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    沖壓模具修邊掉鐵屑的解決方法

    2020-02-26 14:41:00 來源: 沖模技術
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    導讀: 介紹了沖壓模具中修邊掉鐵屑對沖壓模具、制件表面質量及車間現場的影響,修邊模具的結構設置及優化模具工藝上的解決方法,并從日常生產質量控制、工藝設計、沖壓模具結構等方面,簡述了合理的模具設計及修邊模具工藝結構、新技術應用等對改善沖壓模具修邊掉鐵屑的重要性。
    文:段寶娟,牧立峰,劉 宇,仇?;?    奇瑞汽車股份有限公司

       1 引言

    隨著汽車工業的飛速發展,對于汽車產品質量要求越來越高。特別是對產品表面的要求越來越高,制件由于修邊工藝本身的特點,在修邊條件不好的位置修邊會產生鐵屑,部分鐵屑會進入模腔,而這些進入模腔的鐵屑在壓傷制件的同時也會損壞模具,如圖1、圖2所示。

       2鐵屑產生的原因

       2.1 沖裁過程

    沖裁變化曲線如圖3所示,從圖3中可以看到沖裁過程的幾階段。(1)A-B段:板料的彈性變形階段。(2)B-C段:板料的塑性變形階段。(3)C點:相當于材料的極限強度,即沖裁力的最大值,當材料內的應力達到抗剪切強度,材料開始產生裂紋。(4)C-D段:裂紋擴展至材料分離的斷裂階段。(5)D-E段:凸??朔Σ亮?,將沖裁件(或廢料)從凸模中推出。

    2.2 鐵屑產生的成因分析

    (1)A———σ1為凸模側壓力與板料彎曲引起的徑向壓應力;σ2為板料彎曲引起的壓應力與側壓力引起的拉應力的合成切向應力;σ3為凸模下壓引起的橫向拉應力,如圖4所示。

    (2) B———受三向壓縮應力,是由凸模下壓及板料彎曲引起的。

    (3) C———σ1為板料受拉伸作用而產生的拉應力,σ2板料受擠壓而產生的壓應力。

    (4) D———板料彎曲引起的徑向拉應力σ1 和切向拉應力σ2,σ3是凹模擠壓板料產生的軸向壓應力。

    (5) E———σ1為板料彎曲引起的拉應力與凹模側壓力引起的壓應力合成產生的應力,σ2為凸模下壓引起的軸向拉應力。一般情況下,E點主要以拉應力為主。

    A,B,C,D,E各點的應力狀態可以看出,凸模與凹模端面(BD點處)的靜水壓應力(壓應力球張量)高于側面(A,E點)。又因材料彎曲使凸模一側的板料受到雙向壓縮,凹模一側板料受到雙向拉伸,故凸模刃口附近的靜水壓應力又比凹模刃口附近的靜水壓應力高。因此,沖裁裂紋首先在靜水壓應力最低的凹模刃口側壁E點產生,繼而在凸模刃口側面A點產生。

    如果沖裁間隙合理,則從AE點產生的主裂紋重合;但是如果間隙不合理,則會在上下兩裂紋制件生成第三裂紋,如圖5所示。

    圖5 裂紋產生及發展過程 a——產生首次裂紋 b——首次裂紋停止發展 c——產生第2、第3條裂紋 d——產生主裂紋毛刺的產生:毛刺的形成是從塑性變形階段產生光亮帶之后,凸模繼續下降,塑性變形加大,變形區材料硬化加劇,導致材料開始在刃口附近產生裂紋。由于凸、凹模間隙的存在,并非正好處于刃口處,而是出現在離刃口不遠的A,E點處,并且除了因凸模擠入材料使之不但發生剪切變形外,還會產生彎曲及拉伸變形,故在此時產生了毛刺。當材料在剪斷階段(開裂階段),凸模的下降又使毛刺繼續拉伸,并最后留在沖裁件上。

    鐵屑的產生:在毛刺產生時,如間隙不合理,上下裂紋間出現的第三裂紋就會導致一些毛刺脫離材料,形成修邊鐵屑。

    2.3 修邊鐵屑的危害

    當自動化沖壓線生產時,只能在自動化線尾端對制件的質量進行檢查,對沖壓過程中制件的質量狀態控制,不能像手工操作流水線那樣做到立即發現,立即處理。往往發現質量缺陷時,已經有多件制件在生產環節中。其中影響最大的質量問題,是制件在修邊過程中,由于上下模相對移動,在模腔內部產生負壓,模腔外部相對正壓的氣流把修邊產生的鐵屑吸入到模腔內,污染了模腔型面,不得不停下流水線進行模腔清潔,這不僅影響制件質量,而且生產效率也大受影響,甚至會影響設備和模具的精度,造成安全隱患。

          3 預防減少鐵屑的措施

    3.1 刃口間隙的合理化

    (1)間隙過小時,最初從凹模刃口附近發生的裂紋就指向凸模下面的高壓應力區。因此,這個裂紋 的成長受到抑制,不能達到凸模刃口處,而成為滯裂紋,當裂紋口開得相當大的時候,兩裂紋中間的一部分材料隨著沖裁的進行將被第二次剪切,繼而被凸模擠入凹模腔內。由于凹模刃口的擠壓作用,在斷面上形成第二光亮帶,在兩光亮帶間形成撕裂的毛刺和夾層,如圖6a所示。

