超厚不銹鋼零件的沖模設(shè)計(jì)

0 引言

圖1 所示為304 不銹鋼成形的零件，單件月產(chǎn)量約300 件以上，材料板厚分別為12.0 mm 與6.0 mm。該零件外形尺寸可通過機(jī)械加工與沖壓成形得到，與客戶交流后，零件長度通過剪板切斷實(shí)現(xiàn)，兩長圓孔因材質(zhì)及板厚原因，采用激光切割加工后，出現(xiàn)割縫發(fā)黑或發(fā)青，且局部存在細(xì)小殘留，影響零件后工序處理并存在安全隱患，建議斷面保留原色澤。

1 零件沖壓工藝分析

在常規(guī)沖裁過程中，隨著材料在凸模的作用下逐漸分離，材料在剪口截面處呈現(xiàn)4個(gè)變形階段：彈性變形階段、塑性變形階段、微裂紋擴(kuò)展階段、撕裂變形階段，如圖2所示。

材料沖裁斷面產(chǎn)生4 個(gè)特征區(qū)：圓角帶、光亮帶、斷裂帶、毛刺帶，如圖3所示。材料加工后，有用部分稱工件，無用部分稱廢料，工件與廢料斷面狀態(tài)對(duì)應(yīng)且相反。

零件原生產(chǎn)工藝采用機(jī)加工形式，工作過程：準(zhǔn)備待加工材料、裝夾材料、銑削加工、松卸夾具、工件移位、再夾緊材料、銑削加工、松卸夾具、卸取工件、去毛刺。原生產(chǎn)工藝在采用合適銑刀工況下，加工

=6.0 mm 不銹鋼板上1 個(gè)孔需要12～15 min，即加工圖1（c）一個(gè)零件需耗時(shí)0.4～0.5 h；加工

=12.0 mm 不銹鋼板上1個(gè)孔需要25～30 min，即加工圖1（a）或圖1（b）所示1 個(gè)零件需耗時(shí)0.8～1.0 h；再疊加實(shí)際加工工況，如銑刀材質(zhì)、刀損、磨刀量、備用刀數(shù)量等，則需延長工時(shí)。原機(jī)械加工工藝方案擬升級(jí)為激光切割加工方案，經(jīng)試切及送樣后反饋斷面有色澤差異、氧化殘留而不接受，因此激光切割加工方案不予考慮。在綜合分析原機(jī)械加工工藝、月產(chǎn)量、批量加工所需投入成本等要素后，依據(jù)材料特性、不同厚度規(guī)格，采用快拆共模方式進(jìn)行沖壓成形，在已有需求量的支撐下，既能充分發(fā)揮投入可控、體現(xiàn)沖壓加工的經(jīng)濟(jì)性及合理性，又能更好滿足客戶在品質(zhì)上的要求，是生產(chǎn)的可替代工藝。

2 超厚不銹鋼快拆型模具結(jié)構(gòu)分析

圖4 所示為快拆型模具結(jié)構(gòu)，考慮板厚的變化及卸料的通用可靠性，模具在沖壓平板不銹鋼時(shí)采用剛性卸料。在試沖不同型號(hào)不銹鋼角鋼樣件時(shí)，因工件外形及空間受限等因素，改用彈性卸料結(jié)構(gòu)（即聚氨脂包絡(luò)凸模），則工況呈現(xiàn)差異性。當(dāng)快拆鑲件18采用正常雙邊間隙時(shí)（按常用不銹鋼沖裁間隙推薦表即Ⅰ類按（5%～8%）

、Ⅱ類按（8%～11%）

、Ⅲ類按（11%～15%）

取值，此處?、箢愔休^大值即14%

），沖壓后工件粘連凸模，如圖5所示，工件光亮區(qū)較大且不均勻，雖已預(yù)留6 mm 聚氨脂預(yù)壓量，但仍不能有效卸出工件。在沖壓過程中采用冷卻液潤滑后，沖壓工況有改善，但卸料不良率達(dá)80%～90%。當(dāng)快拆鑲件18 采用超大雙邊間隙時(shí)，如表1所示，不銹鋼角鋼卸料較好，但工件及廢料斷裂帶明顯增大，截面斷裂角（見圖3中

