铝板开卷落料模具及铝板开卷落料生产线的制作方法

本发明涉及车辆铝合金零部件冲压模具技术领域，更具体地，涉及一种铝板开卷落料模具及铝板开卷落料生产线。

背景技术：

车辆的轻量化能实现节能减排以及提高车辆操控性能，还对电动车电池续航能力具有推动作用。采用铝合金板材，即铝板替代传统的钢板用以制造车身结构件和内外覆盖件，减重效果明显。相较于钢板，铝板的杨氏弹性模量约为钢板的三分之一，回弹量约是钢板的三倍，容易造成成型困难，以及预期外的断面毛刺；另外，铝板质地较软，表面容易划伤或被切屑沾染，例如外覆盖件的表面光洁度要求高，所以用于铝板的冲压模具及接触铝板的相关零件都需要进行特别设置。相关技术中，对于铝板开卷落料落下的料片通常直接弃用而不妥善收集。

技术实现要素：

为解决上述不足，本发明提供了一种铝板开卷落料模具，本发明还提供了具有所述铝板开卷落料模具的铝板开卷落料生产线。

为此，本发明的第一方面提供了一种铝板开卷落料模具，所述铝板开卷落料模具至少包括设有上模修边刀块的上模和设有下模修边刀块的下模，所述上模修边刀块和下模修边刀块通过相互剪切作用实现落料，所述上模修边刀块包括设有上刃口的上刀刃，所述下模修边刀块包括设有下刃口的下刀刃，所述上刀刃包括从所述上刃口平行于冲压方向延伸的上刃带、从所述上刃口垂直于冲压方向延伸的上刀刃第一面和与所述上刀刃第一面成角度的上刀刃第二面，所述上模修边刀块的切入量设置为0.2毫米到5.0毫米范围内；所述上刀刃第一面相对于上刃口具有设置为3.4毫米到7.3毫米范围内的厚度，所述上刀刃第二面在冲压方向上的高度设置为1.1毫米到4.6毫米范围内。

可选地，所述上刃口和所述下刃口之间具有间隙，所述铝板的厚度设置为t，所述间隙设置为0.05t到0.20t范围内。

可选地，所述上模修边刀块设有躲避带，所述躲避带与冲压方向形成第一夹角，所述第一夹角设置为3.6°到9.1°范围内。

可选地，所述下模修边刀块设有下刃带，所述下刃带沿冲压方向设有多个下模缺口,所述多个下模缺口设置为多级沉台阶状。

可选地，所述多个下模缺口包括垂直于冲压方向逐级远离下刃口的第一下模缺口和第二下模缺口，所述第一下模缺口相对于下刃口的深度设置为2.1毫米到5.5毫米，所述第二下模缺口相对于第一下模缺口的深度设置为1.2毫米到4.5毫米。

可选地，所述上刀刃第二面与水平方向形成第二夹角，所述第二夹角设置为90°。

可选地，所述上刀刃和/或所述下刀刃设置为经过渗碳处理、渗氮处理、物理气相沉淀涂层处理、类金刚石镀膜处理中的至少一个。

可选地，所述下模包括托料架，所述托料架包括型材和可拆卸地设置于所述型材上的至少一个第一滚轮槽及至少一个第一滚轮，其中，所述第一滚轮的材质设置为黄铜或聚胺脂；所述第一滚轮槽的横截面设置成底部具有断口的u型形状。

