汽車白車身零件95%（重量）以上是沖壓件，在沖壓件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)確定后，應(yīng)充分考慮其加工的經(jīng)濟(jì)性，最大程度降低沖壓件成本。沖壓件成本通常包括毛坯板料費(fèi)、沖次費(fèi)、模具工裝攤銷費(fèi)等。在多數(shù)工廠里，設(shè)備、人員、材料等外界條件在一定時(shí)期內(nèi)基本不變，而要降低沖壓件成本，主要從沖壓工藝的合理排布方面著手。

汽車白車身用沖壓零件的長(zhǎng)度一般在3m以內(nèi)，而白車身60%（重量）以上的零件長(zhǎng)度主要集中在1m左右（上下波動(dòng)0.3m），這部分零件通常被稱為中型件，一般為車身骨架的主要組成部分。

尺寸大于中型件的零件通常是外覆蓋件、門蓋類內(nèi)板件、大地板件和縱梁類零件，以下統(tǒng)稱為大型件；尺寸小于中型件的零件通常是車身小型連接板、安裝支架類零件，以下統(tǒng)稱為小型件。

目前在國(guó)內(nèi)按照傳統(tǒng)沖壓工藝布局，大型件主要采用自動(dòng)化線連線沖壓，中型件主要采用手工線連線沖壓，而小型件則主要采用單臺(tái)小機(jī)床不連線沖壓的方式生產(chǎn)。這三種類型件沖壓模具多采用單工位復(fù)合模，即一副模具內(nèi)只含有一個(gè)模腔的沖壓模具。

在現(xiàn)有技術(shù)條件下，對(duì)于大型件和小型件，這種傳統(tǒng)的沖壓方式，模具與沖壓線機(jī)床噸位和工作臺(tái)面基本匹配，暫不需改善。對(duì)于中型件，按照以上所述的傳統(tǒng)布局，往往出現(xiàn)較大機(jī)床生產(chǎn)較小零件的情況，造成所謂“大馬拉小車”的無(wú)形浪費(fèi)。與此同時(shí)，也造成了各沖壓廠家中型件沖壓機(jī)床資源緊張的瓶頸、車型模具總體噸位虛高的浪費(fèi)和車型總體沖壓件沖次成本“虛高”等浪費(fèi)。

1. 工藝布置簡(jiǎn)介

本文所述中型沖壓件的多工位模具結(jié)構(gòu)是總結(jié)了一類零件（汽車中型件）特征，將原本固有工作內(nèi)容，經(jīng)過(guò)精確的計(jì)算，給出合理均衡的布局方案，使工作行程內(nèi)的時(shí)間和空間上都能實(shí)現(xiàn)一種載荷均布，從而使多個(gè)工位組合在一起工作成為可能，而非簡(jiǎn)單的功能疊加。確保模具使用壽命的前提下，實(shí)現(xiàn)多個(gè)工位組合從而提高效率、減低成本。

關(guān)鍵在于實(shí)現(xiàn)了多個(gè)單工位模具的一體化設(shè)計(jì)，從要實(shí)現(xiàn)一副模具同時(shí)具備盡量多的工序內(nèi)容，就必須從依靠復(fù)雜的結(jié)構(gòu)甚至犧牲一部分模具強(qiáng)度的定向思維中解放出來(lái)。從工法和結(jié)構(gòu)兩方面結(jié)合的角度突破模具設(shè)計(jì)的常規(guī)思路。

難點(diǎn)是該模具結(jié)構(gòu)把多個(gè)單工位模具排到一副模具上沖壓時(shí)，需要考慮工序件的空間相對(duì)位置、操作空間、沖裁力分布均衡、行程排布、過(guò)程中偏載解決、加工、裝配方案等。

2. 該非標(biāo)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)介紹

（1）主要部件介紹 圖1、圖2為該多工位模具的相關(guān)視圖。

（2）結(jié)構(gòu)布局介紹 本多工位模具結(jié)構(gòu)與普通模具機(jī)構(gòu)相比，主要有以下特點(diǎn)：

第一，考慮到整體布局的平衡，模座上三個(gè)工序內(nèi)容的工作部件安裝彼此獨(dú)立，中間工序內(nèi)容處于模具中心，另外兩個(gè)工序內(nèi)容對(duì)稱布置在兩側(cè)。

