冲模的刃磨、修理及寿命

  激烈的市场竞争促使企业在生产实践与市场流通中强化产品成本核 算并从中认识到,提高模具寿命是降低产品成本的根本途径之一。据统计,模具费在成批与 大量生产的常用机电与家电产品中,要占产品成本的10%~30%。而所有模具总量的65%~70% 是冷冲模,15%左右是塑料模,压铸模和锻模约占5%,其他模具,包括:橡胶、陶瓷、玻璃 、粉治、精铸用蜡模和硬模等,合计不足10%。冷冲模量大面广、品种多在模具的制造和使 用及修理中,都占主导地位。通常所说的模具费,除模具制造费外,还应计入模具修理和刃 磨费用。模具的原始造价仅为整个模具费的35%~40%。故冲模寿命不仅对冲件成本,而且 对其从属的产品成本都有重大影响。在仪器仪表、开关电器、五金家电等行业中、冲模费占 冲件成本的15%~25%。如将冲模寿命提高20%,冲件成本将下降3~5个百分点。目前国内许 多相关企业产品成本居高不下的关键技术因素之一,就是冲模寿命偏低。其他模具,多数具 有较大的提高寿命的潜力。通过规范冷冲模刃磨、修理行为,提高冷冲模寿命,既可有效拉 动和促进其他类型模具寿命的提高,又可大幅度降低产品成本。如果将所有模具寿命提高10 %,产品成本就可下降1%以上。这种显著的影响,不能不引起格外关注。

  模具费随着模具寿命的提高、生产批量的增大在产品成本中所占比率随之下降。而目前国内 模具寿命普遍偏低,尤其冷冲模与国外先进水平存在较大差距,故存在着巨大的降低产品成 本的潜力待挖掘。

  冲模凸、凹模与材料(工件)的接触面,在高速、高压的强烈冲压下,使材料产生 分离或变形,两者发生相对移动,必然产生剧烈摩擦。长期的剧烈摩擦会使凸、凹模接触面 上逐步产生的肉眼难辨的微量磨耗,很快积累成肉眼可见的磨损。当冲模刃口或模腔表面磨 损到一定程度时,原本锋利的刃口变钝了,原本平滑光洁的模腔出现凹坑及粗糙的表面裂纹 、划痕,造成冲裁件毛刺高度及厚度超标,尺寸与形位精度下降,成形件表面粗糙不平滑, 甚至有凸起、划伤。这时要对冲模进行刃磨,以恢复其锋利的冲裁刃口、光滑平整的模腔表 面,从而减小冲裁毛刺和尺寸与形位偏差、改善成形件表面质量。由于无论是冲裁件还是立 体成形件都要经过落料,故所有冲件的模具都要迂要冲裁刃口磨钝必须刃磨的问题。当冲件 加工兰图未标出允许毛刺高度要求的情况下,推荐按表1.值测定冲模刃磨时机:当冲件毛 刺高度超过图中标出要求或表1.值时,应立即停产刃磨。

  及时对冲模进行刃磨,除能使刃口复而锋利,改善冲件质量外,还能避免因拖 延刃磨,已磨钝刃口遭受坚硬、过大过厚毛刺的剧烈摩擦,形成恶性循环的过量磨损,必需 以加倍的刃磨量才得以使刃口再度锋利,势必缩减冲模使用寿命的严重后果。正常情况下, 冲裁凸模和凹模每次的刃磨量为0.10~ 0.15mm或稍多一些。因为刃磨量除与刃口端面及侧面的实际磨损情况密切相关外,还与冲件料厚t、凹模洞口的形状结构及刃磨次序等因素有关,见表2。

  两次相邻刃磨之间,冲模能冲制合格冲件的总数即刃磨寿命。初次刃磨前冲 制 合格冲件数称初始刃磨寿命,用“冲次”表示。刃磨寿命是构成冲模使用(总)寿命的基础。 只有确保刃磨次数超过20次,平均刃磨寿命达到使用寿命5%左右,才可使冲模达到较合理使 用(总)寿命。表3,列出的刃磨寿命值可供参考。

  注:(1)表值适于软钢冲压件的冲模。用合 金工具钢制模取上限值;用高级优质碳素工具钢制模取下限制。

  (2)表值适于中等复杂程度、中小型冲件用冲模,其间隙合理而均匀,冲压中有合理 而有效的润滑。

  (3)单冲模中,拉伸、弯曲、凸肚、缩径、压筋等成形模的刃磨寿命比表值大10%~2 0%;而翻边、变薄拉伸、冲挤、压印模的刃磨寿命应按表值减10%~20%。

  (4)表列值适于普通全钢结构的各类冲模。表中列出的冲模分类方法较全面而科学的 概括了常用普通全钢冲模的类型与结构,也较适合目前国内冲模分类不统一、无国家标准以 及《冷冲模》国标缺项多、待补充修订的实际情况。