可选地，所述托料架的型材还设有导料块，所述导料块的材质设置为黄铜。

可选地，所述铝板开卷落料模具设有具有第二滚轮及第二滚轮槽的滚道，用以收集落料，其中，所述第二滚轮的材质设置为黄铜。

本发明的第二方面提供了一种铝板开卷落料生产线，包括上述的铝板开卷落料模具。

本发明的铝板开卷落料模具及铝板开卷落料生产线，具有较好的剪切效果，同时具备有效收集铝料的功能，另外，还具有拆卸安装便捷，结构简单等优点。

附图说明

以下，通过示例的方式示出本发明的示例性实施例的附图，各附图中使用了相同或相似的附图标记来表示相同或相似的元素。附图中：

图1示出了本发明的示例性实施例的铝板和铝板开卷落料模具的下模的示意图；

图2示出了本发明的示例性实施例的铝板开卷落料模具的下模的示意图；

图3示出了本发明的示例性实施例的上模修边刀块和下模修边刀块的截面示意图；

图4示出了本发明的另一个示例性实施例的上模修边刀块和下模修边刀块的截面示意图；

图5示出了图2的下模中的托料架的示意图；

图6示出了图5的托料架中部分第一滚轮及第一滚轮槽的立体图；

图7示出了图6的第一滚轮及第一滚轮槽的部分俯视图；

图8示出了本发明的示例性实施例的设有第二滚轮及第二滚轮槽的滚道的示意图。

具体实施方式

在本发明中，术语“和/或”旨在涵盖所列元素的所有可能组合和子组合，包括单独列出的元素中的任何一个、任何子组合或所有元素，而不必排除其他元素。

在本发明中，除非另有说明，否则术语“第一”、“第二”等用于描述各种元素而不意图限定这些元素的位置关系、时序关系或重要性关系，这种术语只是用于区分一个元素与另一个元素。

在本发明中，短语“......、......、......中的至少一个”旨在涵盖所列出的元素中的任何一个或多个，包括单独列出的元素中的任何一个、任何子组合或所有元素，而不必排除任何其他元素，并且也不必需要所有元素。

在本发明中，黄铜包括由铜锌组成的二元合金黄铜和由三元、四元或五元等组成的多元合金黄铜。

在本发明中，上模修边刀块将铝板剪切后，并不会在下模的上表面止住行程，而是会继续往下切入一定深度，从而将铝板推下。切入量是指这一继续往下切入的深度。

本发明中，除非另有说明，否则铝板的厚度t的单位为毫米。

通常，冲压工序包括开卷落料和/或普通落料、拉延、修边、切断、冲孔、翻边、整形、斜楔等，对应的模具有开卷落料模具和/或普通落料式模具、拉延模具、修边冲孔模具、翻边整形模具和斜楔模具等。不同工序对应不同种类模具，不同种类模具之间各自工艺参数和/或工艺参数组合的设定各不相同，需要根据加工件所处的状态分别设置。另外，开卷落料模具针对卷料进行加工，加工要求高，而修边冲孔模具针对的是已经过拉延或部分成型的料片进行加工，加工要求相对较低。而对于开卷落料模具和普通落料式模具，由于加工件的状态也各不相同，其工艺参数或工艺参数组合同样需要分别设定。例如，开卷落料模具针对的是卷料，而普通落料式模具针对的是方料或经过开卷落料后的毛坯，由于加工件的状态不同，加工要求也不同，所以对于这两种落料的模具的结构、工艺参数和/或工艺参数组合要求也不一样。

应当理解地是，对于例如用于铝板的修边冲孔模具等，因为加工的板料是经过开卷落料、拉延后的料片，该料片的结构和性能与卷料相比已经发生了变化，公知的冲裁间隙范围与用于铝板的开卷落料模具的间隙范围是不同的；公知的用于躲避铝材的夹角也与开卷落料模具的相应的夹角是不同的。

通常，开卷落料模具结构分为上模和下模两个部分，上模和下模通过位于四角的导套导柱配合用以导向，上模修边刀块和下模修边刀块相互作用发生剪切动作实现落料。浮料机构安装在下模座，通过浮料机构的上下运动带动位于其上的托料架上下移动。托料架上安装有滚轮组件，用以避免加工件与模具上其他零件接触而形成损伤。缓冲氮气弹簧位于下模，可以起到缓冲作用以减振和降噪。

开卷落料模具的上模打开后向上运动，加工件进入下模，浮料机构带动托料架向上运动，将加工件托起；当加工件移动到首片料基准线位置时，压力机带动上模向下运动，通过导套导柱对上模和下模进行导向，接着带动浮料机构及托料架向下运动；接着，上模修边刀块与下模修边刀块相互作用发生剪切动作实现落料；最后，上模向上运动脱离下模，浮料机构回程并带动托料架向上，加工件脱离下模修边刀块后向前移动一个步距。至此，完成一次冲压。

