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转发自：锻压技术

作者：王志伟, 周益军

(扬州市职业大学机械工程学院, 江苏扬州 225009)

, 退料板与板料接触; 工序 2, 冲头接触板料, 板料开始发生变形; 工序 3, 材料在应力点开始断裂; 工序 4, 废料从板料中开始断裂出来; 工序 5, 冲头冲压到底; 工序 6, 冲头回缩, 废料自由下落回收, 冲压工序完成。

3 数控转塔冲床模具选用

模具分类方法不同, 选用原则也不一样, 本文

(a) 短导向型模具 (b) 长导向型模具

1． 压料套 2． 上模 3、 16． 套 4． 导向键 5． 模套 6． 打击头

7． 连接螺钉 8． 碟簧 9． 固定钩 10． 下模 11． 导向键

12． 压料套 13． 上模芯 14． 打击头 15． 退料簧 17． 下模

Fig． 2 Die structures of NC turret punch press

(a) Short-guiding die (b) Long-guiding die

重点阐述标准模具和成形模具的选用原则。

3． 1 标准模具的选用

(1) 尽量使模具刃口直径 D > 2t (t 为板厚), 且直径一般要大于等于 Φ3 mm, 否则很容易折断。如果必须选用直径 D < Φ3 mm, 建议选用进口高速

钢作为原料制造模具。

(2) 在进行较厚板料加工时, 若模具尺寸与工位极限尺寸较为接近, 为确保足够的退料力, 应选择大一级的工位。

(3) 厚板料的加工, 模具刃口不能有尖角存在, 需用圆角过渡, 否则很容易出现磨损或塌角。

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(a) 工序 1 (b) 工序 2 (c) 工序 3 (d) 工序 4

(e) 工序 5 (f) 工序 6

1． 冲头 2． 退料板 3． 板料 4． 下模

Fig． 3 Stamping process of NC turret punch press die

(a) Step 1 (b) Step 2 (c) Step 3 (d) Step 4

(e) Step 5 (f) Step 6

一般情况下, 取圆角半径 R >0． 25t。

(4) 加工不锈钢等含 Cr 比较高或热轧板料时, 推荐选用国产 LD 模具钢或进口高速工具钢制造模具, 否则由于板料的固有特性很难加工成形, 同时, 模具比较容易出现磨损、 带料和拉毛等问题。

3． 2 成形模具的选用

(1) 由于不同数控冲床滑块打击距离不同, 成形模具的闭合高度必须调整, 将打击头设计为可调形式, 不仅满足模具高度变化的需要, 同时, 使加工成形更加充分。 

但打击头可调精度要细, 每次调节最好控制在 0． 1 mm 范围之内, 这样对模具或冲

床的破坏可以降到最低。

(2) 成形深度尽可能浅, 一般会控制在 8 mm 以内, 否则卸料时间会很长。 

此外, 成形加工速度要采用低速方式, 并有适当的延时。

(3) 成形模具的整体高度一般远高于标准模具, 以至于离成形模具工位比较近的工位很难操作, 甚至不能使用, 最好将需要成形模具的工序放到最后进行, 加工成形之后直接拆除即可。

(4) 需要拉深成形的模具, 应选用轻型弹簧组件, 避免板料加工时易出现撕裂、 变形不均匀或卸料困难等问题。 

成形模具调整方法如图 4 所示, 具体为: 成形模具安装, 锁紧螺钉旋松, 可调试打击头上下旋动调整, 锁紧螺钉旋紧, 先空冲, 无异常再试冲, 如果模具高度不够, 锁紧螺钉旋松, 继续调整, 直至所要求高度。

4 数控转塔冲床模具常见问题

4． 1 模具带料

模具带料 (也称模具粘料) 是指正常加工条件下, 上模芯与板料无法顺利脱开或完全无法脱开的现象。 出现这种情况的主要原因有: (1) 模具刃口圆角过大; (2) 模具入模量偏小; (3) 送料速度过快, 弹簧响应不够或不灵敏; (4) 模具导套与模芯滑动阻力大; (5) 所需退料力大于弹簧力; (6) 模具弹簧疲劳失效或断裂; (7) 模具的间隙以及精度等因素。

防止模具带料的主要措施有: (1) 及时刃磨钝化的模具刃口; (2) 入模量应控制在 1 ~ 2 mm 之间; (3) 改善润滑条件; (4) 可以加装退料器; (5) 选用防带料凹模; (6) 增加模具间隙; (7) 提

