高速级进模跳屑问题的探讨与解决对策

高速级进模跳屑问题的探讨与解决对策

摘要：阐述了影响高速级进模具在生产过程中“跳屑”产生的几个主要因素，并据此提出了解决方法和措施，

对于级进模的设计制造具有一定的借鉴作用。

在金属冷冲压行业中，高速级进模具的生产效率高，产品精度高，便于实现自动化和机械化，适宜大批量生产需求，因而广泛应用于汽车﹑电子﹑家用电器等产品的冲压制造业中。目前国内模具主流速度SPM(Strike Per Minute)集中在40 – 2000，国际上已经开发出超过4000SPM的冲床和模具。但是，无论是过去还是现在，高速级进模的“跳屑”一直是个令设计和生产人员苦恼的问题。因为只要“跳屑”偶尔发生一次，就会在产品表面留下压伤，产出成批的不良品。轻则影响制造部门的产能，需要停机修理模具、重新架模调试;重则崩碎刀口、折断凸模、损伤昂贵的模具和高速冲床主轴。而“跳屑”又是高速级进模行业里发生频率很高的问题。所谓的“跳屑”是指在模具生产过程中，本应从凹模刀口中落下去的屑料或制品因为种种原因却随着凸模跳出模面的现象，如图1所示。从力学的角度来阐述，跳屑是因为屑料与凹模刀口侧壁的咬合力f小于它所受到的向上的吸附力F而跳出凹模进入模面，如图2所示。本文专门针对高速级进模

来具体分析跳屑所产生的原因及其解决对策。

1 高速级进模跳屑原因的分析

前文中已经提到跳屑产生的两个力学因素，下面就从这两个方面来阐述。

(1)屑料向上的吸附力过大导致屑料跳出，包括以下几个部分。

1)屑料受凸模的真空吸附的作用。在冲切加工时，凸模切下的材料，因受到弯矩的作用，中心部位发生弯曲，四周却与凸模紧密压着，如图3示：屑料下方受到一个大气压向上的力，上方与凸模之间是真空负压，从而产生一个压力差吸附在凸模上。随着模具的开启，而跳出模面。另外在高速冲切生产中，为了给模具散热以及润滑凸凹模，我们往往会在材料送入模具前，给它涂上切削油，这会产生类似吸附剂的作用。如果切削油的挥发性差、黏度高、加的量过大，屑料与凸模的真空吸附现象会更加明显。

2)电磁力的效应。模具上的很多零件是通过研磨加工出来的。现有的磨床都是利用电磁平台的磁力装夹零件。如果加工结束后，没有对零件的残余磁性进行消磁处理，铁基材料的屑料就会因为磁力随着凸模吸附

上升，发生跳屑。

3)凸模活塞效应以及加速度的影响。如图4，当模具闭合到下死点时，模具内部卸料板和材料紧密地包在凸模周围，紧紧地压死在凹模刀口上，形成一个相对真空负压，此时上模回升打开，凸模先从凹模中抽出，由于屑料受到下面一个大气压力与上面真空之间的压力差，而随着凸模一起上升，就象活塞在汽缸里运动，

称之为活塞效应。由于加速度以及惯性作用的影响，凸模上升的越快，就越容易发生活塞效应。在生产现场常遇到模具在高速正常生产时频繁跳屑，此时将模具的运行速度SPM(Speed Per Minute)降下来就不会

出现跳屑，这就是活塞效应引起的。

4)凸模磨损的影响。模具在长时间使用后，凸模的有效切刃部分都会磨损。屑料被切下后，毛刺会变大，毛刺会按照磨损后的凸模刃口形状形成根部很厚的大毛刺，由于凹模的挤压作用，会紧紧粘附包裹在凸模切刃部位，如图5，随着凸模一起上升而吸附跳出模面。

(a) 凸模正常形状(b)凸模磨损后形状(c)屑料粘附凸模上

(2) 屑料与凹模侧壁的咬合力过小，主要是受以下几方面影响。

2.1冲裁间隙的影响。如图6为冲切后的屑料断面形状。从理论的角度来说，冲切后的屑料与凹模相接触的部分是光亮带，当冲裁间隙合适时，光亮带通常占全断面的1/2-1/3，高精密下料的光亮带所占的比例会更高，比如日本采用反切法可以做到接近100%。当屑料的光亮带所占断面的比例越大，与刀口的接触面积越大，两者之间的咬合力也越大。当冲裁间隙过大时，材料所受的拉伸作用增大，接近于胀形破裂，光亮带所占的比例减小，因材料弹性回复，屑料尺寸向实体方向收缩，冲下的屑料尺寸比凹模尺寸偏小，这样，屑料对刀口的咬合力会变弱，屑料就容易从刀口中随凸模上升跳出。但冲裁间隙大有利于减小冲裁

力，提高刀口使用寿命。

2.2屑料的外周形状简单。当屑料的形状简单时，其整个外周的切断线相对而言简单且短，其内部应力变化与材料的应变也简单，都是集中指向实体同一个中心，屑料外周向中心均匀收缩，与凹模刀口之间有均匀间隙，这就减小了屑料与凹模侧壁的接触面积，降低了咬合力，这就是为什么屑料形状越简单越容易跳出凹模。生产现场最常见的就是圆形孔屑料跳屑，压坏冲压制品。形状复杂的屑料，由于切断线长，有多个实体中心，其内部应力与应变复杂，外周各处收缩不一致，导致其可以与凹模刀口紧密咬合在一起，增

加了磨擦力，有效减少了屑料上跳的机率。

2.3凹模刀口的面粗度。屑料与凹模刀口之间的磨擦力f=u×N, f：摩擦力，u：摩擦系数，N：正压力。要提高磨擦力f，只有提高摩擦系数和正压力才能达到。正压力N可以通过设计合理的冲裁间隙来控制。摩擦系数u的大小取决于摩擦面的粗糙度。为了保证刀口的锋利性及容易落料，现在的模具厂家加工凹模刀口，通常采用慢走丝线切割﹑光学曲线磨床等高精密机床来加工，尺寸可控制在±0.002mm以内，表面光洁度也达到Ra0.2以下。因此凹模刃口的侧壁非常光洁，磨擦系数u很小，屑料与刀口侧壁的磨擦力会

减小，导致容易跳屑。

2.4模具冲切材料的机械物理性能的影响。材料的硬度高，则脆性大，被剪切的有效深度就小，材料基本上是在被剪切不久就被拉裂，整个剪切面的大部分是断裂带，光亮带所占的比例很小，材料径向收缩大，因而咬合力弱，容易跳屑。塑性好的材料，容易被剪切，光亮带所占的比例大，材料径向收缩小，与凹模

咬合好，相对而言，不容易跳屑。

2.5模具保养过量与刃口磨损的影响。为了便于屑料容易从模具中落出，我们设计的凹模刀口下面有个斜度或扩口，如图7，经常保养研磨刀口上表面后，如果把刃口有效段已经完全磨掉，则造成冲裁间隙变大，引起跳屑。对于凸模，保养后总长度变短，切入凹模深度过浅，屑料在凹模里接近模面，容易被凸模吸附带出。模具凸凹模侧面磨损后，造成冲裁间隙过大，屑料与凹模侧壁的咬合力小而引起跳屑。