高速级进模跳屑问题的探讨与解决对策
更新时间：2008-9-1 15:57:10 文章来源：互联网 点击：
摘要：阐述了影响高速级进模具在生产过程中“跳屑”产生的几个主要因素， 并据此提出了解决方法和措施，对于级进模的设计制造具有一定的借鉴作用。
在金属冷冲压行业中，高速级进模具的生产效率高，产品精度高，便于实现自动化和机械化，适宜大批量生产需求，因而广泛应用于汽车﹑电子﹑家用电器等产品的冲压制造业中。目前国内模具主流速度SPM(Strike Per Minute)集中在40 – 2000，国际上已经开发出超过4000SPM的冲床和模具。但是，无论是过去还是现在，高速级进模的“跳屑”一直是个令设计和生产人员苦恼的问题。因为只要“跳屑”偶尔发生一次，就会在产品表面留下压伤，产出成批的不良品。轻则影响制造部门的产能，需要停机修理模具、重新架模调试;重则崩碎刀口、折断凸模、损伤昂贵的模具和高速冲床主轴。而“跳屑”又是高速级进模行业里发生频率很高的问题。所谓的“跳屑”是指在模具生产过程中，本应从凹模刀口中落下去的屑料或制品因为种种原因却随着凸模跳出模面的现象，如图1所示。从力学的角度来阐述，跳屑是因为屑料与凹模刀口侧壁的咬合力f小于它所受到的向上的吸附力F而跳出凹模进入模面，如图2所示。本文专门针对高速级进模来具体分析跳屑所产生的原因及其解决对策。
前文中已经提到跳屑产生的两个力学因素，下面就从这两个方面来阐述。
1)屑料受凸模的真空吸附的作用。在冲切加工时，凸模切下的材料，因受到弯矩的作用，中心部位发生弯曲，四周却与凸模紧密压着，如图3示：屑料下方受到一个大气压向上的力，上方与凸模之间是真空负压，从而产生一个压力差吸附在凸模上。随着模具的开启，而跳出模面。另外在高速冲切生产中，为了给模具散热以及润滑凸凹模，我们往往会在材料送入模具前，给它涂上切削油，这会产生类似吸附剂的作用。如果切削油的挥发性差、黏度高、加的量过大，屑料与凸模的真空吸附现象会更加明显。
2)电磁力的效应。模具上的很多零件是通过研磨加工出来的。现有的磨床都是利用电磁平台的磁力装夹零件。如果加工结束后，没有对零件的残余磁性进行消磁处理，铁基材料的屑料就会因为磁力随着凸模吸附上升，发生跳屑。
3)凸模活塞效应以及加速度的影响。如图4，当模具闭合到下死点时，模具内部卸料板和材料紧密地包在凸模周围，紧紧地压死在凹模刀口上，形成一个相对真空负压，此时上模回升打开，凸模先从凹模中抽出，由于屑料受到下面一个大气压力与上面真空之间的压力差，而随着凸模一起上升，就象活塞在汽缸里运动，称之为活塞效应。由于加速度以及惯性作用的影响，凸模上升的越快，就越容易发生活塞效应。在生产现场常遇到模具在高速正常生产时频繁跳屑，此时将模具的运行速度SPM(Speed Per Minute)降下来就不会出现跳屑，这就是活塞效应引起的。
(a) 凸模正常形状 (b)凸模磨损后形状 (c)屑料粘附凸模上
2.1冲裁间隙的影响。如图6为冲切后的屑料断面形状。从理论的角度来说，冲切后的屑料与凹模相接触的部分是光亮带，当冲裁间隙合适时，光亮带通常占全断面的1/2-1/3，高精密下料的光亮带所占的比例会更高，比如日本采用反切法可以做到接近100%。当屑料的光亮带所占断面的比例越大，与刀口的接触面积越大，两者之间的咬合力也越大。当冲裁间隙过大时，材料所受的拉伸作用增大，接近于胀形破裂，光亮带所占的比例减小，因材料弹性回复，屑料尺寸向实体方向收缩，冲下的屑料尺寸比凹模尺寸偏小，这样，屑料对刀口的咬合力会变弱，屑料就容易从刀口中随凸模上升跳出。但冲裁间隙大有利于减小冲裁力，提高刀口使用寿命。
