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摘要：
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主要闡述了一種汽車中型衝壓件在多工位模具上的設計原理，對多工位模具結構在中型衝壓件上的應用做了詳細描述，並對此結構的設計原理做了詳細展開。通過設計過程中所考慮的具體細節，得出一些值得推廣的方法思路。為其他車型類似零件的模具設計提供了參考資料與必要的經驗
關鍵詞：汽車中型衝壓件；多工位模具；設計原理
汽車白車身零件95%（重量）以上是衝壓件，在衝壓件結構設計確定後，應充分考慮其加工的經濟性，最大程度降低衝壓件成本。衝壓件成本通常包括毛坯板料費、衝次費、模具工裝攤銷費等。在多數工廠裡，設備、人員、材料等外界條件在一定時期內基本不變，而要降低衝壓件成本，主要從衝壓工藝的合理排布方面著手。
汽車白車身用衝壓零件的長度一般在3m以內，而白車身60%（重量）以上的零件長度主要集中在1m左右（上下波動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。尺寸大於中型件的零件通常是外覆蓋件、門蓋類內板件、大地板件和縱梁類零件，以下統稱為大型件；尺寸小於中型件的零件通常是車身小型連接板、安裝支架類零件，以下統稱為小型件。目前在國內按照傳統衝壓工藝佈局，大型件主要採用自動化線連線衝壓，中型件主要採用手工線連線衝壓，而小型件則主要採用單臺小機床不連線衝壓的方式生產。這三種類型件衝壓模具多采用單工位複合模，即一副模具內只含有一個模腔的衝壓模具。
在現有技術條件下，對於大型件和小型件，這種傳統的衝壓方式，模具與衝壓線機床噸位和工作臺面基本匹配，暫不需改善。對於中型件，按照以上所述的傳統佈局，往往出現較大機床生產較小零件的情況，造成所謂“大馬拉小車”的無形浪費。與此同時，也造成了各衝壓廠家中型件衝壓機床資源緊張的瓶頸、車型模具總體噸位虛高的浪費和車型總體衝壓件衝次成本“虛高”等浪費。
1. 工藝佈置簡介
本文所述中型衝壓件的多工位模具結構是總結了一類零件（汽車中型件）特徵，將原本固有工作內容，經過精確的計算，給出合理均衡的佈局方案，使工作行程內的時間和空間上都能實現一種載荷均布，從而使多個工位組合在一起工作成為可能，而非簡單的功能疊加。確保模具使用壽命的前提下，實現多個工位組合從而提高效率、減低成本。
關鍵在於實現了多個單工位模具的一體化設計，從要實現一副模具同時具備儘量多的工序內容，就必須從依靠複雜的結構甚至犧牲一部分模具強度的定向思維中解放出來。從工法和結構兩方面結合的角度突破模具設計的常規思路。
難點是該模具結構把多個單工位模具排到一副模具上衝壓時，需要考慮工序件的空間相對位置、操作空間、衝裁力分佈均衡、行程排布、過程中偏載解決、加工、裝配方案等。
2. 該非標結構設計介紹
（1）主要部件介紹 圖1、圖2為該多工位模具的相關視圖。
（2）結構佈局介紹 本多工位模具結構與普通模具機構相比，主要有以下特點：
第一，考慮到整體佈局的平衡，模座上三個工序內容的工作部件安裝彼此獨立，中間工序內容處於模具中心，另外兩個工序內容對稱佈置在兩側。
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，把相鄰兩個工序之間設計為500mm等間距佈置。
第三，考慮模座加工可行性、模具部件裝配方便性，模具壓芯限位設計採用螺釘（部件22、23、27、28）代替側銷的方案，由於修邊工位壓芯（部件24）設計需要兼顧導向（部件20）安裝、彈簧（部件21）安裝及自身強度，其輪廓尺寸超過修邊線輪廓，為避免拆壓芯時拆修邊刀塊，設計了壓芯蓋板（見圖2），使壓芯可以從模座的背面拆裝。
第四，考慮三個工序共同組成的衝壓衝次，模具在一個完整的行程裡，工作力（衝裁力）分佈需要均衡，壓料力分佈儘量對稱，模具整體導向充分考慮防側和穩定性。以上這些特點正是為實現本模具結構核心功能而創新採取的措施。
3. 該多工位模具的應用原理闡述
（1）模具工作原理 圖3為指導本模具結構設計的衝壓工法圖，圖4為本多工位模具結構設計的行程原理圖。
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圖1 整體模具裝配
