汽車外覆蓋件修邊模具鐵屑的產(chǎn)生及解決方案

文／冉英超，寇全真，趙利平·保定市精工汽車模具技術(shù)有限公司

汽車外覆蓋件修邊模具鐵屑的產(chǎn)生及解決方案

文／冉英超，寇全真，趙利平·保定市精工汽車模具技術(shù)有限公司

針對汽車外覆蓋件修邊模具產(chǎn)生鐵屑的原因，并結(jié)合“減少鐵屑產(chǎn)生并使產(chǎn)生的鐵屑順利排出”的原則，在模具整體設(shè)計未作變動的情況下，從根本上解決了因鐵屑導(dǎo)致的產(chǎn)品質(zhì)量缺陷、生產(chǎn)效率下降等問題。

沖裁是利用模具使板料沿著一定的輪廓形狀產(chǎn)生分離的一種沖壓工序，包括落料、沖孔、切口、刮切、修邊等。沖裁時，工件與廢料的分離是在拉應(yīng)力狀態(tài)下使材料產(chǎn)生拉伸斷裂，而非普通沖裁那樣經(jīng)歷彈性變形、塑性變形、斷裂分離3個階段。為得到理想的零件形狀與尺寸精度，板料經(jīng)過沖壓成形以后，必須依靠高精度的修邊工序?qū)⒊尚螘r所做的工藝補充等進行切除。修邊時廢料刀的設(shè)計、沖裁間隙等若不合理，將會導(dǎo)致毛刺、積屑等的發(fā)生進而產(chǎn)生許多質(zhì)量缺陷，所以正確地處理凸、凹模刃口以及廢料刀三者之間的關(guān)系就顯得尤為重要。

翼子板是汽車上重要的外覆蓋件，因為成形深度較深，所以為提升產(chǎn)品質(zhì)量及降低員工的勞動強度，一般采用機器人自動化生產(chǎn)線生產(chǎn)。此種生產(chǎn)線從線首的上料工序到線尾的下件工序及產(chǎn)品在工序間的傳遞全部由機械人自動輸送，整個自動化沖壓線是個封閉的模塊化系統(tǒng)，工件質(zhì)量只能在線尾進行檢查，往往發(fā)現(xiàn)質(zhì)量缺陷時，已經(jīng)有多件工件在生產(chǎn)環(huán)節(jié)中。而沖壓生產(chǎn)時，上下模的相對運動會在模腔內(nèi)部產(chǎn)生負(fù)壓，這時模腔外部相對正壓的氣流就會把修邊產(chǎn)生的積存在廢料刀部位的鐵屑吸入模腔內(nèi)，從而在沖壓生產(chǎn)過程中將模具和制件硌傷，在工件表面產(chǎn)生高點等表面質(zhì)量缺陷，所以廢料刀部位的修邊鐵屑對整條沖壓生產(chǎn)線的產(chǎn)品質(zhì)量、生產(chǎn)效率等都有著非常重要的影響，嚴(yán)重時甚至?xí)绊憶_壓設(shè)備和模具的安全。

修邊鐵屑的產(chǎn)生原因

修邊是板料的一種變形分離過程，凹模下壓時，在凸凹模邊緣因材料的剪切變形產(chǎn)生裂紋，當(dāng)變形量超過材料變形極限時，材料實現(xiàn)分離。為使廢料順利從模腔中滑出，除設(shè)置修邊刀外，還需要設(shè)置廢料刀以將工藝補充所產(chǎn)生的廢料分解成小塊從生產(chǎn)線滑到線外，從而來保證生產(chǎn)線能夠連續(xù)穩(wěn)定的生產(chǎn)。通常情況下，凹模廢料刀與修邊刀為一體式，如圖1所示；凸模廢料刀與修邊刀為分體式，如圖2所示。

圖1 凹模廢料刀與修邊刀

圖2 凸模廢料刀與修邊刀

圖3 現(xiàn)場實際測量情況

為保證凹模廢料刀能夠刃入凸模廢料刀內(nèi)，并保持合理的刃入量及安全空間實現(xiàn)廢料剪切，凹模相鄰兩刀塊之間及凸模廢料刀與修邊刀之間各應(yīng)保持一定的高度差，經(jīng)現(xiàn)場實際測量，凹模相鄰兩刀塊之間高度差為7.5mm，凸模廢料刀與修邊刀之間高度差為4mm，如圖3所示。

