高速級進(jìn)模跳屑問題的探討與解決對策
更新時間：2008-9-1 15:57:10 文章來源：互聯(lián)網(wǎng) 點擊：
摘要：闡述了影響高速級進(jìn)模具在生產(chǎn)過程中“跳屑”產(chǎn)生的幾個主要因素， 并據(jù)此提出了解決方法和措施，對于級進(jìn)模的設(shè)計制造具有一定的借鑒作用。
在金屬冷沖壓行業(yè)中，高速級進(jìn)模具的生產(chǎn)效率高，產(chǎn)品精度高，便于實現(xiàn)自動化和機械化，適宜大批量生產(chǎn)需求，因而廣泛應(yīng)用于汽車﹑電子﹑家用電器等產(chǎn)品的沖壓制造業(yè)中。目前國內(nèi)模具主流速度SPM(Strike Per Minute)集中在40 – 2000，國際上已經(jīng)開發(fā)出超過4000SPM的沖床和模具。但是，無論是過去還是現(xiàn)在，高速級進(jìn)模的“跳屑”一直是個令設(shè)計和生產(chǎn)人員苦惱的問題。因為只要“跳屑”偶爾發(fā)生一次，就會在產(chǎn)品表面留下壓傷，產(chǎn)出成批的不良品。輕則影響制造部門的產(chǎn)能，需要停機修理模具、重新架模調(diào)試;重則崩碎刀口、折斷凸模、損傷昂貴的模具和高速沖床主軸。而“跳屑”又是高速級進(jìn)模行業(yè)里發(fā)生頻率很高的問題。所謂的“跳屑”是指在模具生產(chǎn)過程中，本應(yīng)從凹模刀口中落下去的屑料或制品因為種種原因卻隨著凸模跳出模面的現(xiàn)象，如圖1所示。從力學(xué)的角度來闡述，跳屑是因為屑料與凹模刀口側(cè)壁的咬合力f小于它所受到的向上的吸附力F而跳出凹模進(jìn)入模面，如圖2所示。本文專門針對高速級進(jìn)模來具體分析跳屑所產(chǎn)生的原因及其解決對策。
前文中已經(jīng)提到跳屑產(chǎn)生的兩個力學(xué)因素，下面就從這兩個方面來闡述。
1)屑料受凸模的真空吸附的作用。在沖切加工時，凸模切下的材料，因受到彎矩的作用，中心部位發(fā)生彎曲，四周卻與凸模緊密壓著，如圖3示：屑料下方受到一個大氣壓向上的力，上方與凸模之間是真空負(fù)壓，從而產(chǎn)生一個壓力差吸附在凸模上。隨著模具的開啟，而跳出模面。另外在高速沖切生產(chǎn)中，為了給模具散熱以及潤滑凸凹模，我們往往會在材料送入模具前，給它涂上切削油，這會產(chǎn)生類似吸附劑的作用。如果切削油的揮發(fā)性差、黏度高、加的量過大，屑料與凸模的真空吸附現(xiàn)象會更加明顯。
2)電磁力的效應(yīng)。模具上的很多零件是通過研磨加工出來的�，F(xiàn)有的磨床都是利用電磁平臺的磁力裝夾零件。如果加工結(jié)束后，沒有對零件的殘余磁性進(jìn)行消磁處理，鐵基材料的屑料就會因為磁力隨著凸模吸附上升，發(fā)生跳屑。
3)凸模活塞效應(yīng)以及加速度的影響。如圖4，當(dāng)模具閉合到下死點時，模具內(nèi)部卸料板和材料緊密地包在凸模周圍，緊緊地壓死在凹模刀口上，形成一個相對真空負(fù)壓，此時上模回升打開，凸模先從凹模中抽出，由于屑料受到下面一個大氣壓力與上面真空之間的壓力差，而隨著凸模一起上升，就象活塞在汽缸里運動，稱之為活塞效應(yīng)。由于加速度以及慣性作用的影響，凸模上升的越快，就越容易發(fā)生活塞效應(yīng)。在生產(chǎn)現(xiàn)場常遇到模具在高速正常生產(chǎn)時頻繁跳屑，此時將模具的運行速度SPM(Speed Per Minute)降下來就不會出現(xiàn)跳屑，這就是活塞效應(yīng)引起的。
(a) 凸模正常形狀 (b)凸模磨損后形狀 (c)屑料粘附凸模上
