剪切效果

经过简单调试模具，冲裁完成的板料在浮动刀端头位置没有板料厚度方向的变形，只有边线上存在轻微的接刀痕迹，如图10所示，不影响拉深工序。

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