汽車沖壓件生產(chǎn)中廢料屑產(chǎn)生的原因及整改措施

文/楊慶波·一汽轎車股份有限公司

汽車沖壓件生產(chǎn)中廢料屑產(chǎn)生的原因及整改措施

文/楊慶波·一汽轎車股份有限公司

汽車沖壓件生產(chǎn)批量大，生產(chǎn)過程中產(chǎn)生大量廢料屑，廢料屑進(jìn)入沖壓模具內(nèi)，不僅使沖壓件面品質(zhì)量降低，還嚴(yán)重影響生產(chǎn)效率。

廢料屑產(chǎn)生的原因很多，沖壓成形過程中材料與模具之間摩擦產(chǎn)生料屑，分離類模具刃口疲勞磨損產(chǎn)生廢料屑，等多種情況下都會(huì)產(chǎn)生廢料屑。分析汽車沖壓生產(chǎn)中廢料屑產(chǎn)生機(jī)理和原因，匯總各類廢料屑的控制、維修方法，并在保證模具壽命和強(qiáng)度的前提下，對(duì)成形類的模具結(jié)構(gòu)進(jìn)行相應(yīng)的優(yōu)化整改，消除因摩擦產(chǎn)生的料屑；對(duì)分離類的模具廢料刀與修邊刃口等部位進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化，減少或者避免廢料屑的產(chǎn)生，是提高生產(chǎn)效率，節(jié)約成本的良好途徑。

汽車沖壓生產(chǎn)中廢料屑的種類

汽車沖壓生產(chǎn)中廢料屑的種類有很多，可分為針狀、顆粒狀、片狀、碎末狀和細(xì)絲狀等，如圖1所示。

圖1 廢料屑的種類

廢料屑極易產(chǎn)生的部位

在成形類模具和分離類模具中，易產(chǎn)生廢料屑的部位有所不同。成形類模具中，廢料屑易產(chǎn)生于拉延筋、凸模R角部位。而在分離類模具中，廢料屑則易產(chǎn)生于廢料切斷刀根部、模具刃口形狀不規(guī)則的區(qū)域、模具斜面刃口角度過大成鈍角或者銳角以及立面切斷區(qū)域、模具刃口接刀處、不同方向切斷的交匯處及模具平面刃口區(qū)域（主要產(chǎn)生碎末狀、細(xì)絲狀和針狀廢料屑）。

不同部位廢料屑產(chǎn)生的原因及解決措施

成形類模具的拉延筋、凸模R角處

成形類模具的拉延筋、凸模R角處產(chǎn)生廢料屑的原因主要是：⑴板料因素。鋅皮附著力不夠、板料清潔度不好；⑵模具因素。表面光潔度不好、上下模間隙太小、R角不順、R角過渡不好、R角太小、模具硬度不夠等。

解決措施：⑴更換高性能的板材，提高鍍層的附著力；⑵清洗板料，提高周圍環(huán)境的清潔度；⑶提高模具的光潔度，調(diào)整上下模之間的間隙，避免間隙太小導(dǎo)致成形過程中，板料與模具的摩擦力增大，板料成形走料困難，造成鋅皮剝落，而形成的廢料屑；⑷光順R角，避免存在棱線，R控制在R3以上，減小進(jìn)料阻力；⑸對(duì)模具R角進(jìn)行表面烘烤，提高模具硬度，對(duì)走料嚴(yán)重的區(qū)域進(jìn)行模具表面鍍鉻處理。

分離類模具廢料切斷刀根部

分離類模具廢料切斷刀根部產(chǎn)生廢料屑的主要原因是：

⑴上模刃口存在高低差（圖2），生產(chǎn)過程中，高低差區(qū)域的高點(diǎn)部位，對(duì)工件實(shí)施的不是切斷動(dòng)作，而是刺破動(dòng)作，此距離有8mm左右。此時(shí)，下模廢料刀是不參與工作的，此距離的廢料刀部位與工件之間是不服帖懸空的。刺破時(shí)，工件此部位向下變形，隨后上下模廢料刀開始工作，對(duì)其進(jìn)行二次剪切。

