厚钢板冲裁模的研制与装配调试.doc

厚钢板冲裁模的研制与装配调试刘小鹏 郑新建（湖北工业大学，武汉430068；）摘要 基于汽车工业中钢板冲裁的发展，本文详述了厚钢板冲裁模的设计特点和制造工艺性，并结合实践介绍了厚钢板冲裁模的凸模与凹模之间的间隙量的选择以及模具强度分析。此外，本文还详述了厚钢板冲裁模的装配、调试步骤与故障处理，介绍了厚钢板冲裁模在生产过程的初期可能会发生的故障及其处理方法。关键词 冲模设计，钢板冲裁，设计与制造，装配与调试中图分类号 文献标识码： 文章编号：51 引言汽车工业的发展对汽车零部件的质量要求越来越高，因此对钢板冲裁也提出了新的课题，其中以厚钢板冲裁模的设计与制造问题尤为突出1。中国厚钢板冲裁模的研制起步较晚，东风汽车公司冲模厂的大冲模也只能冲切厚度为8mm的钢板，而汽车牵引座的冲裁零件最厚可达16mm。故厚钢板冲裁模的设计、制造、调试和安装有着十分重要的现实意义2。2 厚钢板冲裁模的设计特点2.1 冲裁间隙的选择冲裁间隙（blanking clearance）是指冲裁模(blanking die)的凸模（core plate）和凹模（cavity plate）刃口(cutting edge)之间的尺寸之差。其双边间隙用Z表示，如图1所示。图1 冲裁间隙冲裁间隙的选择，是一个至关重要的技术问题。一般地，薄钢板板厚0.5mm，厚钢板板厚4mm。对于钢板冲裁，确定其冲裁间隙时，考虑的因素较多。而相关设计资料所能提供的数据，都是只能给定某个范围。例如：一般取冲裁钢板厚度的6%10%。但究竟是取其上限值还是下限值，对于薄钢板冲裁是无关紧要的，但是对于厚板，如板厚=14mm的钢板，其上、下限值将相差0.56mm，这个数字不容忽视。基于应用实践，在设计厚钢板冲裁模时，对冲裁间隙的选择，本文主要考虑了下列因素：1）以板厚=10mm为临界值，当10mm时，其冲裁间隙可取为相关设计资料中所提供数据的下限值；当10mm时，则取为其数据给定范围的平均值。实践证明：按此原则取定间隙量，将使得模具既易于制造又具有较高的寿命。2）根据冲裁钢板的硬度取定冲裁间隙。对于材质较软的钢板，其冲裁间隙可取为资料数据的下限值，而对于材质较硬的钢板，则取为资料数据给定范围的平均值。3）根据冲裁模的剪切速度取定冲裁间隙。在油压机上使用的模具，剪切速度慢，冲裁间隙可取为资料数据的下限值；在机械冲床上使用的模具，剪切速度快，冲裁间隙可取为资料数据给定范围的平均值。这一因素往往被忽视，而实际上非常重要。在试模时发现，若一次剪切成功（即剪切速度较快），则剪口平整，无飞边毛刺。如果是二次剪切（即一次剪切不能到位，剪切速度较慢），则切口很不整齐，有积屑重叠现象。综上所述，厚钢板冲裁模的冲裁间隙，原则上应选取工件厚度的6%8%（单边），生产中还需考虑上述因素加以修正，建议在设计厚钢板冲裁模时，按表1选取。表1 厚板冲模间隙的选取钢板厚（mm） 6 8 10 12 15 间隙（mm） 0.36 0.50 0.60 0.70 0.802.2厚钢板冲裁模的强度分析厚钢板冲裁模的一般结构如图2所示。图2 厚板料冲孔模1下模板 2-固定板 3-压料板 4-托板 5-弹簧 6-上模板 7-卸料螺钉 8-模柄托板 9-螺钉10-销钉 11、12-浮动模柄 13-凸模14-扇形块 15-固定板 16-垫板17-扇形块固定板 18-导柱 19-导套20-凸模活动套 21-凹模块模具的强度，主要是指产品形状的结构强度和冲裁（成形）时凸模、凹模或模腔的机械强度。2.2.1 基于产品零件结构强度的考虑产品形状及尺寸要求是由产品的功能确定的，一般无法改变。但由于模具设计的需要，对产品上那些尖角、深沟、小孔等结构上易产生应力集中的部位，必须进行修改。在产品形状及尺寸要求允许的范围内，对各种夹角、窄边、急弯进行改进，可以提高凸模和凹模的强度。2.2.2 基于模具结构强度的考虑在材质与料厚一定的前提下，冲裁的周边越长，冲裁力越大。因此，为减小冲裁力，在设计上应尽量减少冲裁长度，而保证模具有足够的强度。例如：某次试模，采用周边冲裁，则冲裁力达到11.8MPa。从设计上改为二边（对边）冲裁后，则冲裁力下降到6.9MPa，仅为原来的60%，减少了冲裁力，提高了模具的结构强度。