高速級進模跳屑問題的探討與解決對策
更新時間：2008-9-1 15:57:10 文章來源：互聯網 點擊：
摘要：闡述了影響高速級進模具在生產過程中“跳屑”產生的幾個主要因素， 并據此提出了解決方法和措施，對于級進模的設計制造具有一定的借鑒作用。
在金屬冷沖壓行業中，高速級進模具的生產效率高，產品精度高，便于實現自動化和機械化，適宜大批量生產需求，因而廣泛應用于汽車﹑電子﹑家用電器等產品的沖壓制造業中。目前國內模具主流速度SPM(Strike Per Minute)集中在40 – 2000，國際上已經開發出超過4000SPM的沖床和模具。但是，無論是過去還是現在，高速級進模的“跳屑”一直是個令設計和生產人員苦惱的問題。因為只要“跳屑”偶爾發生一次，就會在產品表面留下壓傷，產出成批的不良品。輕則影響制造部門的產能，需要停機修理模具、重新架模調試;重則崩碎刀口、折斷凸模、損傷昂貴的模具和高速沖床主軸。而“跳屑”又是高速級進模行業里發生頻率很高的問題。所謂的“跳屑”是指在模具生產過程中，本應從凹模刀口中落下去的屑料或制品因為種種原因卻隨著凸模跳出模面的現象，如圖1所示。從力學的角度來闡述，跳屑是因為屑料與凹模刀口側壁的咬合力f小于它所受到的向上的吸附力F而跳出凹模進入模面，如圖2所示。本文專門針對高速級進模來具體分析跳屑所產生的原因及其解決對策。
前文中已經提到跳屑產生的兩個力學因素，下面就從這兩個方面來闡述。
1)屑料受凸模的真空吸附的作用。在沖切加工時，凸模切下的材料，因受到彎矩的作用，中心部位發生彎曲，四周卻與凸模緊密壓著，如圖3示：屑料下方受到一個大氣壓向上的力，上方與凸模之間是真空負壓，從而產生一個壓力差吸附在凸模上。隨著模具的開啟，而跳出模面。另外在高速沖切生產中，為了給模具散熱以及潤滑凸凹模，我們往往會在材料送入模具前，給它涂上切削油，這會產生類似吸附劑的作用。如果切削油的揮發性差、黏度高、加的量過大，屑料與凸模的真空吸附現象會更加明顯。
2)電磁力的效應。模具上的很多零件是通過研磨加工出來的�，F有的磨床都是利用電磁平臺的磁力裝夾零件。如果加工結束后，沒有對零件的殘余磁性進行消磁處理，鐵基材料的屑料就會因為磁力隨著凸模吸附上升，發生跳屑。
3)凸模活塞效應以及加速度的影響。如圖4，當模具閉合到下死點時，模具內部卸料板和材料緊密地包在凸模周圍，緊緊地壓死在凹模刀口上，形成一個相對真空負壓，此時上模回升打開，凸模先從凹模中抽出，由于屑料受到下面一個大氣壓力與上面真空之間的壓力差，而隨著凸模一起上升，就象活塞在汽缸里運動，稱之為活塞效應。由于加速度以及慣性作用的影響，凸模上升的越快，就越容易發生活塞效應。在生產現場常遇到模具在高速正常生產時頻繁跳屑，此時將模具的運行速度SPM(Speed Per Minute)降下來就不會出現跳屑，這就是活塞效應引起的。
(a) 凸模正常形狀 (b)凸模磨損后形狀 (c)屑料粘附凸模上
2.1沖裁間隙的影響。如圖6為沖切后的屑料斷面形狀。從理論的角度來說，沖切后的屑料與凹模相接觸的部分是光亮帶，當沖裁間隙合適時，光亮帶通常占全斷面的1/2-1/3，高精密下料的光亮帶所占的比例會更高，比如日本采用反切法可以做到接近100%。當屑料的光亮帶所占斷面的比例越大，與刀口的接觸面積越大，兩者之間的咬合力也越大。當沖裁間隙過大時，材料所受的拉伸作用增大，接近于脹形破裂，光亮帶所占的比例減小，因材料彈性回復，屑料尺寸向實體方向收縮，沖下的屑料尺寸比凹模尺寸偏小，這樣，屑料對刀口的咬合力會變弱，屑料就容易從刀口中隨凸模上升跳出。但沖裁間隙大有利于減小沖裁力，提高刀口使用壽命。
