高速級(jí)進(jìn)模跳屑問(wèn)題的探討與解決對(duì)策
更新時(shí)間：2008-9-1 15:57:10 文章來(lái)源：互聯(lián)網(wǎng) 點(diǎn)擊：
摘要：闡述了影響高速級(jí)進(jìn)模具在生產(chǎn)過(guò)程中“跳屑”產(chǎn)生的幾個(gè)主要因素， 并據(jù)此提出了解決方法和措施，對(duì)于級(jí)進(jìn)模的設(shè)計(jì)制造具有一定的借鑒作用。
在金屬冷沖壓行業(yè)中，高速級(jí)進(jìn)模具的生產(chǎn)效率高，產(chǎn)品精度高，便于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化和機(jī)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(guó)內(nèi)模具主流速度SPM(Strike Per Minute)集中在40 – 2000，國(guó)際上已經(jīng)開(kāi)發(fā)出超過(guò)4000SPM的沖床和模具。但是，無(wú)論是過(guò)去還是現(xiàn)在，高速級(jí)進(jìn)模的“跳屑”一直是個(gè)令設(shè)計(jì)和生產(chǎn)人員苦惱的問(wèn)題。因?yàn)橹灰疤肌迸紶柊l(fā)生一次，就會(huì)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(jī)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?zèng)_床主軸。而“跳屑”又是高速級(jí)進(jìn)模行業(yè)里發(fā)生頻率很高的問(wèn)題。所謂的“跳屑”是指在模具生產(chǎn)過(guò)程中，本應(yīng)從凹模刀口中落下去的屑料或制品因?yàn)榉N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(lái)闡述，跳屑是因?yàn)樾剂吓c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(duì)高速級(jí)進(jìn)模來(lái)具體分析跳屑所產(chǎn)生的原因及其解決對(duì)策。
前文中已經(jīng)提到跳屑產(chǎn)生的兩個(gè)力學(xué)因素，下面就從這兩個(gè)方面來(lái)闡述。
1)屑料受凸模的真空吸附的作用。在沖切加工時(shí)，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(gè)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(gè)壓力差吸附在凸模上。隨著模具的開(kāi)啟，而跳出模面。另外在高速?zèng)_切生產(chǎn)中，為了給模具散熱以及潤(rùn)滑凸凹模，我們往往會(huì)在材料送入模具前，給它涂上切削油，這會(huì)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(guò)大，屑料與凸模的真空吸附現(xiàn)象會(huì)更加明顯。
2)電磁力的效應(yīng)。模具上的很多零件是通過(guò)研磨加工出來(lái)的�，F(xiàn)有的磨床都是利用電磁平臺(tái)的磁力裝夾零件。如果加工結(jié)束后，沒(méi)有對(duì)零件的殘余磁性進(jìn)行消磁處理，鐵基材料的屑料就會(huì)因?yàn)榇帕﹄S著凸模吸附上升，發(fā)生跳屑。
3)凸�；钊�(yīng)以及加速度的影響。如圖4，當(dāng)模具閉合到下死點(diǎn)時(shí)，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(gè)相對(duì)真空負(fù)壓，此時(shí)上模回升打開(kāi)，凸模先從凹模中抽出，由于屑料受到下面一個(gè)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(yùn)動(dòng)，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(chǎng)常遇到模具在高速正常生產(chǎn)時(shí)頻繁跳屑，此時(shí)將模具的運(yùn)行速度SPM(Speed Per Minute)降下來(lái)就不會(huì)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(lái)說(shuō)，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(shí)，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(huì)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(guò)大時(shí)，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(duì)刀口的咬合力會(huì)變?nèi)酰剂暇腿菀讖牡犊谥须S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(guò)設(shè)計(jì)合理的沖裁間隙來(lái)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(jī)床來(lái)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(huì)減小，導(dǎo)致容易跳屑。
2.5模具保養(yǎng)過(guò)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?cè)O(shè)計(jì)的凹模刀口下面有個(gè)斜度或擴(kuò)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(duì)于凸模，保養(yǎng)后總長(zhǎng)度變短，切入凹模深度過(guò)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(guò)大，屑料與凹模側(cè)壁的咬合力小而引起跳屑。
2 高速級(jí)進(jìn)模跳屑的解決對(duì)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(duì)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(jì)段的改善與防止
綜合評(píng)價(jià)一副模具的優(yōu)劣，關(guān)鍵在于設(shè)計(jì)的好與壞。所以我們做設(shè)計(jì)時(shí)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(jì)合理的沖裁間隙
對(duì)于不同材料的合理沖裁間隙，很多教材都有研究。一般來(lái)說(shuō)，單面沖裁間隙大于5%t以上時(shí)，大部分的材料沖切下來(lái)的屑料會(huì)小于凹模刀口的尺寸，這樣咬合力會(huì)偏小，容易跳屑。當(dāng)單面沖裁間隙小于3%以下時(shí)，屑料與凹模刀口的咬合力會(huì)很強(qiáng)。從防止跳屑的角度來(lái)說(shuō)，沖裁間隙越小越好，但間隙小，凸凹模的接觸壓力會(huì)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(shí)會(huì)產(chǎn)生較大的毛刺。在高速級(jí)進(jìn)模設(shè)計(jì)中，推薦使用表1的沖裁間隙：
在設(shè)計(jì)下料刀口時(shí)，盡量避免外形過(guò)于簡(jiǎn)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(jiǎn)單，容易發(fā)生跳屑，但是如果設(shè)計(jì)變更為b狀，增長(zhǎng)外形切斷線，同時(shí)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(jì)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(jì)所積累的經(jīng)驗(yàn)，如圖10示：從左到右，跳屑由易到難。我們?cè)谠O(shè)計(jì)下料接刀時(shí)，無(wú)可避免地會(huì)遇到一些外形簡(jiǎn)單的下料，必須沖切出此形狀。另外級(jí)進(jìn)模是連續(xù)生產(chǎn)，料帶需要定位，設(shè)計(jì)有圓形孔。為了防止此類跳屑，設(shè)計(jì)時(shí)，可將刀口做成分體式，如圖11，并故意錯(cuò)開(kāi)一個(gè)0.002 -0.005mm的間隙，使沖切時(shí)的屑料產(chǎn)生變形，增大毛刺，而留在凹模內(nèi)。
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