第二，考慮到人員操作方便、模具部件安裝空間及模具廢料下滑空間，把相鄰兩個(gè)工序之間設(shè)計(jì)為500mm等間距布置。

第三，考慮模座加工可行性、模具部件裝配方便性，模具壓芯限位設(shè)計(jì)采用螺釘（部件22、23、27、28）代替?zhèn)蠕N的方案，由于修邊工位壓芯（部件24）設(shè)計(jì)需要兼顧導(dǎo)向（部件20）安裝、彈簧（部件21）安裝及自身強(qiáng)度，其輪廓尺寸超過(guò)修邊線輪廓，為避免拆壓芯時(shí)拆修邊刀塊，設(shè)計(jì)了壓芯蓋板（見(jiàn)圖2），使壓芯可以從模座的背面拆裝。

第四，考慮三個(gè)工序共同組成的沖壓沖次，模具在一個(gè)完整的行程里，工作力（沖裁力）分布需要均衡，壓料力分布盡量對(duì)稱，模具整體導(dǎo)向充分考慮防側(cè)和穩(wěn)定性。以上這些特點(diǎn)正是為實(shí)現(xiàn)本模具結(jié)構(gòu)核心功能而創(chuàng)新采取的措施。

3. 該多工位模具的應(yīng)用原理闡述

（1）模具工作原理 圖3為指導(dǎo)本模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的沖壓工法圖，圖4為本多工位模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的行程原理圖。

圖1 整體模具裝配

1. 下模座 2. 修邊下模刀塊 3. 模座導(dǎo)向組件 4. 修邊工位定位擋銷 5. 廢料滑槽6. 整形下模刀塊 7. 廢料刀 8. 沖孔工位定位板 9. 整形工位定位板 10. 沖孔下模鑲塊11. 存放塊組件 12. 緩沖塊組件 13. 起吊棒組件 14. 廢料盒 15. 上模座 16. 修邊上模刀塊17. 整形上模刀塊 18. 沖孔非標(biāo)沖頭及其安裝板 19. 標(biāo)準(zhǔn)沖孔組件 20. 修邊用導(dǎo)向組件21. 修邊壓芯用彈簧組件 22. 修邊用工作螺釘 23. 修邊用安全螺釘 24. 修邊工位壓芯25. 沖孔工位壓芯 26. 沖孔用彈簧組件 27. 沖孔用工作螺釘 28. 沖孔用安全螺釘29. 沖孔用導(dǎo)向組件

圖2 整體模具裝配剖視圖

（2）模具設(shè)計(jì)原理 講述一副模具的設(shè)計(jì)原理，原則上只要介紹這副模具在一個(gè)完整沖次內(nèi)模具的行程原理。結(jié)合圖3、圖4及圖1、圖2具體結(jié)構(gòu)介紹本模具的設(shè)計(jì)原理：

第一，當(dāng)上模從上死點(diǎn)向下運(yùn)動(dòng)時(shí)，在閉合前130mm，上下模導(dǎo)板最先接觸導(dǎo)入，模具整體不受力，僅靠導(dǎo)板導(dǎo)向。

第二，上模繼續(xù)下行，在閉合前90mm，上下模導(dǎo)套開(kāi)始導(dǎo)入，模具整體不受力，靠導(dǎo)板和導(dǎo)柱綜合導(dǎo)向。

第三，上模繼續(xù)下行，在閉合前30mm，修邊工位和沖孔工位的壓芯同時(shí)接觸下模板件，開(kāi)始?jí)毫希渲行捱吂の?3個(gè)彈簧，沖孔工位10個(gè)彈簧，型號(hào)均為SWM-50-125，這段行程內(nèi)修邊工位受力比沖孔工位受力大30%，模具靠導(dǎo)板和導(dǎo)柱綜合導(dǎo)向，通過(guò)模座傳力，模具導(dǎo)板克服這部分偏載。