2.3凹模刀口的面粗度。屑料與凹模刀口之間的磨擦力f=u×N, f：摩擦力，u：摩擦系數，N：正壓力。要提高磨擦力f，只有提高摩擦系數和正壓力才能達到。正壓力N可以通過設計合理的沖裁間隙來控制。摩擦系數u的大小取決于摩擦面的粗糙度。為了保證刀口的鋒利性及容易落料，現在的模具廠家加工凹模刀口，通常采用慢走絲線切割﹑光學曲線磨床等高精密機床來加工，尺寸可控制在±0.002mm以內，表面光潔度也達到Ra0.2以下。因此凹模刃口的側壁非常光潔，磨擦系數u很小，屑料與刀口側壁的磨擦力會減小，導致容易跳屑。
2.5模具保養過量與刃口磨損的影響。為了便于屑料容易從模具中落出，我們設計的凹模刀口下面有個斜度或擴口，如圖7，經常保養研磨刀口上表面后，如果把刃口有效段已經完全磨掉，則造成沖裁間隙變大，引起跳屑。對于凸模，保養后總長度變短，切入凹模深度過淺，屑料在凹模里接近模面，容易被凸模吸附帶出。模具凸凹模側面磨損后，造成沖裁間隙過大，屑料與凹模側壁的咬合力小而引起跳屑。
2 高速級進模跳屑的解決對策
從理論上講，屑料是否跳出凹模進入模面，取決于其所受的向上的吸附力和凹模側壁對屑料向下的咬合力之間的差值。只要提高咬合力，減小吸附力，即可達到跳屑的改善與防止。
2.1設計段的改善與防止
綜合評價一副模具的優劣，關鍵在于設計的好與壞。所以我們做設計時一定要考慮全面，既要考慮防止跳屑，又不能損失模具的其它的性能。否則模具先天不足，后續調試很難改善的盡善盡美。
2.1.1設計合理的沖裁間隙
對于不同材料的合理沖裁間隙，很多教材都有研究。一般來說，單面沖裁間隙大于5%t以上時，大部分的材料沖切下來的屑料會小于凹模刀口的尺寸，這樣咬合力會偏小，容易跳屑。當單面沖裁間隙小于3%以下時，屑料與凹模刀口的咬合力會很強。從防止跳屑的角度來說，沖裁間隙越小越好，但間隙小，凸凹模的接觸壓力會易引起凹模刀口壓縮疲勞破壞，發生崩刃，影響模具的壽命，同時會產生較大的毛刺。在高速級進模設計中，推薦使用表1的沖裁間隙：
在設計下料刀口時，盡量避免外形過于簡單，應將形狀復雜化，包括增加一些卡料槽。如圖9所示的IDE-CUT(切邊)形狀，a形狀簡單，容易發生跳屑，但是如果設計變更為b狀，增長外形切斷線，同時屑料增加了卡料槽，外形復雜化，容易被凹模的刀口咬住，難以跳屑。最好的設計應為c狀，卡料槽為燕尾星，有效提高了與刀口的咬合力。屑料形狀與跳屑難易之間的關系，按照我們日常設計所積累的經驗，如圖10示：從左到右，跳屑由易到難。我們在設計下料接刀時，無可避免地會遇到一些外形簡單的下料，必須沖切出此形狀。另外級進模是連續生產，料帶需要定位，設計有圓形孔。為了防止此類跳屑，設計時，可將刀口做成分體式，如圖11，并故意錯開一個0.002 -0.005mm的間隙，使沖切時的屑料產生變形，增大毛刺，而留在凹模內。
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