如图1、图2并结合图5至图8所示，其示例性地示出了本发明的一个实施例的铝板和铝板开卷落料模具的下模的示意图。图1中，带有第一门洞102和第二门洞104的铝板100用于制作车辆的侧围外板，铝板放置在带有第一滚轮266及第一滚轮槽268的托料架260上，托料架260设置于下模200，下模200包括下模座240、位于四角的导柱242、缓冲氮气弹簧246、限位块248、浮料机构252、托料块254，以及位于下模200侧面的设置有第二滚轮282及第二滚轮槽284的滚道280。

结合图2和图5所示，为了简明，图2中省略了部分零部件结构。图2的下模200放置有托料架260，托料架260主要由横纵方向及斜方向的型材262组成，型材262上设置有沿送料方向d的第一滚轮266及第一滚轮槽268；另外，如图5所示的一些实施例中，型材262上还设置有多个导料块264，分别位于各第一滚轮槽268的前部或前部附近。下模200还设置有下模修边刀块222，其中，图2中的位于中间部分的下模修边刀块222用于剪切第一门洞102和第二门洞104。由于铝板特性与钢板不同，为取得较好的剪切效果，铝板开卷落料模具的上模修边刀块与下模修边刀块222的结构和工艺参数或工艺参数组合经过大量计算机仿真和实验取得。

结合图1和图2所示，铝板沿着送料方向d进入开卷落料模具的下模200，首先铝板的前端碰触到前部的导料块264，由导料块264上的斜面引导至第一滚轮266，再沿着送料方向d进入下模200指定位置。由于铝板的前端碰触导料块264具有一定的冲击力，为了保护铝板不受损伤，设置导料块264的材质为黄铜，因为黄铜强度高、硬度大，不易与铝板因摩擦产生杂质，另外，黄铜的耐化学腐蚀性强，不易受到铝板表面化学油膜的腐蚀。

以下结合图3和图4具体说明上模修边刀块和下模修边刀块的结构、工艺参数或工艺参数组合的设置。图3和图4中，分别示意性地示出了不同实施方式的上模修边刀块、下模修边刀块以及放置在下模修边刀块上的铝板的截面的示意图。其中，在图3所示实施方式中，上模修边刀块202包括：上刀刃204、躲避带214、上模缺口216及上模修边刀块本体218，上刀刃204包括上刃口206、上刃带208、上刀刃第一面210和上刀刃第二面212；下模修边刀块222包括：下刀刃224、第一下模缺口230、第二下模缺口232及下模修边刀块本体234，下刀刃224包括下刃口226和下刃带228。其中，上刀刃第一面210的厚度d和上刀刃第二面212的高度h的取值或取值范围由后文的实验取得。应当理解地是，图4中相对应的有上刃带208a、上刀刃第一面210a和上刀刃第二面212a。

首先根据图3中的上模，躲避带214与冲压方向f形成了第一夹角α。当沿着冲压方向f完成剪切动作后，上模回程向上，设置第一夹角α能够避让铝板，从而防止上模修边刀块202与铝板发生摩擦，进而避免剪切产生的切屑沾染铝板表面。为取得较好的剪切效果，第一夹角α的取值或取值范围由实验取得，后文再具体说明。上刀刃第二面212与水平方向形成了第二夹角β，为取得较好的剪切效果，第二夹角β的取值或取值范围需要由实验取得。另外，上刀刃第一面210的厚度d的设置需要考虑在剪切时尽可能减少与铝板的接触面积从而减少铝板划伤。

再根据图3中的下模200，在下刃带228向下设置有两级沉台阶状的第一下模缺口230和第二下模缺口232。设置所述第一下模缺口230为了避让下落的铝板，同时能保证下刀刃224具有足够的强度；设置所述第二下模缺口232为了避让和进一步避让下落的铝板。所述第一下模缺口230的深度w1和所述第二下模缺口232的深度w2都通过后文的实验取得。

在一些实施例中，下模修边刀块222设置有三级或者更多级沉台阶状的下模缺口。在一些实施例中，下模修边刀块222设置的下模缺口并不是完全平整的沉台阶状，而是带有向内弧度的卷边的沉台阶状。这些实施例所呈现的下模缺口都是为了避让下落的铝板和/或为了保证刀刃具有足够的强度。