圖4 修邊過程簡化模型

如圖4所示，修邊刀優(yōu)先工作，凹模下行即虛線部分下行時，因凹模相鄰兩修邊刀塊之間7.5mm高度差的存在，凹模修邊刀2和凹模廢料刀首先與板料進行接觸，而凸模修邊刀不存在高度差，這時凹模修邊刀2優(yōu)先進行沖裁。凹模繼續(xù)下行，此時凹模廢料刀已接觸板料但并未進行沖裁，隨凹模的下行對板料產(chǎn)生局部拉伸撕裂作用，較鋒利的廢料刀尖角及板料自身的張力作用，使板料自廢料刀尖角開始沿廢料刀刃口產(chǎn)生局部撕裂，高度差越大，撕裂越嚴(yán)重，廢料產(chǎn)生第一次非正常剪切；凹模下行4mm后，凹模廢料刀與凸模廢料刀接觸產(chǎn)生第二次剪切，此時廢料的切斷由垂直切邊變成了鈍角切邊，且因廢料刀的第一次切斷作用板料局部變薄而修邊間隙并未相應(yīng)調(diào)整；凹模繼續(xù)下行3.5mm后凹模修邊刀1與凸模修邊刀接觸開始沖裁，在凹模兩修邊刀塊接觸部位，因廢料刀的拉伸撕裂作用而變薄，導(dǎo)致局部間隙偏大，凹模再下行3mm后滑塊到達下死點回程，如圖5所示，由此可見，廢料刀的刃入量達6.5mm，至此整個修邊過程完成。

圖5 凹模再下行3mm后滑塊到達下死點

按普通沖裁模設(shè)計方法，薄料沖裁間隙Z很小，允許的間隙變化范圍ΔZ也很小。當(dāng)間隙偏大時，沖裁時光亮帶減小，塌角、斷裂帶、翹曲、斜角、毛刺等增大，在修邊過程中伴隨著較大的刃入量，毛刺或被撕裂的廢料毛邊等就會被擠壓入凸凹模間隙之間，從而形成修邊鐵屑，在凹?；爻踢^程中部分鐵屑再被帶到凸模廢料刀頂面或粘連在凹模廢料刀側(cè)壁上，最后在往復(fù)沖裁過程中鐵屑就會在壓差吸入、飛濺等因素下進入模具型腔內(nèi)，造成沖壓表面質(zhì)量缺陷。由此可見，修邊刀塊之間的高度差、凸凹模之間的刃入量及沖裁間隙是造成修邊鐵屑的主要原因。

解決方案及效果驗證

明確了修邊鐵屑的形成原因后，技術(shù)人員針對性地制定了減少鐵屑產(chǎn)生的解決方案，并采取了措施使偶爾產(chǎn)生的鐵屑能夠順利排出，以保證鐵屑不會影響到產(chǎn)品質(zhì)量。

修邊過程中沖裁間隙只是在局部變化較大并且間隙較小，這樣的話對沖裁間隙進行修復(fù)就比較困難，所以一般采取減少板料變形量的方式來保證沖裁間隙。此套模具制件料厚為0.7mm，厚度較小，修邊過程中三次沖裁的刃入量可減小為料厚的2～3倍，即1.4～2.1mm，以減小凹模廢料刀的拉伸撕裂作用，并在凹模修邊刀1與凸模廢料刀之間保持2～3mm的安全距離；使凸模廢料刀與凸模本體保持1.5～2mm的間隙，這樣既可保證廢料能被充分切斷，也能減少毛刺等擠入凸凹模刃口形成鐵屑等。

其次，加大修邊鐵屑的逃落空間。對凸模廢料刀后部靠近凸模本體的部分進行倒角處理，這樣即使會產(chǎn)生鐵屑，鐵屑也能順利滑落到滑料板上，減少了廢料刀頂面的鐵屑積存。

根據(jù)以上方案，經(jīng)生產(chǎn)線實際驗證，對模具刃口高度及模具限位進行調(diào)整，保證模具凸凹模的刃入關(guān)系及刃入量，提高修邊刃口的垂直度、光潔度，將修邊刃口部位清潔干凈（注意不要涂油）后，鐵屑產(chǎn)生的數(shù)量顯著減少，凸模廢料刀頂面基本也不再積存鐵屑，從根本上解決了產(chǎn)品質(zhì)量問題，取得了較好的經(jīng)濟效益。

結(jié)束語

不管是大型外覆蓋件模具還是小型內(nèi)板件模具，修邊鐵屑都是一種很普遍的現(xiàn)象，外覆蓋件因?qū)Ρ砻尜|(zhì)量要求較高，對修邊鐵屑帶來的不利影響更為敏感。本文在模具整體設(shè)計未作變動的情況下，成功地解決了修邊鐵屑給生產(chǎn)企業(yè)帶來的難題，改造成本低、操作簡便，對修邊模具的類似問題具有一定的借鑒和參考作用。