2.1沖裁間隙的影響。如圖6為沖切后的屑料斷面形狀。從理論的角度來說，沖切后的屑料與凹模相接觸的部分是光亮帶，當(dāng)沖裁間隙合適時，光亮帶通常占全斷面的1/2-1/3，高精密下料的光亮帶所占的比例會更高，比如日本采用反切法可以做到接近100%。當(dāng)屑料的光亮帶所占斷面的比例越大，與刀口的接觸面積越大，兩者之間的咬合力也越大。當(dāng)沖裁間隙過大時，材料所受的拉伸作用增大，接近于脹形破裂，光亮帶所占的比例減小，因材料彈性回復(fù)，屑料尺寸向?qū)嶓w方向收縮，沖下的屑料尺寸比凹模尺寸偏小，這樣，屑料對刀口的咬合力會變?nèi)�，屑料就容易從刀口中隨凸模上升跳出。但沖裁間隙大有利于減小沖裁力，提高刀口使用壽命。
2.3凹模刀口的面粗度。屑料與凹模刀口之間的磨擦力f=u×N, f：摩擦力，u：摩擦系數(shù)，N：正壓力。要提高磨擦力f，只有提高摩擦系數(shù)和正壓力才能達(dá)到。正壓力N可以通過設(shè)計合理的沖裁間隙來控制。摩擦系數(shù)u的大小取決于摩擦面的粗糙度。為了保證刀口的鋒利性及容易落料，現(xiàn)在的模具廠家加工凹模刀口，通常采用慢走絲線切割﹑光學(xué)曲線磨床等高精密機床來加工，尺寸可控制在±0.002mm以內(nèi)，表面光潔度也達(dá)到Ra0.2以下。因此凹模刃口的側(cè)壁非常光潔，磨擦系數(shù)u很小，屑料與刀口側(cè)壁的磨擦力會減小，導(dǎo)致容易跳屑。
2.5模具保養(yǎng)過量與刃口磨損的影響。為了便于屑料容易從模具中落出，我們設(shè)計的凹模刀口下面有個斜度或擴口，如圖7，經(jīng)常保養(yǎng)研磨刀口上表面后，如果把刃口有效段已經(jīng)完全磨掉，則造成沖裁間隙變大，引起跳屑。對于凸模，保養(yǎng)后總長度變短，切入凹模深度過淺，屑料在凹模里接近模面，容易被凸模吸附帶出。模具凸凹模側(cè)面磨損后，造成沖裁間隙過大，屑料與凹模側(cè)壁的咬合力小而引起跳屑。
2 高速級進(jìn)模跳屑的解決對策
從理論上講，屑料是否跳出凹模進(jìn)入模面，取決于其所受的向上的吸附力和凹模側(cè)壁對屑料向下的咬合力之間的差值。只要提高咬合力，減小吸附力，即可達(dá)到跳屑的改善與防止。
2.1設(shè)計段的改善與防止
綜合評價一副模具的優(yōu)劣，關(guān)鍵在于設(shè)計的好與壞。所以我們做設(shè)計時一定要考慮全面，既要考慮防止跳屑，又不能損失模具的其它的性能。否則模具先天不足，后續(xù)調(diào)試很難改善的盡善盡美。
2.1.1設(shè)計合理的沖裁間隙
對于不同材料的合理沖裁間隙，很多教材都有研究。一般來說，單面沖裁間隙大于5%t以上時，大部分的材料沖切下來的屑料會小于凹模刀口的尺寸，這樣咬合力會偏小，容易跳屑。當(dāng)單面沖裁間隙小于3%以下時，屑料與凹模刀口的咬合力會很強。從防止跳屑的角度來說，沖裁間隙越小越好，但間隙小，凸凹模的接觸壓力會易引起凹模刀口壓縮疲勞破壞，發(fā)生崩刃，影響模具的壽命，同時會產(chǎn)生較大的毛刺。在高速級進(jìn)模設(shè)計中，推薦使用表1的沖裁間隙：
在設(shè)計下料刀口時，盡量避免外形過于簡單，應(yīng)將形狀復(fù)雜化，包括增加一些卡料槽。如圖9所示的IDE-CUT(切邊)形狀，a形狀簡單，容易發(fā)生跳屑，但是如果設(shè)計變更為b狀，增長外形切斷線，同時屑料增加了卡料槽，外形復(fù)雜化，容易被凹模的刀口咬住，難以跳屑。最好的設(shè)計應(yīng)為c狀，卡料槽為燕尾星，有效提高了與刀口的咬合力。屑料形狀與跳屑難易之間的關(guān)系，按照我們?nèi)粘ＴO(shè)計所積累的經(jīng)驗，如圖10示：從左到右，跳屑由易到難。我們在設(shè)計下料接刀時，無可避免地會遇到一些外形簡單的下料，必須沖切出此形狀。另外級進(jìn)模是連續(xù)生產(chǎn)，料帶需要定位，設(shè)計有圓形孔。為了防止此類跳屑，設(shè)計時，可將刀口做成分體式，如圖11，并故意錯開一個0.002 -0.005mm的間隙，使沖切時的屑料產(chǎn)生變形，增大毛刺，而留在凹模內(nèi)。
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