最后，结合图3中的上模和下模，为取得较好的剪切效果，切入量a、上刃口206与下刃口226之间的间隙c都通过后文的实验取得。

以下结合实验具体说明上模修边刀块和下模修边刀块的部分结构和部分工艺参数或工艺参数组合的取得。应当理解的是，为取得较好的切削效果，本发明的实施例中的开卷落料模具的任一结构、工艺参数和/或工艺参数组合的取得需要结合其他一个或多个结构、工艺参数和/或工艺参数组合才能够较好地得以实现。

以下实验和/或比较实验更进一步详细说明本发明的一些实施例，但不应被解释为限制本发明。

实验i

设定铝板厚度(料厚)t为0.1毫米至5.0毫米的范围内。设置其他参数在相对合理的范围内，根据每间隔0.1毫米料厚对切入量a以及上刀刃第一面210的厚度d和上刀刃第二面212的高度h的剪切效果进行实验。实验中，综合参考铝板变形程度、断面光亮带范围、断面毛刺状态、表面划伤程度、开裂程度、切屑影响程度、加工方便程度、刀块强度，以及刀块的磨损等因素。

根据实验结果，在一些实施例中，切入量a设置为0.2毫米到5.0毫米范围内，同时，上刀刃第一面210的厚度d设置为3.4毫米到7.3毫米范围内，上刀刃第二面212的高度h设置为1.1毫米到4.6毫米范围内，铝板无变形、断面光亮带约占三分之二、切屑影响较小，取得较好的剪切效果；当切入量a、上刀刃第一面210的厚度d以及上刀刃第二面212的高度h大于所述范围时，断面光亮带占比不足三分之二、切屑明显增多约50％，剪切效果不满足要求且对刀块磨损较大；当上述参数小于所述范围时，会出现剪切不完全等效果。所述0.2毫米到5.0毫米，以及所述3.4毫米到7.3毫米和所述1.1毫米到4.6毫米的所有子范围和个别值都包括并公开于本发明中。

举例来说，在一些实施例中，切入量a设置为0.2毫米到1.6毫米范围内，上刀刃第一面的厚度d和上刀刃第二面的高度h分别设置为3.4毫米到4.6毫米范围内和1.1毫米到2.2毫米范围内；a为1.5毫米到2.8毫米范围内，d为4.5毫米到5.4毫米范围内和h为2.1毫米到3.3毫米范围内；a为2.7毫米到3.6毫米范围内，d为5.3毫米到6.2毫米范围内和h为3.2毫米到4.1毫米范围内；a为3.5毫米到5.0毫米范围内，d为6.1毫米到7.3毫米范围内和h为4.0毫米到4.6毫米范围内。

作为选择，在一些实施例中，切入量a设置为0.2毫米，同时上刀刃第一面的厚度和上刀刃第二面的高度分别设置为3.4毫米和1.1毫米；切入量a设置为1.5毫米，同时上刀刃第一面的厚度和上刀刃第二面的高度分别设置为4.5毫米和2.1毫米；切入量a设置为2.7毫米，同时上刀刃第一面的厚度和上刀刃第二面的高度分别设置为5.3毫米和3.2毫米；切入量a设置为3.5毫米，同时上刀刃第一面的厚度和上刀刃第二面的高度分别设置为6.1毫米和4.0毫米；切入量a设置为5.0毫米，同时上刀刃第一面的厚度和上刀刃第二面的高度分别设置为7.3毫米和4.6毫米。

实验ii

设定铝板厚度(料厚)t为0.1毫米至5.0毫米的范围内。基于实验i的工艺参数组合范围，根据每间隔0.1毫米料厚对间隙c的剪切效果进行实验。

根据实验结果，在一些实施例中，所述间隙c设置为0.05t到0.20t范围内，铝板无变形、断面光亮带均匀且约占三分之二、毛刺高度小于0.15t，切屑影响较小，取得较好的剪切效果；当间隙c大于所述范围时，断面光亮带不均匀且占比不足三分之二、断面撕裂带明显加大、容易导致开裂占比大于3‰、切屑明显增多约50％，剪切效果不满足要求且对刀块磨损较大；当间隙c小于所述范围时，断面光亮带不均匀、断面毛刺大于0.15t、容易导致开裂占比大于3‰、剪切不完全，其剪切效果不满足要求。所述0.05t到0.20t的所有子范围和个别值都包括并公开于本发明中。