第四，上模繼續(xù)下行，在閉合前7mm，修邊工位上模刀塊與板件開(kāi)始接觸，修邊開(kāi)始，閉合前3mm，沖孔工位沖頭開(kāi)始接觸板件，沖孔開(kāi)始，其中，修邊工位修邊線總長(zhǎng)度為2168mm，理論壓料力為30.4kN[1]，沖孔工位孔邊線總長(zhǎng)度為1424mm，理論壓料力為19.9kN，在修邊開(kāi)始的4mm內(nèi)，沖孔工位沒(méi)有開(kāi)始工作，為減小偏載，修邊工位的上下模刀口采取波浪刃口，以降低整體偏載力，在到底之前的3mm以內(nèi)，修邊工序完成剩余修邊以及廢料切斷，同時(shí)沖孔工位完成沖孔，并在到底的最后行程內(nèi)，整形工位完成制件的鐓死。

第五，在到底前的最后7mm以內(nèi)，模具行程設(shè)計(jì)盡量降低工作力的不均衡，依靠模具四角的沖裁緩沖塊（部件12）降低沖擊力，同時(shí)依靠模具導(dǎo)板克服剩余的少量偏載，并依靠導(dǎo)柱精確導(dǎo)向保證沖壓精度，這種沖孔排在沖裁后段的行程分布，理論上使沖裁最后的行程內(nèi)偏載消除，有利于提高模具沖頭壽命和使用壓力機(jī)的壽命[2]。

第六，在模具到底之后，一個(gè)沖次的沖壓內(nèi)容全部完成，接下來(lái)，隨著上模的向上運(yùn)動(dòng)，修邊工位壓芯和沖孔工位壓芯分別依靠各自彈簧卸料，完成卸料后，模具反向向上運(yùn)動(dòng)到壓力機(jī)上死點(diǎn)停止，操作人員將工序件分別移位到下一工位之后，重復(fù)進(jìn)行下一沖次操作。

圖3 沖壓工法

圖4 行程原理

4.結(jié)果分析

（1）此類多工位模具結(jié)構(gòu)應(yīng)用優(yōu)勢(shì)分析 通過(guò)這副汽車中型件的沖壓多工位模具的具體結(jié)構(gòu)和原理，不難發(fā)現(xiàn)，此類非標(biāo)結(jié)構(gòu)有如下優(yōu)勢(shì)：

①本結(jié)構(gòu)是將幾個(gè)單工位模具合并在一副模具的上、下模座上，使模具可以最大程度地發(fā)揮有限的沖壓機(jī)床資源。

②使單個(gè)沖壓件模具總體噸位減少，節(jié)省了模具費(fèi)用的投入，減少了模具的存放空間需求。

③低了沖壓件的工序比，成倍提高了沖壓節(jié)拍，顯著節(jié)約了中型件的沖次費(fèi)。④減少了操作人員的數(shù)量，減少了半成品的存放和流轉(zhuǎn)，總體上降低了勞動(dòng)強(qiáng)度，有效釋放了空間資源和人力資源。

⑤間接地減少了沖壓機(jī)床的使用，解決了中型件沖壓機(jī)床的瓶頸問(wèn)題，較大程度的減少了沖壓機(jī)床的不合理投入。

（2）此類多工位模具結(jié)構(gòu)應(yīng)用制約分析 通過(guò)以上分析，可以看出此類中型件沖壓多工位結(jié)構(gòu)應(yīng)用的優(yōu)勢(shì)所在。然而凡事都具有兩面性，此類結(jié)構(gòu)同樣具有其局限性。主要表現(xiàn)在：

①該結(jié)構(gòu)需要考慮受力的均衡性，因此主要應(yīng)用于對(duì)稱部件，對(duì)于形狀落差大的部件往往無(wú)法設(shè)計(jì)均衡。

②此類結(jié)構(gòu)受到現(xiàn)有機(jī)床尺寸的限制，無(wú)法應(yīng)用到較大的沖壓件上。

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