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，嚴重時甚至會影響沖壓設(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。