举例来说，在一些实施例中，间隙c设置为0.05t毫米到0.09t毫米范围内；0.08t毫米到0.11t毫米范围内；0.10t毫米到0.16t毫米范围内；0.15t毫米到0.18t毫米范围内；0.17t毫米到0.20t毫米范围内。

作为选择，在一些实施例中，间隙c设置为0.05t毫米、0.08t毫米、0.10t毫米、0.15t毫米、0.17t毫米、0.20t毫米。

实验iii

设定铝板厚度(料厚)t为0.1毫米至5.0毫米的范围内。基于实验i的工艺参数组合范围，根据每间隔0.1毫米料厚对第一夹角α的剪切效果进行实验。

根据实验结果，在一些实施例中，第一夹角α设置为3.6°到9.1°范围内，铝板无变形、断面光亮带约占三分之二、能够较好地避免上模修边刀块回程时与铝板断面摩擦、切屑影响较小，取得较好的剪切效果；当第一夹角α大于所述范围时，断面光亮带占比不足三分之二、切屑明显增多约50％、上模修边刀块的强度变小，剪切效果不满足要求且对刀块磨损较大，同时增加了加工的成本和时间；当第一夹角α小于所述范围时，不能有效避免上模修边刀块与铝板断面的摩擦、剪切不完全，其剪切效果不满足要求。所述3.6°到9.1°的所有子范围和个别值都包括并公开于本发明中。

举例来说，在一些实施例中，第一夹角α设置为3.6°到4.6°范围内；3.6°到5.1°范围内；4.5°到5.0°范围内；4.9°到6.5°范围内；6.4°到7.8°范围内；7.7°到9.1°范围内。

作为选择，在一些实施例中，第一夹角α设置为3.6°、5.1°、5.5°、6.5°、6.8°、7.7°、7.9°、9.1°。

实验iv

设定铝板厚度(料厚)t为0.1毫米至5.0毫米的范围内。基于实验i的工艺参数组合范围，根据每间隔0.1毫米料厚对第一下模缺口230的深度w1和第二下模缺口232的深度w2的剪切效果进行实验。

根据实验结果，在一些实施例中，第一下模缺口的深度设置为2.1毫米到5.5毫米范围内，第二下模缺口深度设置为1.2毫米到4.5毫米范围内，铝板无变形、断面光亮带约占三分之二、切屑影响较小、落料能顺利落下且能够避免与下模修边刀块摩擦，取得较好的剪切效果；当w1和w2分别大于所述的范围时，断面光亮带占比不足三分之二、切屑明显增多约50％、下模修边刀块的强度变小，剪切效果不满足要求且对刀块磨损较大，同时增加了加工的成本和时间；当w1和w2分别小于所述的范围时，落料无法顺利落下、剪切不完全，其剪切效果不满足要求。所述2.1毫米到5.5毫米和所述1.2毫米到4.5毫米的所有子范围和个别值都包括并公开于本发明中。

举例来说，在一些实施例中，第一下模缺口深度和第二下模缺口深度分别设置为2.1毫米到3.2毫米范围内和1.2毫米到2.3毫米范围内；3.1毫米到4.3毫米范围内和2.2毫米到3.3毫米范围内；4.2毫米到5.5毫米范围内和3.2毫米到4.5毫米范围内。

作为选择，在一些实施例中，第一下模缺口深度和第二下模缺口深度分别设置为2.1毫米和1.2毫米、3.1毫米和2.2毫米、4.2毫米和3.2毫米、5.5毫米和4.5毫米。

实验v

设定铝板厚度(料厚)t为0.1毫米至5.0毫米的范围内。基于实验i的工艺参数组合范围，根据每间隔0.1毫米料厚对第二夹角β的剪切效果进行实验。

根据实验结果，在一些实施例中，第二夹角β设置为70°、80°、85°、87°、88°、89°、90°，具有较好的剪切效果。在一些实施例中，第二夹角β设置为90°，更便于切割加工。