2.2.3基于排料槽选择的考虑为使模具结构简单，降低制造成本，对于厚钢板冲裁模，一般采用结构简单，工作可靠的下排料方式。这种排料方式的排料槽开在下模座，所以排料槽的尺寸和置都会影响模具的强度。排料槽的宽度应比冲件成品稍宽34mm，排料槽的深度应为冲件成品厚度的34倍。当采用复合冲模时，为保证冲模强度，排料槽不宜太宽，宜可在槽的中间留一段加强筋。2.3压紧弹簧的选择为保证厚钢板冲裁模的冲裁质量，在设计卸料板时，必须考虑两点，即压边量和压紧弹簧力。2.3.1压边量 压边量的大小由工件的厚度决定，一般取压边量a=（11.5）。若压边量太小，冲头会损坏且出现材料变形，而压边量太大，则浪费材料。2.3.2压紧弹簧力 弹簧的布置，多采用对称布置。当要求压紧力较大，需要弹簧数量较多时，则可采用弹簧箱的结构，使其合力作用在卸料板上，以增加压紧力。为使弹簧位置稳定，应在弹簧安装板上设计出沉孔，沉孔直径比弹簧外径大45mm，深度为板厚的一半或三分之一。3 厚钢板冲裁模的制造工艺性分析厚钢板冲裁模的主要特征之一，就是凸模和凹模的尺寸大，形状较复杂。目前主要采用以下几种方案来提高模具制造的工艺性。3.1拼合式镶块结构在厚钢板冲裁模的结构设计中，可以采用拼合式的镶块结构。这种结构的特点是可以采用化繁为简，化大为小。若做成整体，则凸模和凹模的加工都很困难，尺寸精度，表面粗糙度均不易保证，特别是对于这种大尺寸的模具，从修复角度考虑，如果凸模或凹模刃口稍有损坏，则整体式结构必须全部更换，成本太高。采用拼合式镶块结构，不仅可以提高模具制造的工艺性，还可以只更换有缺损的镶块，从而节约修理费用，这就是所谓“好钢要用在刀刃上”。目前，德国、日本、美国等先进的工业国家，对于重达56吨以上的大型模具，均采用此种拼合式的结构。3.2 增加工艺基面，保证装配质量对于非规则形状的凸、凹模，为保证冲裁间隙均匀，在设计中必须考虑增加工艺基准，以保证装配质量。若设计中忽略了这一点，则在编制制造工艺时，也必须考虑增加工艺基面，在装配时根据此工艺基面找正，才能保证凸模与凹模之间的间隙均匀。冲裁间隙的大小和均匀性控制，是厚钢板冲裁模制造中的关键技术问题，为保证冲裁间隙的控制，现在多采用固定模具的模板（die plate）和采用调整垫片的结构，在装配时，可以通过配磨四面的调整垫达到调整冲裁间隙的目的。3.3采用连续冲模结构对于厚钢板冲裁模的设计方案，原则上应化繁为简。设计中曾经遇到过某种零件，既可以设计成复合冲模也可以设计成连续冲模。但是，根据试模和使用的情况，设计成复合冲模不太合适。首先是制造困难，特别是中间的一块凸凹模(concave-convex mould)，既有外形的凸模(core plate)，也有内孔的凹模(cavity plate)，制造成本很高。如图3所示。其次，使用时内孔排料困难，经常产生堵塞，最严重时，可能把凸凹模(concave-convex mould)涨破。第三，由于必须采取上卸料方式，而弹簧和卸料板却置于底座，操作起来很不方便。所以将该模具改为先冲孔，后落料的连续冲模（Dies-progressie）（progressive die），使之既便于制造又便于操作，结构也变得简单，提高了模具的制造工艺性。如图4所示。1- 顶料杆 2-落料凹模 3-凸模固定板4-推件块 5-冲孔凸模 6-卸料板7-凸凹模 8-推件杆 9-模柄图3 正装式复合模的一般结构1-挡料杆 2-凹模 3-凸模 4-凹模 5-导正销 6-凸模 7-凸模 8-凹模 9-始用挡料销 10-螺钉 11-弹簧片12-侧压块图4 冲孔落料级进模4 厚钢板冲裁模的装配模具零件制造合格后，并非意味着整套模具合格，有许多尺寸必须在装配时经过调整和配磨才能得到保证。例如，凸模的固定板即固定凸模的模板（die plate）与凹模的固定板压入并装配后，必须整体磨平；若有多个冲头时，这些冲头的端面也要在装配后整体磨平，以便保证这些冲头的等高性3。根据应用实践，厚钢板模具的装配步骤如下：1）按零件明细表和总图的要求，领取成套合格零件、外购件、标准件，并清洗去刺（除刃口外）。2）分别进行部件装配。首先将有配合要求的零件执行相互配合，检查其配合尺寸是否符合总图装配要求，然后实施部件组装。