防止凹模高速冲裁过程废料回带的方法.doc

防止凹模高速冲裁过程废料回带的方法蒋传刚（汕头市电器控制设备厂有限公司， 广东汕头 515041）摘要：本文针对废料回带产生的原因及其危害，介绍了用电火花强化改变凹模结构来防止废料回带的方法。关键词：电火花强化；凹模结构；废料回带 To Block Up Run of Scraps While Die Quick CuttingJIANG Chuan-gang（Shantou Electronic Control Equipment Co., Ltd, Shantou 515041, China）Abstract：This article aims at the reason and harm which is caused by up run of scraps. It presents a method how to make use of electrospark hardening and change the structure of die to prevent up run of scraps.Key words：electrospark hardening；die structure；up run of scraps 1引言电火花强化是一个成熟的工艺，它是利用脉冲电流在火花放电时输出的瞬时能量，将电极熔渗在被强化体的表面上，形成一层厚度不大的高硬度、高耐磨、比较粗糙的强化层，如图1所示。因为电火花强化只发生在被强化体表面很小的范围内，热影响区域小，所以，只要措施得当，对基体物理性能不会有改变。此工艺还有操作简单成本低、效果明显、可反复多次实施等优点。图 1强化前后对比图磨削的金属表面(右)与电火花强化层(左)废料回带是普遍存在于冲裁过程中的一种有害现象。虽说有些含知识产权的进口模具不会发生废料回带，但因它在使用中的局限性和高出国产模具数倍的价格，使我们希望能找出简单可行的方法来解决问题而不继续选择购买。为此，我们试验用电火花强化来改变凹模结构，解决了高速冲裁过程中废料回带的难题，同时也使凹模的耐用程度有所提高，满足了生产的需要。2废料回带现象、产生原因与部分对策分析冲裁分离后，随凸模回程而从凹模模腔内带出废料或工件的现象，称之为“回带”。因在高速冲裁中回带出来的多数为废料，所以，也称此现象为“废料回带”。回带后的废料往往夹在凹模和板材中间，使后续的工步失常而导致工件报废、模具损坏。在高速冲裁中，特别是在FMS无人看管的自动冲裁中，其危害更大。目前，数控转塔冲床不具备能自动探测出已经发生了的废料回带故障而报警、自动停机。在有人看管的高速冲裁过程中，往往用十几、数十分钟时间待一张板材冲裁结束后才被操作者发现，在若干分钟以前发生的废料回带，早已使工件损伤、报废，或使某工位的模具损坏而早已不能正常工作。所造成的停机故障、人力物力的浪费是可想而知的。产生废料回带的原因很多，其主要原因有以下几点：（1）大间隙双边间隙设为普通薄钢板板材厚度20%的合理大间隙模具，很容易造成回带。（2）凸模磨损随凸模磨损的加剧，也就增加了回带的可能性。（3）板材表面有油脂。有时冲裁前板材表面需要涂油，有些冷轧板出厂时就带有油，都易造成废料真空回带。（4）模具刃口锋利锋利的刃口，使废料轮廓尺寸小于凹模模腔，废料回带的阻力减少。上述的合理大间隙、刃口锋利、板材表面有油等因素虽说能诱发废料回带，但它们又都有延长模具寿命、减小冲裁变形而使冲裁力减少，防止模具粘连的作用，是减少毛刺、保持工件平直等质量保证的最有效措施。因此，我们不提倡采取有些文献介绍的用5%左右的小间隙、擦去板材表面油脂和不加油、将刃口弄钝等措施。况且这些措施除严重影响模具寿命外，也往往不能百分之百地防止回带，因此不推荐使用。3凹模的电火花强化在凹模刃口表面以下23毫米开始的凹模模腔壁上，和刃口平面上刃带向外2毫米以上区域，用电火花强化机对其进行强化后，分别产生模腔强化层组和刃口平面强化层。当带有直径约23毫米YG8硬质合金棒的电极接触凹模时，产生瞬时火花放电，高温电弧使部分电极上的硬质合金熔化并冷凝覆盖在凹模上。