）明顯變大。在沖壓過程中輔以冷卻液，快速連續(xù)沖壓時(shí)（即沖壓頻率提高40%～50%時(shí)），模具彈性卸料仍保持順暢。

模具沖壓過程：隨上模持續(xù)下行，凸模7穿過鋼性固定卸料板8 至沖壓件10 上表面。因材料特征及厚度不同，此沖壓過程有明顯差異。通過沖壓驗(yàn)證（以

=12.0 mm為例），采用2種間隙、3種壓力設(shè)備進(jìn)行沖壓并比對(duì)試樣。第1 種工況：當(dāng)快拆鑲件18采用正常雙邊間隙，?。?6%～18%）

、小壓力液壓機(jī)1 200 kN時(shí)，上模開始向下微壓（積蓄能量的短停時(shí)段），隨上模持續(xù)下壓，當(dāng)能量積蓄到材料變形直至斷裂時(shí)，凸模7沖壓材料進(jìn)入凹模，伴隨較沉悶的金屬斷裂聲。當(dāng)快拆鑲件18 采用超大雙邊間隙，?。?4%～25%）

、小壓力液壓機(jī)1 200 kN 時(shí)，上模向下微壓，材料有漸變過程；隨上模持續(xù)下壓，當(dāng)能量積蓄到材料斷裂、凸模7沖壓材料進(jìn)入凹模內(nèi)，伴隨稍清脆的金屬斷裂聲。當(dāng)快拆鑲件18 的雙邊間隙采用（24%～25%）

、稍大壓力液壓機(jī)1 600 kN 時(shí)，上模持續(xù)向下微壓、材料漸變直至斷裂，凸模7沖壓材料進(jìn)入凹模內(nèi)，伴隨較清脆的金屬斷裂聲。第2 種工況：除采用800 kN 或1 100 kN 壓力機(jī)替代液壓機(jī)外，其余驗(yàn)證條件及方法相同，因壓力機(jī)具有機(jī)械運(yùn)動(dòng)的連慣性，凸模7 在材料表面停頓間隔比采用液壓機(jī)時(shí)短、聲音更脆、震動(dòng)更大。同類沖壓設(shè)備，因800 kN 壓力機(jī)的沖壓力比理論沖裁力僅大10%～15%，從沖斷過程看，1 100 kN 壓力機(jī)比800 kN 壓力機(jī)省力省顫。

模具裝模過程：按沖模裝夾規(guī)范與沖壓設(shè)備裝配好，松開螺釘21，移開固定卸料板8，松開快拆鑲件18的螺釘13，換上與材料厚度相匹配的快拆鑲件18（依次采用正常雙邊間隙、再采用超大雙邊間隙，以下類似）；再順序緊固螺釘13、移回固定卸料板8、螺釘21。隨上滑塊下行，上模部分在上滑塊的帶動(dòng)下下行。

目前，我國對(duì)跨境人民幣結(jié)算業(yè)務(wù)與貿(mào)易關(guān)系的研究不多。研究“一帶一路”倡議下兩者是否存在相互促進(jìn)關(guān)系的研究更是少之又少。

模具沖壓回程：上模帶動(dòng)凸模7 沖孔后，凸模7進(jìn)入快拆鑲件18內(nèi)，沖壓件10包絡(luò)凸模7側(cè)面。當(dāng)快拆鑲件18 采用較小間隙時(shí)，凸模7 的卸料力遠(yuǎn)大于快拆鑲件18 采用超大間隙的卸料力。在驗(yàn)證中采用冷卻液循環(huán)冷卻時(shí)，沖壓件包絡(luò)凸模的卸料力有較大改善。當(dāng)快拆鑲件18采用正常間隙、小壓力沖床時(shí)，卸料順暢性有較明顯的改善；當(dāng)快拆鑲件18 采用超大間隙、小壓力沖床時(shí)，卸料已無障礙順利實(shí)現(xiàn)。

2.1 治療前后兩組尿蛋白水平對(duì)比 治療后兩組尿蛋白水平均明顯低于治療前，而觀察組尿蛋白水平明顯低于對(duì)照組，組間對(duì)比差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(均P<0.05)。見表1。