结合以上部分或全部实验，设置开卷落料模具的结构、工艺参数和/或工艺参数组合，在一些实施例中，切入量a设置为2.6毫米，上刀刃第一面的厚度d设置为5.4毫米，上刀刃第二面的高度h设置为2.8毫米，剪切效果较好。在一些实施例中，切入量a设置为2.6毫米，上刀刃第一面的厚度d设置为5.4毫米，上刀刃第二面的高度h设置为2.8毫米，间隙c设置为0.13t毫米，剪切效果较好。在一些实施例中，切入量a设置为2.6毫米，上刀刃第一面的厚度d设置为5.4毫米，上刀刃第二面的高度h设置为2.8毫米，间隙c设置为0.13t毫米，第一夹角α设置为6.3°，剪切效果较好。在一些实施例中，切入量a设置为2.6毫米，上刀刃第一面的厚度d设置为5.4毫米，上刀刃第二面的高度h设置为2.8毫米，间隙c设置为0.13t毫米，第一夹角α设置为6.3°，第一下模缺口深度w1设置为3.8毫米，同时第二下模缺口深度w2设置为2.8毫米，剪切效果较好。

如图4所示，在一些实施例中，切入量设置为2.6毫米，上刀刃第一面的厚度设置为5.4毫米，上刀刃第二面的高度设置为2.8毫米，同时，设置上刀刃第二面21a2垂直于上刀刃第一面210a，即第二夹角为90°，剪切效果较好。

在一些实施例中，上刀刃204和/或下刀刃224设置为经过渗碳处理或渗氮处理或物理气相沉淀涂层处理或类金刚石镀膜处理。

应当理解地是，图1示出了针对铝合金侧围外板的开局落料模具，对于车辆的铝合金结构件、其他铝合金内外覆盖件，例如：翼子板、前后车门内外板、前后盖内外板、顶盖外板等的开卷落料模具的结构、工艺参数和/或工艺参数组合都适用于上述实验取得的范围。

结合图5至图7所示，图5示出了托料架260由横纵方向及斜方向的型材262组成，型材262上设置有沿送料方向d的第一滚轮266、第一滚轮槽268，以及导料块264。图6示出了第一滚轮266和第一滚轮槽268的立体图，其中，滚轮槽268的横截面设置成底部具有断口270的u型。通过设置底部具有断口270，使得第一滚轮266不易与第一滚轮槽268的底部发生摩擦，从而避免第一滚轮266的表面产生杂质，进而损伤铝板的表面。图7示出了第一滚轮槽268和型材262之间经由断口270处的螺钉272连接。通过这样设置，方便第一滚轮266及第一滚轮槽268从型材262上安装和拆卸，同时也使得维修或者更换变得便捷。另外，设置具有断口270的u型滚轮槽使得上述连接结构更简单。

基于第一滚轮266用于放置铝板，设置第一滚轮266的材质优选为黄铜或聚胺酯。

结合图1和图8所示，铝板开卷落料模具的下模200的侧面设置有滚道280用于收集第一门洞102和第二门洞104落下的铝料，由于铝料可以收集再利用，所以铝料落下后同样需要考虑防止表面受损。通过在滚道280上设置第二滚轮282及第二滚轮槽284，并且第二滚轮282的材质设置为黄铜，可以避免摩擦产生杂质；同时由于下落会因重力产生冲击力，设置第二滚轮282的材质为黄铜，使得第二滚轮282不易受到铝板表面化学油膜的腐蚀。为了便于安装、拆卸以及维修，设置第二滚轮槽284的横截面为底部具有断口的u型。

本发明的实施例中所公开的参数和值不应理解为严格地限制于所叙述的确切数值。除非另有说明，否则每一此类参数指所叙述值和围绕所述值的功能上等效的范围两者。举例来说，公开为“4.6毫米”的参数意指“约4.6毫米”。

以上呈现的各种实施例仅仅是示例性的，且绝不意味着限制本发明的范围。本发明描述的创新及其各种变体在本发明的预期范围内。另外，本发明和权利要求中描述的主题旨在涵盖并包含所有合适的技术变体。