圖2 上模刃口處存在高低差

⑵上模局部刃口不起作用，原因是上模刀背局部過高（圖3），與制件形狀不符，工作時(shí)不是刃口先接觸而是刀背先接觸，對(duì)工件向下擠壓，利用下刀口把工件拉斷而產(chǎn)生毛刺，然后切斷刃口才開始工作，將毛刺處切掉產(chǎn)生廢料屑。

圖3 上模刀背局部過高

解決措施：

⑴將下模廢料刀初始不參與切斷的部位去掉或間隙加大（圖4），使廢料斷裂處的工件不被二次剪切。

圖4 加大下模廢料刀與修邊刃口的間隙

⑵改善廢料刀結(jié)構(gòu)。利用圖5所示結(jié)構(gòu)把刃口做成平的，消除高低差，使刃口同時(shí)進(jìn)行工作，但是端頭部位是活的，切斷后起壓料作用（圖6）。該結(jié)構(gòu)由兩塊上模修邊鑲塊、上模廢料刀、上?；顒?dòng)修邊鑲塊及氮?dú)鈴椈山M成。上?；顒?dòng)修邊鑲塊設(shè)在兩塊上模修邊鑲塊之間，其底部與氮?dú)鈴椈晒ぷ鞫似矫娼佑|。氮?dú)鈴椈身斊饡r(shí)三者修邊刃口平滑相接，上模三塊修邊鑲塊同時(shí)完成修邊后，活動(dòng)修邊鑲塊下面的氮?dú)鈴椈墒芟履U料刀的頂壓作用被壓縮，此時(shí)完成廢料切斷工作。該機(jī)構(gòu)使模具實(shí)現(xiàn)了在切斷板料的同時(shí)修邊的目的，消除了廢料刀接刀處毛刺現(xiàn)象以及由于二次剪切而產(chǎn)生的廢料屑。

圖5 模具活動(dòng)鑲塊

圖6 切料修邊同時(shí)進(jìn)行

⑶對(duì)上模不起作用的刃口背過高區(qū)域進(jìn)行研磨，使之與制件形狀相符，上模刃口優(yōu)先開始工作，避免工件由于拉裂產(chǎn)生廢料屑。

分離類模具刃口形狀不規(guī)則的區(qū)域

分離類模具刃口形狀不規(guī)則的區(qū)域產(chǎn)生廢料屑的主要原因是：

⑴表面形狀不規(guī)則的區(qū)域（圖7），壓料面著色不好，這樣在剛開始切入時(shí)，受力向外變形，造成凹模工作部位對(duì)制件再次擠壓而產(chǎn)生廢料屑。

圖7 壓料面著色不均勻

⑵表面形狀不規(guī)則、起伏較大的區(qū)域，在剪切過程中不能同步切入，后被剪切的板料易被撕裂，由此產(chǎn)生廢料屑。

解決措施：

⑴提高該區(qū)域的壓料面著色狀態(tài)，著色率控制在90%左右。

⑵上下模刃口形狀要與產(chǎn)品形狀相符，避免制件出現(xiàn)懸空剪切或者不同時(shí)剪切。

⑶由于該區(qū)域上下模刃口形狀復(fù)雜，可適當(dāng)控制刃口的切入深度，切入量控制在3～5mm左右。

分離類模具斜面刃口角度過大成鈍角或者銳角以及立面切斷區(qū)域

分離類模具斜面刃口角度過大成鈍角或者銳角以及立面切斷區(qū)域產(chǎn)生廢料屑的主要原因是：

⑴成鈍角時(shí)，刃口不鋒利，易產(chǎn)生毛刺，造成掉料屑；成銳角時(shí)，刃口強(qiáng)度不夠，刃口易損壞，產(chǎn)生掉碴。

⑵在豎直切斷時(shí)，間隙不好造成廢料屑（大部分是間隙過?。?，以及凹模工作面不光滑。

解決措施：

⑴在不影響產(chǎn)品質(zhì)量的情況下，把鈍角或者銳角刃口的上斷面修成1～2mm寬的平臺(tái)（圖8）。

圖8 將模具鈍角或銳角處修成小平臺(tái)