随着反复、均匀地移动电极，逐渐形成白色均匀的强化表面层，其突起厚度为0.020.03毫米，表面略显粗糙（厚度和粗糙程度都与波段选择的档位有关，但厚度如果要超过0.03毫米就比较困难）。它没有纹理，不象线切割形成的纹理与冲压方向同向，因此摩擦系数较强化前增加。凹模强化层的分布如图2所示。图 2 强化后的凹模示意图1.模腔强化层 2.刃口平面强化层强化层是硬质合金电极和凹模间断放电而形成的，每次放电都会使凹模壁上形成一个微小的凹坑，反复多次后，会使这些小凹坑相互重叠而融合、增厚，这些凹坑能存储少量润滑油，这些油对冲裁比较有利。因强化层富含碳化钨、钴等合金元素，加上强化时会在基体中渗入一些空气中的氮元素，使强化层的显微硬度值高于HV1000以上（相当于HRC69以上）。这些都改变了凹模的耐磨性、抗腐蚀性。4凹模的电火花强化技术要点（1）除去凹模上的油污在强化过程中，带油的凹模不利于观察，同时会因油污遇热后产生烟雾，也会影响强化层的附着效果。因此，首先要用布擦净凹模上的油污。据有的文献介绍要用汽油或丙酮彻底清洗，我们将两种方法在同一凹模上进行过对比寿命试验，发现其强化层的附着力和耐用度等均没有任何差异。因此，油污用布擦净即可。（2）凹模与强化机负极的连接要牢固用强化机上带的永久磁铁将凹模磁吸在强化机负极引线上的方法，很容易因强化时电极的震动而使凹模与负极之间接触不良，从而产生电弧，导致凹模的工作面（或外圆或底面）损坏。我们设计了如图3所示的工艺方法，消除了连接不良导致的电弧损伤。图 3 工艺方法示意图1.电极 2.凹模 3.夹 4.负极 5.强化层（3）防止电极因短路而损坏刃口强化时会产生震动。有时操作者因握不稳强化机的手柄，使电极走偏而伤到临近的刃口。特别是凹模上有窄槽模腔时，易造成A点与电极短路。（见图3）。我们的对策是在电极和A点之间放置人造云母片使之绝缘。人造云母片有易改变形状、耐高温和较高的硬度耐磨性，很适合在此使用，使刃口得到保护。（4）凹模刃口平面强化时的保护不要用电极直接对准刃口，这样将使刃口放电变钝。我们推荐的方法是：如图4所示，将电极倾斜一定的角度即75度。强化时电极在刃口附近如停留时间过长，将有可能使刃口局部升温过大而造成回火，因此改变凹模的强韧性。 图 4 电极倾斜示意图1.凹模 2.盖板 3.电极凹模刃口处的强化须在凹模刃磨后进行。刃磨时不要将模腔内的废料打出。由于金属废料的导热性能好，在电火花强化过程中，会传导带走刃口处的一部分热量，使其因过热而回火的可能性减少。刃口的整个强化过程都在距离刃带约25毫米的范围内进行。不要选用强化机的粗加工档，以减小电火花强化强度有利控制凹模过热。我们还推荐使用图4的方法，用薄板将刃口平面部分盖住并压紧在刃口平面上，使电极无法与刃口放电而避免受到电弧的损害。（5）其他参数用电极在被强化部位循环划小圆，不要停留。强化的速度可定为每分钟1平方厘米。用于刃口平面的强化，推荐使用强化机中档精档；用于模腔内防废料回带，推荐使用中档。5凹模强化后的防回带效果凹模经过上述方法的电火花强化后，其结构已经发生了改变。除刃口周围约25毫米处的强化层将提高凹模的耐磨寿命外，此种凹模的模腔内增加的突起强化层的特点就是能防止废料回带，现分析如下：冲裁中随着凸模的下行，板材在凸、凹模刃口共同作用下发生剪切分离，此时凸模刃口平面的位置一般在距离凹模刃口平面约0.5倍板材厚度的地方，如图5所示。随着凸模的继续下行，剪切分离后所产生的废料，被挤进尺寸小于刃口尺寸约0.05毫米的有电火花强化层的区域，形成对废料的挤压使它再次发生弹塑性应变。同时因较粗糙的电火花强化层有较大的摩擦系数(见图1)，增加摩擦力的效果很明显。这一切都增加了废料移动所需要的外力，使凸模从最低点的回程中，无法将卡紧在凹模模腔内的废料从凹模模腔内带出。这一挤进模腔强化层区域的废料，将被下冲次循环所产生的废料向下顶出凹模模腔。图 5 工作状态示意图 1.凸模 2.废料 3.凹模总之，我们用电火花强化改变凹模的结构，已使冲裁过程中的废料回带现象不再发生，同时又保持了合理大间隙、刃口锋利、板材表面加油等有益模具寿命的措施。几年的实践也是这项技术不断完善、发展的过程。虽然本技术已在生产过程中发挥了较好的作用，但它的局限性也很明显，如遇窄槽形的和小于直径6毫米的凹模模腔