覆蓋件修沖模廢料屑產(chǎn)生原理解析及解決對(duì)策

文/朱油福，田卓華·北汽福田汽車股份有限公司

汽車覆蓋件沖壓作業(yè)過(guò)程，外板件經(jīng)常受困于表面硌傷。無(wú)論清理模具還是返修產(chǎn)品，不僅浪費(fèi)壓機(jī)臺(tái)時(shí)和返工時(shí)間，而且返工過(guò)程對(duì)外板表面容易造成二次傷害。本文基于分析廢屑產(chǎn)生機(jī)理及危害，設(shè)計(jì)出浮動(dòng)廢料刀，徹底避免撕裂、空切，從此修沖模不再產(chǎn)生廢料屑。

車身覆蓋件沖壓生產(chǎn)現(xiàn)狀

無(wú)論沖壓自動(dòng)線還是手動(dòng)沖壓線，在沖壓作業(yè)時(shí)，修邊模廢料刀附近經(jīng)常出現(xiàn)廢料屑，如圖1 所示。廢屑隨著工件搬運(yùn)氣流攜帶、飄落、擴(kuò)散在模面，導(dǎo)致產(chǎn)品表面硌傷。為實(shí)現(xiàn)沖壓自動(dòng)線較高的生產(chǎn)節(jié)拍，強(qiáng)大的氣流攜帶廢屑密集漂流、傳播更遠(yuǎn)，危害極大。

圖1 修邊模產(chǎn)生的廢料屑

隨著現(xiàn)代沖壓件質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的提升，外板件不允許硌傷，內(nèi)板件也不允許硌傷。因此，為規(guī)避廢料屑產(chǎn)生，常采用停線清理、維護(hù)，或產(chǎn)品離線手工打磨，造成機(jī)臺(tái)工時(shí)和人工返工浪費(fèi)。

廢屑產(chǎn)生的原理

傳統(tǒng)修沖模設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)決定了修切時(shí)必然產(chǎn)生廢料屑和針刺。圖2 為修沖模廢料刀結(jié)構(gòu)，廢料切斷刀由上刀體、下刀體構(gòu)成。為實(shí)現(xiàn)修邊分離，下刀體刀背局部低于產(chǎn)品型面(零面)，一般設(shè)計(jì)4 ～5mm，相應(yīng)的，上刀背也要比零面低相應(yīng)距離，即上刀局部比上型面長(zhǎng)出4 ～5mm。沖壓作業(yè)時(shí)，上模下降，首先接觸工件表面的是上刃長(zhǎng)出零面的刀刃，但下型相應(yīng)部位虛空，初始剪切不是上下刃純剪切，而是撕裂。隨著上模下降，撕裂擴(kuò)展延長(zhǎng)，當(dāng)下降至4～5mm時(shí)，廢料刀上下刃開(kāi)始對(duì)切。由于撕裂邊線的不規(guī)則，不平齊、凸凹不一，撕裂口凸出部分剪切掉，出現(xiàn)廢料屑、片。隨作業(yè)量的增加堆積在廢料刀附近。如果撕裂較齊、變形較大，則切出針刺。

圖2 修邊沖孔模廢料切斷刀結(jié)構(gòu)

每沖壓一個(gè)批次(500 ～1500 件)，修沖模廢料刀附近會(huì)堆積大量鐵屑。其實(shí)，第一件修沖，就會(huì)出現(xiàn)廢屑，只是廢屑小、量少，不易察覺(jué)。

模具廢料刀附近是廢屑集中部位，外覆蓋件模具經(jīng)常需要清潔保養(yǎng)，以降低或減弱表面硌傷。相對(duì)而言，模具沖洗噴淋效果較好。但無(wú)論怎樣清潔，也難以從源頭徹底杜絕。

廢料屑常規(guī)解決辦法

為減弱硌傷危害，通常模具設(shè)計(jì)或沖壓作業(yè)采用以下幾種方法。一定程度上，減輕了硌傷危害程度，但是，只能減緩，不能杜絕。

廢料切斷刀預(yù)留間隙

修邊模下刀體距離下刀刃壁留1.5 ～2.0mm 的間隙，近年來(lái)在一些模具上間隙擴(kuò)大到5 ～6mm。圖3 所示為廢料切斷刀端頭與修邊刀之間的間隙。

圖3 廢料切斷刀端頭與修邊刀之間的間隙

此間隙的優(yōu)點(diǎn)：讓修切廢料屑從間隙落下，遠(yuǎn)離工件表面，致力于減弱廢屑大量擴(kuò)散漂移。

缺點(diǎn)：廢料屑堆積增厚，依然有飛屑漂移到模具表面。

廢料刀涂抹粘結(jié)劑

下模廢料刀尖附近，或間隙下部涂抹黃油，將廢屑粘住，使其不易隨氣流漂移。但是吸附有限。隨著生產(chǎn)量累積，廢屑積多后，表層遠(yuǎn)離油膜，依然漂移。僅為沖壓生產(chǎn)臨時(shí)解決措施。