LIU Cheng-ling, LIU Xing-chen, HU Xing-ye, YANG Chao

在沖壓參數(shù)優(yōu)化后，經(jīng)工時(shí)核定，

=6.0 mm及

=12.0 mm 不銹鋼可達(dá)6～10 沖次/min，即每分鐘可生產(chǎn)3～5 件。成形零件毛刺面符合質(zhì)量要求，如圖6所示。

3 模具零件材料的選用

凸模7 常用材料有Cr12MoV、SKD-11、D2、DC53、SKH-51，快拆鑲件18 常用材料有Cr12MoV、SKD-11、DC53 等。結(jié)合不銹鋼超厚材料沖壓特性及經(jīng)濟(jì)性，驗(yàn)證時(shí)凸模選用Cr12MoV（熱處理硬度60～61 HRC）、D2（熱處理硬度61～62 HRC）、DC53（熱處理硬度63 HRC 以上），快拆鑲件選用Cr12MoV（熱處理硬度58～59 HRC）、DC53（熱處理硬度59～61 HRC）。依據(jù)凸模材料特征、工作端面等不同工況對(duì)沖壓的影響，開展了對(duì)凸模工作面進(jìn)行TD鍍層的沖壓效果比對(duì)。經(jīng)驗(yàn)證，在不銹鋼超厚板材正常頻次沖壓中，當(dāng)快拆鑲件采用正常間隙、同材料、無冷卻液工況時(shí)，凸模進(jìn)行TD 鍍層處理所呈現(xiàn)的工效期（指凸模工作部位本次刃磨到下次刃磨期內(nèi)，工件沖壓毛刺合格所開展的沖壓次數(shù)）稍長，凸模失效形式如圖7 所示。據(jù)現(xiàn)場統(tǒng)計(jì)，沖壓次數(shù)不超過20～30沖次時(shí)，凸模臺(tái)肩處斷裂；當(dāng)快拆鑲件采用超大間隙、同材料、有冷卻液工況下，凸模進(jìn)行TD 鍍層處理的工效期比不做處理時(shí)約延長一倍以上，沖壓200 次以上的凸模、快拆鑲件刃口仍較好。從沖壓超厚不銹鋼驗(yàn)證來看，不考慮鍍層厚度、均勻性等因素，凸模材料的穩(wěn)定性、耐用性從高到低依次是DC53、D2、Cr12MoV。從快拆鑲件工況來看：工作刃口采用鍍層與不采用鍍層的實(shí)際使用效果差異較小；同種材料，采用超大間隙其實(shí)際工作效果好于采用正常間隙；對(duì)不同材料，凸模材料的沖壓穩(wěn)定性、耐用性從高到低依次是DC53、Cr12MoV。綜合經(jīng)濟(jì)性、可接受的沖壓壽命、有效刃磨性考量，凸模選用DC53 并進(jìn)行TD 處理，快拆鑲件采用Cr12MoV+超大間隙參數(shù)處理，冷卻方式采用乳白色皂化液介質(zhì)循環(huán)冷卻。

4 結(jié)束語

以上從超厚不銹鋼加工工藝方面作了經(jīng)濟(jì)性分析，也對(duì)影響超厚不銹鋼沖壓加工的重要因素進(jìn)行了論述，結(jié)合沖壓輔助要素在超厚不銹鋼加工過程中的靈活使用，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)性加工。對(duì)供需方所提供的鈑金零件，采用何種方式加工，需要結(jié)合周邊可借用的生產(chǎn)要素（如人、機(jī)、料、法、環(huán)）加以衡量，零件加工的經(jīng)濟(jì)合理性是其重要的參考指標(biāo)。當(dāng)零件加工數(shù)量變化時(shí)，其加工工藝性會(huì)隨之變化，即加工工藝性具有適變性。在生產(chǎn)過程中，需要對(duì)常見加工工藝或特殊加工工藝的差異性加以了解與總結(jié)，形成可量化或物化的指標(biāo)特性。當(dāng)客戶的品質(zhì)要求及需求量有變化時(shí)，才能更好地結(jié)合客觀要素作出適應(yīng)性變化，實(shí)現(xiàn)較好的經(jīng)濟(jì)效益。

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