高模具制造精度和冲床模位对中精度。

4． 2 废料反弹

废料反弹是指冲压加工的废料 (也称垫渣) 未从凹模孔口处脱落, 而反弹到凹模表面或板料表面的现象。 导致废料反弹的主要原因有: (1) 模具间隙偏小; (2) 模具刃口钝化; (3) 入模量不合理; (4) 板料表面状态差; (5) 模具润滑不到位; (6) 切冲顺序、 方向及尺寸等因素。

防止废料反弹的措施有: (1) 选择合适的下模间隙; (2) 刃磨刃口, 刃磨后必须用退磁器进行消磁处理; (3) 入模量应控制在 1 ~ 2 mm 之间; (4) 清除上模和板料上的油污; (5) 控制下模刃口深度; (6) 对正上下模或上下模位。

4． 3 模具磨损

模具磨损是模具长时间使用过程中难以避免的问题, 对模具使用寿命影响最大。 引起模具磨损的主要原因有: (1) 模具间隙偏小, 推荐为板厚的 20% ~25% 左右; (2) 上下模座不对中; (3) 已磨损的模具导向组件及转塔的镶套未及时更换; (4) 冲头温度过热; (5) 不合理的刃磨方法造成的模具磨损; (6) 步冲或冲角时, 侧向力形成局部单边冲切, 因一边间隙过小, 模具磨损严重甚至会导致模具损坏[5]。

防止模具磨损的措施有: (1) 增加模具间隙; ) 工位调整, 上下模对中, 转塔水平调整; (3) 保证冲头和下模润滑充分; (4) 在同一个程序中使用多套同样规格尺寸的模具; (5) 采用软磨料砂轮, 并要经常清理砂轮; (6) 采用较小的吃刀量;

(7) 步冲加工时, 增大步距量或采用桥式步冲。

4． 4 冲压噪声

模具在正常工作时, 会不可避免地产生冲压噪声, 且噪声最高值可达到 120 dB 左右, 对照国家规定的 85 dB 噪声标准是不符合要求的。 操作人员及周围环境都会受到影响, 造成噪声污染。

 因此, 有必要采取合理措施来降低冲压噪声, 主要注意事项有以下几点: (1) 改变模具刃口的形状 (例如斜刃), 减小刃口与工件接触面; (2) 合理的凹凸模刃口配合间隙; (3) 模具刃口必须垂直于安装面; (4) 良好的润滑, 保证模具动作顺畅; (5) 注重模具维护保养, 定期磨刃; (6) 冲床加装隔音装置、 海绵板或隔音罩等; (7) 模具安装座可垫装铝板。

4． 5 模具对中性

冲床模位的对中性差, 会引起模具的快速磨损和刃口钝化, 直接影响工件的加工质量。

 导致其出现的主要原因有: (1) 冲床水平度调整不到位; (2) 冲床转塔的设计精度或加工精度不够; (3) 模具间隙选择不合理; (4) 上下转盘模具安装座装配对中性不好; (5) 模具安装座或模具导套磨损严重; (6) 模具设计或制造精度未满足要求; (7) 转盘上的模孔或导向键出现损伤。防止模具对中性问题的主要措施有: (1) 检查冲床的水平度情况, 要求不符时重新调整; (2) 检查转塔与安装座对中性情况, 必要时调整; (3) 及时更换模具导套, 合理选择模具间隙; (4) 检查转盘上的模孔和导向键, 出现损伤及时修复; (5) 使用专用芯棒校准模具工位。

5 模具使用和维护方法

为了提高冲床模具的使用寿命和工件的加工质量, 减少或避免模具工作时出现问题, 除了合理的模具设计结构、 精密的模具制造工艺、 理想的热处理效果、 高的装配安装精度外, 模具的正确使用、及时的更新与维护同样重要, 同时也是降低设备生产成本的关键手段[6]。

5． 1 模具刃磨

模具刃磨是指通过磨削方式来恢复模具锋利的刃口。 掌握好刃磨时间、 采用正确的刃磨方法对保证成形质量的一致性很重要。 

研究表明, 合理的刃磨方法配合经常微量刃磨, 除了能提高工件加工良好性外, 还能延长模具 1 倍以上的使用寿命。

 模具刃磨量 = (冲头刃口长度 - 退料板厚度材料厚度 入模深度), 如图 5 所示。

Fig． 5 Calculation(图5 ) of quantityfordiee(模具刃磨量计算) dge sharpening

模具是否需要刃磨主要取决于刃口的锋利程度, 刃磨条件为: (1) 工件有较大的毛刺或冲压出现严重异响, 需检查模具刃口是否已钝化; (2) 检查冲头与工模, 如果刃口圆角半径达到约 0． 01 mm 时, 需要刃磨; (3) 冲裁次数累计达到一定标准, 比如每 10 万次, 模具需刃磨一次。