  在长期连续冲压过程中,冲模的主要工作零件,包括冲裁凸、凹模、侧刃、凸凹模 、废料切刀等刃口件和带不同模腔的成形凸、凹模,都会因自然磨损、意外损坏、偶发事故 等,使冲模无法正常运作,不能冲制出合格冲件而中断生产,必须对冲模进行适当修理。冲 模不可能像普通机床一样,进行定期的强制计划修理,只能进行以下方式的修理:

  在冲压过程中,冲模发生事故、故障或冲件毛刺大或其尺寸超差不合格,冲模必需停产修理 或刃磨,通称临时应急修理。

  在生产准备阶段对计划使用的库存冲模进行检测以及对用毕入库存放的冲模进行例行检测, 以确 保生产能正常顺利进行,保证入库存放模具处于完好状态。检测中发现冲模使用性能不佳、 技术状态不理想,甚至有刃口磨钝、开裂、崩刃、弹簧断裂、螺栓变形松脱……等隐患,都 可及时发现并通过计划修理或刃磨解决。

  以上两种冲模修理方式在现场是同时使用的。在通常情况下,只要坚持预检性修理和及时刃 磨,临时应急修理便会减少。反之,临时应急修理便会越来越多。

  冲模在整个使用寿命期间有一定的修理与刃磨次数并构成冲模的修理周期。 而冲模的修理费用,即完成其修理周期的总计修模费用,一般为制 模费180%~200%,见表4。

  注:(1)表列以新模造价为100作基数给定的每次修理与刃磨费 比率是经验值,供参考。

  由于不同类型冲压件所用冲模的结构类型各异,冲模尺寸大小及冲压精度、构成冲模 零 部件多少及结构繁简程度等差异很大,其修理和刃磨次数不可能完全相同,只能大体上有一 个波动不大的范围,见表5,而各种修理类别的划分,列入表6。修理工作量对划分修理类别 有重要作用,当同时进行中、小修或多个中、小修工作,也可比照工作量改为大修理类别。

  注:(1)对于多工位连续模,表列修理及刃磨次数均按工位计算并要考 虑各工位的工艺作业性质,结合单冲模相当类别及凸、凹用料,确定相应工位的修理、刃磨 次数。

  (2)表列修理及刃磨次数是推荐概略数。当冲模有修理价值时,可不受表值约束,继 续修理和刃磨;当无修理价值时,即便修理与刃磨次数远不及表值,也应立即停产报废。

  现场习惯上凭手感确定冲件毛刺大小并确定刃磨时机,误差过大。当然,刃口磨损程度及刃 口磨钝情况只能通过检测冲件毛刺高度及厚度、毛刺分布均匀程度、冲件尺寸与形位精度及 冲切面质量等,掌握刃口磨损情况、刃口变钝程度,确定刃磨时机。

  一般冲件的毛刺高度可用千分尺测量。为提高测量精度,每次要测最后连续冲制的三个以上 冲件,而且每件至少测3~5个点,取平均值。对于形状复杂及薄料小尺寸精密冲件,可用 工具显微镜、光学投影仪进行精密测量。

  经多次刃磨,凹模尺寸会发生变化。尤其多数>3~6mm料厚的中厚板以及更厚板料冲裁件所 用冲裁凹模,都从凸模由凹模洞口推卸工件或废料顺畅考虑,采用上小下大的锥形凹模洞口 ,防止工件或废料聚集并堵塞在凹模中。由于凹模刃口壁向外倾料,刃磨上表面后,其水平 尺寸必然产生一个增量。为了不致因多次刃磨使其尺寸增量过大,超过允许值,而使冲出冲 件 尺寸不合格。故在刃磨前应参照表7,给出的数值进行计算,并在刃磨后实测冲件尺寸,至 冲件尺寸合格为止。

  由于定位装置失准或挡料销磨损、旋动,使送料进距偏差加大。对于连续冲裁件,经常因 此而造成冲件内外圆同轴度误差偏大、分度切口不均布等毛病,故在修理试模时应予特别关 注。

  测量试模冲件应在压力机正常运转一段时间、冲制一定数量冲件后进行。对冲件的测量应首 先 观察其冲切面质量以确定其间隙的均匀性。而后检测毛刺高度及均匀程度,最后划线检测尺 寸及形位精度。