缺點(diǎn)：一般用黃油粘結(jié)，每次要涂抹，同時(shí)加大了模具線下飛屑的清除難度。

廢料二次切斷

圖4 為廢料二次切斷刀。發(fā)罩外板修沖模送件側(cè)設(shè)計(jì)二切結(jié)構(gòu)，一切兩組廢料刀設(shè)置在修邊模前側(cè)；二切遠(yuǎn)離一次修邊線。第一次修邊廢料靠重力滑到二次廢料切斷刀處，等待第二次切斷成三件。二切的兩組廢料刀屬于純剪切，沒(méi)有撕裂，沒(méi)有廢屑產(chǎn)生。

圖4 廢料二次切斷刀結(jié)構(gòu)

此結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)：在送件側(cè)，兩組廢料刀無(wú)廢屑。但是，發(fā)罩外板四周正修廢料刀10 組(不計(jì)側(cè)修部位)，只規(guī)避了兩組廢料切斷刀無(wú)廢屑，其他正切廢料刀依然產(chǎn)生廢屑，廢屑總量減少了20%。

可能會(huì)有人問(wèn)，在模具的左右側(cè)也可以設(shè)計(jì)二次切斷廢料刀??？答案，不可以。因?yàn)榈谝淮涡耷袕U料靠重力向左右下滑，滑道斜度終點(diǎn)下降較低，二切廢料向前后方向下滑，滑板角度受到壓抑，很難保證標(biāo)準(zhǔn)25°。

也有人講，在保證所有下滑角度底線前提下，只需增加下模中心高度，可以解決此困境。但是，大型覆蓋件模具閉合高度本身不會(huì)低于1200mm，再增加受壓力機(jī)最大安裝高度限制。所以，這種結(jié)構(gòu)優(yōu)先選在模具前后側(cè)。實(shí)踐中從未見(jiàn)到左右側(cè)設(shè)計(jì)二次切斷結(jié)構(gòu)。

二次切斷缺點(diǎn)：(1)模具結(jié)構(gòu)增大，第二次切斷刀座占用的空間大，增大了模具前后尺寸，開(kāi)模成本增加。(2)一次廢料下滑不受控，偶有廢料上帶翻身，離開(kāi)需要的姿態(tài)，切斷或下滑受阻。作為自動(dòng)線模具，風(fēng)險(xiǎn)極大。

多工序修邊

外板件安排兩次純修邊，第一次修掉一部分，第二序修掉剩余的部分。圖5 為多工序修邊，也叫插花修，無(wú)廢料切斷刀，零廢屑。如果產(chǎn)品結(jié)構(gòu)復(fù)雜，工序較長(zhǎng)，工藝設(shè)計(jì)可合理安排兩序修邊。這種結(jié)構(gòu)比較常見(jiàn)，比如車身側(cè)圍、翼子板、頂蓋等，基本工序在四序或以上，有充足工序，天然安排插花修邊。

圖5 多工序修邊

遺憾的是，有充足的工序，現(xiàn)實(shí)中偶有集中一序修切，造成面品硌傷、效率低下，很遺憾。究其原因，可能是設(shè)計(jì)師很少知道沖壓生產(chǎn)線的現(xiàn)狀和痛點(diǎn)。

已經(jīng)知悉廢屑危害，尚未掌握浮動(dòng)廢料刀前提之下，或該方案未出臺(tái)，沖壓工藝設(shè)計(jì)中，即使產(chǎn)品結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，為規(guī)避廢屑，依然采用多工序修邊。美其名曰，沒(méi)有廢料屑。其不知，犧牲的是主機(jī)廠的成本。

缺點(diǎn)：有接刀坎，修邊線不連續(xù)；若刻意加序規(guī)避廢屑，多一序修沖，多一套模具，成本較高。

浮動(dòng)廢料刀

原理

保持常規(guī)廢料刀結(jié)構(gòu)不變，改造上廢料刀相對(duì)的修邊刀，就可實(shí)現(xiàn)純切斷。上廢料刀刃帶旁設(shè)計(jì)一塊浮動(dòng)刀，浮動(dòng)刀刃帶和廢料刀等高，可以規(guī)避廢料切斷空切、撕裂。如沒(méi)有浮動(dòng)刀塊，常規(guī)結(jié)構(gòu)是，此部位自然比切斷刀低4 ～4.5mm。

壓機(jī)滑塊下降，浮動(dòng)刀和廢料刀先接觸板件，廢料和工件分離；上模繼續(xù)下降，浮動(dòng)刀接觸下刀背退讓，廢料刀切斷廢料、排出。

結(jié)構(gòu)

如圖2 中的下廢料刀和上廢料刀，在此基礎(chǔ)上，加以改造。上廢料刀相對(duì)的修邊刀增加一小塊，此塊采用彈性結(jié)構(gòu)，這樣可實(shí)現(xiàn)廢料純修邊、純切斷，無(wú)撕裂、零廢屑，浮動(dòng)廢料刀結(jié)構(gòu)如圖6 所示。