2.3凹模刀口的面粗度。屑料与凹模刀口之间的磨擦力f=u×N, f：摩擦力，u：摩擦系数，N：正压力。要提高磨擦力f，只有提高摩擦系数和正压力才能达到。正压力N可以通过设计合理的冲裁间隙来控制。摩擦系数u的大小取决于摩擦面的粗糙度。为了保证刀口的锋利性及容易落料，现在的模具厂家加工凹模刀口，通常采用慢走丝线切割﹑光学曲线磨床等高精密机床来加工，尺寸可控制在±0.002mm以内，表面光洁度也达到Ra0.2以下。因此凹模刃口的侧壁非常光洁，磨擦系数u很小，屑料与刀口侧壁的磨擦力会减小，导致容易跳屑。
2.5模具保养过量与刃口磨损的影响。为了便于屑料容易从模具中落出，我们设计的凹模刀口下面有个斜度或扩口，如图7，经常保养研磨刀口上表面后，如果把刃口有效段已经完全磨掉，则造成冲裁间隙变大，引起跳屑。对于凸模，保养后总长度变短，切入凹模深度过浅，屑料在凹模里接近模面，容易被凸模吸附带出。模具凸凹模侧面磨损后，造成冲裁间隙过大，屑料与凹模侧壁的咬合力小而引起跳屑。
2 高速级进模跳屑的解决对策
从理论上讲，屑料是否跳出凹模进入模面，取决于其所受的向上的吸附力和凹模侧壁对屑料向下的咬合力之间的差值。只要提高咬合力，减小吸附力，即可达到跳屑的改善与防止。
2.1设计段的改善与防止
综合评价一副模具的优劣，关键在于设计的好与坏。所以我们做设计时一定要考虑全面，既要考虑防止跳屑，又不能损失模具的其它的性能。否则模具先天不足，后续调试很难改善的尽善尽美。
2.1.1设计合理的冲裁间隙
对于不同材料的合理冲裁间隙，很多教材都有研究。一般来说，单面冲裁间隙大于5%t以上时，大部分的材料冲切下来的屑料会小于凹模刀口的尺寸，这样咬合力会偏小，容易跳屑。当单面冲裁间隙小于3%以下时，屑料与凹模刀口的咬合力会很强。从防止跳屑的角度来说，冲裁间隙越小越好，但间隙小，凸凹模的接触压力会易引起凹模刀口压缩疲劳破坏，发生崩刃，影响模具的寿命，同时会产生较大的毛刺。在高速级进模设计中，推荐使用表1的冲裁间隙：
在设计下料刀口时，尽量避免外形过于简单，应将形状复杂化，包括增加一些卡料槽。如图9所示的IDE-CUT(切边)形状，a形状简单，容易发生跳屑，但是如果设计变更为b状，增长外形切断线，同时屑料增加了卡料槽，外形复杂化，容易被凹模的刀口咬住，难以跳屑。最好的设计应为c状，卡料槽为燕尾星，有效提高了与刀口的咬合力。屑料形状与跳屑难易之间的关系，按照我们日常设计所积累的经验，如图10示：从左到右，跳屑由易到难。我们在设计下料接刀时，无可避免地会遇到一些外形简单的下料，必须冲切出此形状。另外级进模是连续生产，料带需要定位，设计有圆形孔。为了防止此类跳屑，设计时，可将刀口做成分体式，如图11，并故意错开一个0.002 -0.005mm的间隙，使冲切时的屑料产生变形，增大毛刺，而留在凹模内。
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