⑵優(yōu)化產(chǎn)品形狀和沖壓工藝，避免在立面上進(jìn)行修邊或者切斷，如果產(chǎn)品形狀和沖壓工藝不滿足，刃口呈80°左右的銳角，嚴(yán)禁做成鈍角，保證刃口鋒利，嚴(yán)格控制刃口切入深度。切入深度控制在3mm左右。

分離類模具刃口接刀處、不同方向切斷的交匯處

分離類模具刃口接刀處、不同方向切斷的交匯處產(chǎn)生廢料屑的主要原因是：在刃口接刀處及不同方向切斷的交匯處，兩刃口要有3～5mm的重疊區(qū)域，分裂過程中刃口重疊區(qū)域的刃口分別對(duì)工件進(jìn)行剪切，造成二次剪切，由此產(chǎn)生廢料屑。

解決措施：

⑴在刃口接刀處的重疊區(qū)域，增加工藝圓弧過渡（圖9），避免了重疊區(qū)域工件的二次剪切，杜絕了廢料屑的產(chǎn)生。

圖9 在刃口接刀處的重疊區(qū)域增加工藝圓弧過渡

⑵不同方向切斷的交匯處，改善修邊刃口接刀結(jié)構(gòu)（圖10），實(shí)現(xiàn)一次修邊，避免由于二次剪切產(chǎn)生的廢料屑。

圖10 改善修刀刃口接刀結(jié)構(gòu)

分離類模具平面刃口區(qū)域

分離類模具平面刃口區(qū)域產(chǎn)生廢料屑的主要原因是：長(zhǎng)時(shí)間工作后，凸凹模刃口磨損使工作面不垂直，凹模工作光潔度不夠，產(chǎn)生軟毛刺，再與工件斷面進(jìn)行擠壓而產(chǎn)生廢料屑。

解決措施：

⑴保證凸凹模間隙合理，刃口間隙控制在料厚的7%～10%。

⑵保證凹模光潔度，達(dá)到Ra0.8μm。

⑶保證凸凹模的垂直度。

結(jié)束語

沖壓成形過程中，摩擦是必然存在的，只要存在摩擦，就必定存在廢料屑。找到摩擦面和摩擦原因，有效減小摩擦，是控制廢料屑的有效措施。在沖壓生產(chǎn)中，板料鋅皮脫落是一種鍍鋅層與板料母材剝離現(xiàn)象，是成形過程中無法避免的，脫落的鋅皮會(huì)粘附在模具表面，形成制件壓痕和墊料等缺陷。模具結(jié)構(gòu)中，不可避免地存在接刀，而接刀處必然產(chǎn)生廢料屑，合理設(shè)計(jì)接刀，是減少?gòu)U料屑的有效方案。模具使用過程中，正常磨損也是不可能避免的，模具導(dǎo)向間隙變大，模具工作間隙變大，這是使用模具生產(chǎn)的共性問題，也是產(chǎn)生廢料屑的主要原因，因此提高模具精度和耐用度是控制廢料屑的有效手段。結(jié)構(gòu)受限于工藝，工藝受限于產(chǎn)品，沖壓產(chǎn)品的某些形狀，注定不可避免的要產(chǎn)生廢料屑，合理優(yōu)化產(chǎn)品形狀，是控制廢料屑的先決條件。

從這些方面采取措施，可以有效減少?gòu)U料屑的產(chǎn)生，提高產(chǎn)品的質(zhì)量，降低沖壓自動(dòng)化生產(chǎn)停歇，提高生產(chǎn)效率。