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模具刃磨的正确方法为: (1) 刃磨时, 每次的磨削量 (吃刀量) 控制在 0． 013 mm 以内, 且最大磨削量一般为 0． 1 ~ 0． 3 mm, 磨至锋利为止; (2) 磨削时要有足够的冷却液, 防止模具过热发生退火或开裂; (3) 刃磨时最好采用专用夹具分别固定冲头与下模; (4) 砂轮建议选用疏松、 粗粒、 软材质砂轮; (5) 砂轮进刀量一般取向下进给量为 0． 03 ~ 0． 08 mm, 横向进给量为 0． 15 ~ 0． 25 mm, 纵向进给量为 2． 5 ~3． 8 m·min -1; (6) 刃磨完成后需清理干净、 退磁、 上油; (7) 下模刃磨后要填加垫片。 

模具刃口磨损程度与冲孔次数关系如图 6 所示。

Fig． 6 Relationbet(图6 ) weenweardegreeofcuttingedgeandp(刃口磨损程度与冲孔次数的关系) iercing number

5． 2 模具间隙

凸模与凹模之间的尺寸差, 即为模具间隙。 对于冲孔来说, 模具间隙 (凹模孔径 - 凸模孔径) 是影响加工的最重要因素之一[7]。 

合理的模具间隙可以有效延长模具寿命, 具有良好的卸料效果, 减小毛刺和翻边, 减少刃磨次数。

 相反, 间隙过小会使冲压力上升, 冲头和下模磨损加快, 模具寿命缩短; 间隙过大则会导致毛刺过大, 切口形状不规则, 冲孔质量变差。 

此外, 不合理的模具间隙还会引起冲头刃口的粘黏带料等问题。

 影响模具间隙值大小的主要因素为加工材料的性质和厚度, 材料越硬越厚, 间隙也应越大。 

依据市场数控冲床模具间隙统计及生产经验, 模具间隙推荐值如表 1 所示。

表 1 模具间隙推荐值 (mm)

Table 1 Recommended values for die clearance (mm)

板厚 低碳钢 铝 不锈钢

0． 8 ~1． 6 0． 15 ~0． 3 0． 15 ~0． 3 0． 2 ~0． 35

1． 6 ~2． 3 0． 3 ~0． 4 0． 3 ~0． 4 0． 4 ~0． 5

2． 3 ~3． 2 0． 4 ~0． 6 0． 4 ~0． 5 0． 5 ~0． 7

3． 2 ~4． 5 0． 6 ~0． 9 0． 5 ~0． 7 0． 7 ~1． 2

4． 5 ~6． 0 0． 9 ~1． 2 0． 7 ~0． 9

5． 3 模具润滑

为确保模具工作时的动作可靠、 运动顺畅, 必须对模具有关部位 (卸料套、 注油口、 模芯、 凹模等) 实施定期润滑保护。 润滑油的选择、 注油量及注油次数, 需要根据加工材料的情况来定。 一般对于无锈无垢的材料 (例如冷轧板、 不锈钢板) 多选轻机油。 

对于有锈有垢的材料, 加工时的铁锈细粉会被吸入到冲头与导套之间, 形成污垢, 导致凸模滑动受阻, 如果此时给模具注油, 由于润滑油的吸附作用, 污垢更多。 

所以, 对于这种加工材料, 不会直接注油, 相反需把油清理干净, 拆解模具, 去除铁锈污垢后, 用汽油清洗, 再组装使用, 这样模具的润滑效果反而更好。

5． 4 模具清洁

模具清洁的主要目的是要清除模具内外的灰尘、污垢及杂物, 同时, 检查模具组成零件是否存在磨损、 变形或损伤情况。 

模具何时清洁取决于现场环境和模具工作状态。 通常模具清洁包括日常模具清洁和定期模具清洁。

(1) 日常模具清洁: ①清洁模具表面的灰尘, 用干净的抹布或无尘布擦拭模具表面, 手触验证灰尘清扫是否合格; ②清洁模芯模套, 用干燥抹布擦净模芯模套残留的积油, 擦净后涂上少许润滑油; ③清洁模具冲孔部位, 用橡胶锤子和毛刷清除孔内废料以及粘连在冲头、 退料板等上的残屑废料; ④ 表面镀层模具的清洁, 用无尘布擦净模具的拉深表面, 手触确认表面光洁程度, 加工生产时, 对第 1 张冲压材料需清理干净, 在生产完成后, 为模具涂上少量润滑油。