圖6 浮動(dòng)廢料刀構(gòu)成

浮動(dòng)廢料刀剪切力計(jì)算

浮動(dòng)廢料刀是上模修邊切刀的一部分，刃帶和上廢料刀等高，浮動(dòng)切刀塊接觸工件板面，修離廢料，上模降低，刀體浮動(dòng)退讓，上模繼續(xù)下降，上、下廢料刀實(shí)現(xiàn)對(duì)切。

由于修邊及廢料切斷均是純剪切，沒(méi)有撕裂帶，就沒(méi)有撕裂帶二次剪切，完全避免了廢料屑的產(chǎn)生。

剪切力計(jì)算：

(1)浮動(dòng)切刀刃帶長(zhǎng)40mm，所修切的工件材質(zhì)DC03-06，抗拉強(qiáng)度27kg/mm2，剪切強(qiáng)度近似抗拉強(qiáng)度。

工件材料厚度、剪切力分別為0.8mm，864kg；1.0mm，1080kg；1.2mm，1296kg。

(2)氮?dú)飧譍SCB50-15，初始承載，1530kg；

(3)浮動(dòng)刀體靠氮缸壓力修切，上模下降4.0 ～5.0mm，開(kāi)始切斷廢料，浮動(dòng)刀行程4.0 ～5.0mm，氮缸行程15mm，有充足安全余量。

優(yōu)點(diǎn)

(1)采用浮動(dòng)廢料刀，無(wú)論手動(dòng)沖壓線、還是沖壓自動(dòng)線都不用停線清理廢屑，生產(chǎn)效率高。

(2)產(chǎn)品表面無(wú)廢料屑硌傷，無(wú)人工返修打磨工時(shí)，更無(wú)產(chǎn)品二次傷害。

(3)產(chǎn)品表面無(wú)返修打磨痕。

(4)生產(chǎn)結(jié)束，模具免維護(hù)或少維護(hù)。

有幾處浮動(dòng)刀，就多了幾處維護(hù)保養(yǎng)點(diǎn)。

浮動(dòng)廢料刀每次沖擊下廢料刀背，兩者之間夾有一層板料，有較強(qiáng)的緩沖作用。但是數(shù)十萬(wàn)次以后，下廢料刀背可能局部變形，剪切間隙減小，可以用油石去掉下廢料刀變形部分。

浮動(dòng)刀塊采用Cr12MoV，強(qiáng)度高，硬度高，十分安全。為防止下廢料刀背沖擊變形，可以在刀背被沖擊面設(shè)計(jì)沖擊墊，墊高2.0mm，邊界離開(kāi)修邊刃帶2.0 ～3.0mm。

浮動(dòng)刀塊硬度58 ～60HRC，其導(dǎo)向靠導(dǎo)向固定座的矩形槽，導(dǎo)向凸面設(shè)計(jì)油槽；固定座材質(zhì)45#鋼，調(diào)質(zhì)處理，掛銷承擔(dān)浮動(dòng)塊自重并防止下脫。

浮動(dòng)刀塊和相鄰上廢料切刀和修邊刀間隙0.03～0.05mm。

導(dǎo)向結(jié)構(gòu)可以設(shè)計(jì)燕尾槽，根據(jù)裝配結(jié)構(gòu)靈活變通。

缺點(diǎn)

線下維護(hù)模具，浮動(dòng)刀檢查需列入保養(yǎng)表格。觀察下廢料刀刀背是否沖擊變形，還有浮動(dòng)刀所用氮?dú)鈴椈伞?/p>

使用效果

浮動(dòng)廢料刀無(wú)撕裂，純修切，零廢屑，圖7 為前圍外板使用浮動(dòng)廢料刀效果。圖7(a)為沖壓完成的工件尚未拿走，廢料刀附近修邊線未見(jiàn)塌邊，說(shuō)明和正常修邊刃口一樣，是純剪切，無(wú)撕裂，自然沒(méi)有廢屑和針刺。圖7(b)為另外一組廢料刀，工件已移除。僅有的兩組浮動(dòng)廢料刀，任何一組刀體都是表面潔凈、一塵不染。

圖7 前圍浮動(dòng)廢料刀很潔凈

結(jié)束語(yǔ)

覆蓋件修沖模，尤其是外覆蓋件修沖廢料刀產(chǎn)生大量廢屑，污染模具、硌傷產(chǎn)品，經(jīng)常導(dǎo)致停線清理，工件返修。本文介紹常見(jiàn)的幾種預(yù)防廢屑的設(shè)計(jì)方案和對(duì)策，詳細(xì)分析對(duì)比了各種方案的優(yōu)缺點(diǎn)，可供模具開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)參考借鑒。值得推崇的浮動(dòng)廢料刀，徹底解決了廢料刀廢屑的產(chǎn)生，對(duì)于大型覆蓋件外板模具，特別是沖壓自動(dòng)線生產(chǎn)提質(zhì)增效具有積極意義。