    (2) 間隙過大時,由于在光亮帶形成之前,板料已形成較大的圓角帶,所以實際的間隙就顯得更大。在這種情況下,因為上、下裂紋錯開一段距離,且圓角帶大,所以斷面的垂直度差,如圖6b所示。又由于加工條件的不同,裂紋也不一定在上、下兩刃口處同時發生,所以有時可能由一個刃口發生的裂紋使材料分離。當這個裂紋從一個刃口的尖端出發,擴展到另一個刃口的側面時,在斷面上留下很大的毛刺。因此間隙過大時,斷面上的光亮帶減小,圓角、毛刺及斜度變大。

    (3) 間隙合理時,上、下刃口處產生的裂紋,在沖裁切斷過程中會合成一條線,如圖6c所示。在這種情況下所得沖裁件的斷面光亮帶較大,而圓角帶及毛刺和斜度均較小,表面也比較平整,斷面與平面質量均可達到理想的效果。

    由上述分析可知,間隙過大或過小時,沖裁件的斷面質量都較差,只有在合理間隙時,才能使沖裁件的斷面質量符合標準.

    3.2 修邊工藝優化

    (1) 最常用的也是產生修邊鐵屑最多的修邊方案,如圖7所示。這類模具最容易產生修邊鐵屑,而且經常會導致廢料排料困難。

    (2) 分工序兩次或多次修邊,采用廢料刀結構/無廢料刀結構,如圖8所示。此類模具結構,由于修邊分兩次完成,第一次修邊時候廢料四周帶壓料,在刃口間隙合理的情況下,基本不會產生毛刺及鐵屑現象,且制件質量穩定。

    (3) 整體式修邊二次分切排料。模具第一個工作行程將制件整體式修邊,第二個工作行程將上次修邊廢料切斷排料,這類模具也比較適合自動化生產,便于排料并且刃口間隙合理的情況下不會產生毛刺和修邊鐵屑,如圖9所示,此類結構目前在頂蓋上應用比較多。

    3.3 廢料刀布置及結構優化

    (1) 在廢料輸送設備及模具結構排料允許的尺寸的前提下,可以最大化的減少廢料刀的排布,如上海大眾廢料刀標準中就明確說明廢料刀盡量避免。

    (2) 廢料刀結構的優化。兩相比較,其實韓國的廢料刀只是有兩點不同:一是刃口部分只留5mm左右的平面,其它全部打成斜面,這樣有鐵屑也不會堆積,如圖10、圖11所示。二是在可能鐵屑被帶入到模腔的部位,廢料刀用的都是鍛件,而非鑄件。

    3.4 旋轉廢料刀

    傳統的廢料刀難以實現修邊與廢料切斷相分開,特別是在廢料刀與修邊刃口交接部分,此處是最容易產生修邊鐵屑的地方。上海大眾就要求對于覆蓋件廢料刀必須用旋轉廢料刀,此種廢料刀能實現修邊與廢

    料切斷兩動作的分離,可以很大程度上的減少鐵屑的產生,如圖12所示。

    結構說明:

    (1) 螺栓中心點的位置必須高于起始點。

    (2) 兩個杠桿臂之比應為L1 : L2=1 : 1。

    (3)擺動刀片裝置應在旋轉點中心線上方離空5mm,角度X應比擺刀旋轉角度Y大2°。

    3.5 優化模具結構,注意適當淘空

    自動化或者高速線生產的模具,由于生產節拍比較快,如果模具結構不合理,造成在模腔內部產生負壓,模腔外部相對正壓的氣流把修邊產生的鐵屑吸入到模腔內,從而造成制件表面的壓傷。在生產現場也可以看到,日韓的模具雖然在修邊時也有掉鐵屑的情況,但是很少出現帶入模腔壓傷制件的情況,而國內的模具則經常出現鐵屑帶入模腔的情況,很大一部分原因就是國內的模具要么不淘空,要么“淘空而不通”。

    3.6 加裝氣吹裝置進行改善

    利用滑塊角度控制壓縮空氣該副修邊模吹氣裝置工作過程為:通過在上模型面鑲塊和廢料切刀之間,安裝吹氣管,利用壓力機滑塊角度控制壓縮空氣閥門開關,從而吹掉廢料切刀產生的鐵屑,如圖13所示。

      4 結束語

    綜上所述,修邊掉鐵屑與修邊模具結構、刀塊布置、修邊刀塊材質、硬度、垂直度、間隙、生產環境、廢料排放等有著很大的關系。模具設計階段廢料刀布置不合理以及批量生產階段生產人員及工裝維護人員未能嚴格按照生產及模具維護作業指導書進行作業都會產生鐵屑。另外生產時裝模高度過低、廢料不及時清理、模具表面壓入異物導致上下模不同心,啃傷刃口,也會產生鐵屑。因此合理的模具結構和刃口間隙及標準的作業流程與執行,對消除、減少修邊掉鐵屑,提高模具使用壽命起著至關重要的作用。

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