(2) 定期模具清洁: ① 每隔一定时间段, 将模具全部拆解, 对模具各部件内外表面进行彻底清洁, 并对照标准检查是否符合要求, 同时, 检查零件磨损、 变形或损伤情况, 是否需要修复或更换; ②模具检修之后, 模具表面需清理干净; ③模具装配前, 将安装配合面再次清擦干净, 保证模具能够顺利安装而不划伤模具表面; ④模具装好后, 对冲头刃口及下模表面清擦, 保证零件冲压质量; ⑤需要注意的问题是, 模具部件安装不能出错, 否则可能导致模具严重损坏。

5． 5 模具检修

由于数控冲床动作剧烈, 持续作用时间短, 使得模具工作时瞬间承受很大的冲击力、 剪切力以及摩擦力。 为了确保模具有一个良好的工作状态, 避免出现不可恢复的损坏, 必须不断地对模具进行维护和检修, 及时更新更换零部件。 冲床模具的检修包括模具现场检修和模具定期检修。

(1) 现场检修是指数控冲床生产期间, 修复模具意外出现的轻微磨损、 轻微损伤、 影响到加工件质量的小故障, 或更换一些易损零件、 简单的维修调试等作业过程。

(2) 定期检修是指当模具达到所规定的冲压批次时, 需要开展全面检查和维修的作业过程。 主要目的是消除安全隐患, 保证生产质量。 主要检修项目包括周期性刃磨、 调整模具间隙、 更换损坏零部件、 更换无法修复的易损件和标准件。

5． 6 模具存放

在企业实际生产过程中, 模具并非常年使用直至报废, 而是按照生产量的大小, 周期性的使用存放模具, 为了维持模具能在使用寿命内的正常功能以及确保生产过程的持续性, 模具必须存放得当, 随调随用。

正确存放方法: (1) 模具存放要有专用场地, 通风良好, 防止潮湿, 定置定位, 做好记录; (2) 存放前做好防腐防锈处理; (3) 模具长时间使用后会有应力存在, 应做好去应力措施; (4) 模具要整体存放, 不可拆解存放; (5) 模具要轻拿轻放, 避免磕碰掉落造成模具变形或损伤; (6) 入库新模具, 检验合格才能存放; (7) 最好平放模具, 较大模具放在底层; (8) 存放前擦拭模具, 并注入少许润滑油, 用纸封好, 避免灰尘或杂物落入, 导致模具表面腐蚀划伤; (9) 模具要分类存放保管, 不可混放; (10) 经维修的模具应检验合格试冲后才能入库保存。

5． 7 其他事项

模具使用和维护需要注意的其他事项: (1) 模具安装前应全面严格检查, 清除灰尘杂物, 保证润滑良好; (2) 定期检查冲床转柱和模具安装座, 保证上下转盘同轴度在规定精度内; (3) 依据装配程序将模具安装在转塔上, 注意安装方向, 特别是有方向要求的模具 (例如正方形或其他异型孔) 一定要避免装反; (4) 模具安装要用软金属 (铝铜) 或橡胶制成的工具, 防止敲打时损坏模具; (5) 安装完毕, 务必检查安装底座的紧固螺钉是否锁紧, 避免发生安全事故; (6) 根据刃磨条件, 及时刃磨, 否则造成模具加速磨损, 影响冲压质量和使用寿命; (7) 模具的运送要十分小心, 不能发生乱扔乱放的情况, 否则模具的刃口和导向很容易遭到破坏; (8) 批量生产所用模具, 必须备份, 以便轮换生产, 确保生产量; (9) 定期检查模具弹簧使用功能, 及时更换因疲劳损伤等原因引起功能失效的弹簧。 6 结语

数控转塔冲床以其加工速度快、 成形精度高以及产品多样等特点被广泛应用于钣金冲压加工领域。对数控转塔冲床模具实施正确的使用和维护方法, 不仅可以发挥模具最佳工作性能, 延长模具使用寿命, 对提高冲压产品质量, 降低生产成本, 防止生产事故发生同样具有重要意义。 本文重点分析了模具使用过程中存在的问题, 并提出对应解决措施, 同时, 从多个角度对数控转塔冲床模具的使用和维护提出了建设性的意见, 希望对生产企业和用户起到借鉴性的作用。

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