  注:(1)为便于推卸冲件或废料,冲裁凹模多采用锥形洞口, 单边锥度为0.5、1°及1.5°的结构形状使用较多,刃磨增量不大。

  准确测定新制与大修或中修后各类冲模的间隙是检验制模、修模质量的主要手段之一,也是 模具钳工和冲压调整工的基本功。

  用橡皮泥压痕及填充模腔是在没有实用而准确的间隙测量仪的情况下,较为经济、准确又十 分可靠的间隙测定法。用厚度均匀且大于两倍冲件料厚又不超过5mm的橡皮泥,靠手动轻轻 合 模并达到设计的闭模状态后再轻轻开模取出橡皮泥,观察并测量留在橡皮泥上的上下模压痕 ,即可获得准确间隙值。对于冲裁模,压痕时上模可控制在刚刚压入橡皮泥0.8~1.5mm位置;对于成形模多数应在合模状态压印 。但拉伸、翻边之类的模具,因还要同时检测凹模口部圆角半径大小及均匀度,故印压时凸 模进入凹模2~3倍冲件料厚为宜。

  安装与调校冲模必须特别细心。因为冲模尤其大中型冲模,不仅造价高昂,而且重量大微量 移动困难,人身的安全应始终放在首位。无限位装置的冲模,尤其又无导向机构的冲模在上 下模 之间应加一块垫木板。在压力机工作台清理干净后,将合模状态的待试模具置于压机台面合 适位置。已按工艺文件和冲模设计要求选定的压机滑块行程,在模具搬上台面前已调至下死 点位置并调至大于模具闭合高度10~15mm的位置,靠调节滑块连杆,移动模具,确保模柄对 准 模柄孔并达到合适的装模高度。一般冲裁模先固定下模(不拧紧)后再固定上模(拧紧),压板 T型螺栓均宜使用合适扭矩扳手拧紧(下模),确保相同螺拴具有一致而理想的预加夹紧力。 可以有效防止手动拧紧螺纹出现的因体力、性别、手感误差造成的预紧力过大或过小、相同 螺纹预紧力不等,从而引起冲压过程中上下模错移、间隙改变、啃剥刃口等故障发生。试模 前对模具进行全面润滑并以正常生产用料,在空行程启动冲模3~5次确认模具运作正常后 再试冲。调整和控制凸模进入凹模深度、检查并验证冲模导向、送料、推卸、侧压与弹压等 机构与装置的性能及运作灵活性,而后进行适当调节,使之达到最佳技术状态。对大中小型 冲模分别试冲3、5、10件进行停产初检,合格后再试冲10、15、30件进行复检。经划线检测 、冲切面与毛刺检验、一切尺寸与形位精度均符合兰图要求,才能交付生产。

  对于冲模的标准零部件应集中预制并留有一定的储备量,以便在制造与修理冲模过程中随时 选用。尤其主要工作零件,包括:各种规格的圆凸模、侧刃、废料切刀等,以及各种规格的 模板、模柄、模架、侧压装置、始用挡料装置……,都应按全系列规格储备3~5套 或更多一些,常用尺寸规格,更应多储备。

  在正常情况下,冲模的主要失效形式是过量磨损。从新冲模交付使用至其冲制出的 冲件毛刺高度超标,冲件尺寸与形位精度超差,而冲模又不能再修复或根本无修复价值,则 冲模就失效而只能报废。从新模具投入使用到失效报废,一般要经过2次大修、3次中修、6 ~18次小修、20~35次刃磨,其间总计冲制合格冲件的总数即冲模的使用(总)寿命,以“冲 次”表示。

  为全面掌握冲模的设计、制造质量,强化技术管理,记录冲模交付使用、修理刃磨、具体寿 命数据等全过程情况,在新模具交付使用的同时,都建立起冲模技术档案。其中主要有:

  冲模的非自然磨损失效多数可通过修理而使其完好如初,重新投入使用。最常见的情况是: 细长凸模折断、冲裁刃口崩裂或啃剥、凹模板断裂、凸模镦粗缩短……等。当冲模损坏严重,凸、凹模同时损坏,一次性修复费用超过冲模原造价的80%,修复的意义不大,宁肯报废。 当修模费用过大,从技术难度和周期过长考虑,远不如重新制造。但对大型和结构复杂的多 工位连续模则应仔细合计,不宜提前失效报废。表8所列使用(总)寿命,供参考。

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