例如，凸模与凹模；导柱（guide pillar）与导套（guide bush）；下模座（lower die base）与下模座的定位孔；固模板与模块等。3）先装配上模top die，后装配下模bottom die。磨平凸模与固定板，打定位销，完全按总图要求装好。然后调整冲裁间隙，配磨垫片。装配时均以上模部份为基准来移动和调整下模部分。这样操作比较方便，因而比较合理。4）取上模部份为基准，装好导柱与导套，调整下模部分，保证总图要求的冲裁间隙的大小和均匀度，并取去上模部分，把下模部分固紧、打定位销。5）上下模合拢，重新测量冲裁间隙及其均匀度，装配压紧弹簧和卸料板，并保证卸料板端面高出凸模端面12mm。6）按总图要求，装配其他零件。如定位销dowel pin，标牌label plate，顶杆ejector rob，涂漆，涂油。7）试模。5 厚钢板冲裁模的调试模具的调试亦称试模，也是最终评价模具质量的重要依据。试模时，必须按设计计算的冲裁力来选择压力机床，不允许在较小压力机床上调试冲裁力较大的冲模，因其后果可能导致压力机床的损坏或模具的损坏；同样也不应该在较大压力机床上试冲裁力较小的冲模，因为那样会造成能源的浪费。厚钢板模具的试模步骤如下：1准备阶段1）准备足够数量和规格的压板、螺栓、支承钉、螺母和垫圈。2）准备足够数量的试模用料。3）准备足够数量和规格的试模用液压机4）调用与试模相配合的操作工、吊车工和电工。2试模阶段1）液压机检查a.检查压力机的刹车、离合器、平衡气缸、液压系统、操作机构是否安全可靠，上下工作台台面的平行度是否合格。b.根据冲模的闭合高度mould shut height，调整压力机滑块的高度，使滑块在下极点（bottom stop）时，其底平面与工作台面之间的距离，大于冲模的闭合高度。c.将滑块升到上极点（top stop），冲模放在压力机工作台面规定的位置，再将滑块停在下极点（bottom stop）， 然后调节滑块slide block的高度，使其底平面与冲模上平面接触。d.先固定上模座（upper die base），将压力机滑块上调35mm，开动压力机，把滑块升到上极点。然后松开下模座（lower die base）螺钉， 擦净导柱导套，加油后再开动压力机上下行程12次，滑块停于下极点，紧固下模座。2）模具的检查a.检查模具各处螺钉是否固紧，卸料（unload ）板，定位销是否工作可靠。b.检查凸模和凹模的刃口blank cut-edge是否完整、独自、无缺陷。c.送料机构、卸料机构是否正常可靠。d.各运动部位加足量润滑油。3）试冲a.模具安装好后，压力机应空运行往复510次，确认无异常情况。b.按图纸要求及排料位置，对毛坯料进行检查，对弯曲太大的坯料，应根据目测进行校平。c.根据送料方向及位置，检查压紧弹簧及卸料板工作情况。d.根据现场指挥人员复查核允后，由指挥人员指挥试模。e.收尾阶段：试冲合格后，按装模的反程序，先合模即闭合模具，后拆卸螺钉压板。且一定要先拆卸上模座，后拆卸下模座。所有模具试模后，均应重新检查刃口、螺钉、定位销的可靠性、紧固性。试件写上图号并交付检验。模具涂油，回位上架。6 厚钢板冲裁模的故障处理在生产过程的初期，可能会发生故障，其中主要有以下三个方面：1）模具工操作不当，造成模具损坏。操作工对模具的操作规程不熟悉，使用不当或稍不小心，就会损坏模具。例如：装模时，由于操作者不慎，使卸料板歪斜，会导致冲头折断。或者由于操作工没有及时排料，使余料堵死在凹模内会涨破冲头。2）有些模具结构本身存在锐角、窄边、急弯。这是模具本身形态决定的，也是模具最易损坏的部位。对于这些薄弱环节，我们可以改为过渡圆弧连接，加强模具本身的强度。此外，当这些危险部位发生崩裂情况时，则可将冲头局部磨成负前角。这样既延长了凸模的使用寿命，又加快了模具的修复速度。经过这样修磨成负前角的冲头，在使用上仅需将机床下极点的位置调整一下即可。3）模具制造过程中，热处理时产生的剩余应力和磨削加工中产生的网状裂纹，也会造成模具损坏。在试生产中，有少数模具（主要是凸模）在冲裁过程中产生崩裂而损坏模具，这主要是热处理应力集中所造成。因此需要采用适当的热处理方式来消除内应力。有时可能