1. 下模座 2. 修邊下模刀塊 3. 模座導向組件 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. 衝孔工位定位板 9. 整形工位定位板 10. 衝孔下模鑲塊11. 存放塊組件 12. 緩衝塊組件 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. 衝孔非標衝頭及其安裝板 19. 標準衝孔組件 20. 修邊用導向組件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. 衝孔工位壓芯 26. 衝孔用彈簧組件 27. 衝孔用工作螺釘 28. 衝孔用安全螺釘29. 衝孔用導向組件
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圖2 整體模具裝配剖視圖
（2）模具設計原理 講述一副模具的設計原理，原則上只要介紹這副模具在一個完整衝次內模具的行程原理。結合圖3、圖4及圖1、圖2具體結構介紹本模具的設計原理：
第一，當上模從上死點向下運動時，在閉合前130mm，上下模導板最先接觸導入，模具整體不受力，僅靠導板導向。
第二，上模繼續下行，在閉合前90mm，上下模導套開始導入，模具整體不受力，靠導板和導柱綜合導向。
第三，上模繼續下行，在閉合前30mm，修邊工位和衝孔工位的壓芯同時接觸下模板件，開始壓料，其中修邊工位13個彈簧，衝孔工位10個彈簧，型號均為SWM-50-125，這段行程內修邊工位受力比衝孔工位受力大30%，模具靠導板和導柱綜合導向，通過模座傳力，模具導板克服這部分偏載。
第四，上模繼續下行，在閉合前7mm，修邊工位上模刀塊與板件開始接觸，修邊開始，閉合前3mm，衝孔工位衝頭開始接觸板件，衝孔開始，其中，修邊工位修邊線總長度為2168mm，理論壓料力為30.4kN[1]，衝孔工位孔邊線總長度為1424mm，理論壓料力為19.9kN，在修邊開始的4mm內，衝孔工位沒有開始工作，為減小偏載，修邊工位的上下模刀口採取波浪刃口，以降低整體偏載力，在到底之前的3mm以內，修邊工序完成剩餘修邊以及廢料切斷，同時衝孔工位完成衝孔，並在到底的最後行程內，整形工位完成製件的鐓死。
第五，在到底前的最後7mm以內，模具行程設計儘量降低工作力的不均衡，依靠模具四角的衝裁緩衝塊（部件12）降低衝擊力，同時依靠模具導板克服剩餘的少量偏載，並依靠導柱精確導向保證衝壓精度，這種衝孔排在衝裁後段的行程分佈，理論上使衝裁最後的行程內偏載消除，有利於提高模具衝頭壽命和使用壓力機的壽命[2]。
第六，在模具到底之後，一個衝次的衝壓內容全部完成，接下來，隨著上模的向上運動，修邊工位壓芯和衝孔工位壓芯分別依靠各自彈簧卸料，完成卸料後，模具反向向上運動到壓力機上死點停止，操作人員將工序件分別移位到下一工位之後，重複進行下一衝次操作。
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圖3 衝壓工法
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圖4 行程原理
4.結果分析
（1）此類多工位模具結構應用優勢分析 通過闡述的一副汽車中型件的衝壓多工位模具的具體結構和原理，不難發現，此類非標結構有如下優勢：①本結構是將幾個單工位模具合併在一副模具的上、下模座上，使模具可以最大程度地發揮有限的衝壓機床資源。②使單個衝壓件模具總體噸位減少，節省了模具費用的投入，減少了模具的存放空間需求。③低了衝壓件的工序比，成倍提高了衝壓節拍，顯著節約了中型件的衝次費。④減少了操作人員的數量，減少了半成品的存放和流轉，總體上降低了勞動強度，有效釋放了空間資源和人力資源。⑤間接地減少了衝壓機床的使用，解決了中型件衝壓機床的瓶頸問題，較大程度的減少了衝壓機床的不合理投入。
（2）此類多工位模具結構應用制約分析 通過以上分析，可以看出此類中型件衝壓多工位結構應用的優勢所在。然而凡事都具有兩面性，此類結構同樣具有其侷限性。主要表現在：①該結構需要考慮受力的均衡性，因此主要應用於對稱部件，對於形狀落差大的部件往往無法設計均衡。②此類結構受到現有機床尺寸的限制，無法應用到較大的衝壓件上。
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