數(shù)控沖床模具的使用和保養(yǎng)

　　鈑金類零件的生產(chǎn)加工是機(jī)械生產(chǎn)加工中的一個重要組成部分,特別是在航空、家電、消防、通信、儀器儀表、電子測量等行業(yè),鈑金類零件應(yīng)用越來越廣泛。各種儀器和設(shè)備的機(jī)箱、面板、控制柜等都是由鈑金零件組成,許多零件形狀都比較復(fù)雜,精度要求非常高。

　　采用傳統(tǒng)的加工方式費(fèi)時費(fèi)力,效率極低,不能滿足質(zhì)量和供貨要求,于是國內(nèi)許多企業(yè)都逐步淘汰了原來的傳統(tǒng)加工方法,引進(jìn)數(shù)控沖床進(jìn)行生產(chǎn)加工。由于數(shù)控沖床具有精度高、加工速度快、可靠性高、適應(yīng)廣泛等特性,大大縮短了生產(chǎn)周期,提高了勞動生產(chǎn)率和加工精度,降低了加工成本。但是,數(shù)控沖床在使用中除了要求對設(shè)備進(jìn)行正常的維護(hù)和保養(yǎng)外,還需要對模具經(jīng)常進(jìn)行保養(yǎng)和更新。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì),模具成本在機(jī)床的維修使用成本中占有相當(dāng)大的比重,高的甚至能達(dá)到50%,如果能夠正確地對模具進(jìn)行使用和保養(yǎng),可大大提高模具的使用壽命,為企業(yè)節(jié)省一定的生產(chǎn)成本。筆者有多年數(shù)控沖床工作經(jīng)驗(yàn),現(xiàn)將數(shù)控沖床模具使用和維護(hù)中的一些個人心得和體會寫出來,供大家參考。

　　1.沖孔的基本理論

　　(1)沖壓過程

　　模具的詳細(xì)沖壓過程見圖1,沖壓時會在材料的斷面形成塌陷帶、光亮帶、撕裂帶和毛刺四部分,見圖2,其各部分的尺寸受材料厚度和模具間隙等因素影響會有所不同。

圖1 沖孔過程

圖2 沖壓孔分析

　　(2)計(jì)算沖壓噸位

　　模具在進(jìn)行沖壓時,沖壓力不能超過機(jī)床的最大公稱力,并且不能超過模具的耐壓力。模具的結(jié)構(gòu)形式?jīng)Q定了模具的最大耐壓力。沖床在設(shè)計(jì)時,對于各模具工位的沖壓力都設(shè)定在機(jī)床的控制系統(tǒng)內(nèi),系統(tǒng)會自動根據(jù)不同工位所安裝模具的大小、沖壓的材料種類和厚度調(diào)整沖孔力。沖壓力可由下式計(jì)算:

　　P=KLtτ

　　式中

　　P——沖孔力,N

　　L——模具刃口的周長,mm

　　t——板料厚度,mm

　　τ——材料的剪切強(qiáng)度(MPa),由材料的材質(zhì)所決定,可在材料手冊中查到。

　　K——系數(shù),考慮到刃口鈍化、間隙不均勻、材料厚度波動而增加的安全系數(shù),K值常取1.1～1.3。

　　鈑金加工常用材料的剪切強(qiáng)度見表1

表1

　　舉例:在3mm厚的低碳鋼板上沖孔,形狀方形,邊長為20mm時,沖壓周長L=20×4mm=80mm,材料厚度t=3mm,查表剪切強(qiáng)度τ=344.7MPa。

　　沖孔所需的沖壓力(理論值,不考慮其他因素影響)P=Ltτ=80×3.00×344.7=82728(N)。

　　該公式計(jì)算出的沖壓力是指無斜刃口模具所需的沖壓力,如果模具帶有斜刃口則會大幅度降低模具沖壓時所需的沖壓力。

　　(3)模具間隙

　　模具間隙是指模具的凸模和凹模工作部分尺寸之差,即當(dāng)凸模進(jìn)入凹模時,凸、凹模之間的距離,通常指的是總間隙。間隙是數(shù)控模具使用中一個不可忽視的重要參數(shù),間隙選擇是否合適直接影響到零件的加工質(zhì)量、尺寸精度、沖裁力大小和模具使用壽命。間隙的大小應(yīng)按被沖裁材料的厚度和力學(xué)性能來決定,材料越硬越厚,間隙也應(yīng)越大。如圖3、4所示。

圖3 模具間隙

圖4 間隙太大產(chǎn)生的影響

　　總間隙=沖頭兩側(cè)的間隙之和=凹模間隙1+凹模間隙2

　　模具間隙如果選擇合理,由凸模和凹模刃口產(chǎn)生的兩個裂紋將連成一直線,靠近凹模的工件下部是一條帶有小圓角的光亮帶,靠近凸模的工件上部略成錐形,表面粗糙,但斷面沒有裂口和裂紋,毛刺正常,沖切力均衡,沖切質(zhì)量良好。如果間隙過小,上下兩裂紋互不重合,相距彼此平行,當(dāng)材料最后撕裂分離時,由于擠壓會使兩縫之間的斷面出現(xiàn)毛刺或裂口,工件斷面出現(xiàn)二次光亮帶。當(dāng)間隙過大時,上下裂縫也不重合,沖厚料時則類似鐓壓加工,此時在落料靠近凹模的外邊,沖孔靠近凸模的內(nèi)邊會產(chǎn)生很大的圓角;沖薄料時則近似拉伸,材料將被拉伸到凸模和凹模的間隙中,直到拉斷為止,工件斷面會產(chǎn)生拉斷毛刺。

圖5 最佳間隙,剪切裂縫結(jié)合

圖6 間隙太小,剪切裂縫結(jié)合不上,沖壓力變大

　　根據(jù)多年的數(shù)控加工經(jīng)驗(yàn),總結(jié)出模具間隙與材料的關(guān)系,推薦根據(jù)表2進(jìn)行選擇

表2

　　凹模間隙與材料厚度的百分比關(guān)系:最小間隙為材料厚度的15%,最佳間隙為材料厚度的20%～25%,最大模具間隙為材料厚度的30%。如果板材較厚4mm以上,所需沖壓力較大時,建議模具間隙為材料厚度的30%以上。

　　正確選用模具間隙的優(yōu)點(diǎn):

　　①延長模具使用壽命。②退料效果好。③減少毛刺和塌陷帶。④沖孔質(zhì)量高。⑤減小模具帶料的可能。⑥沖孔所需沖切力最小。⑦減少撕裂帶寬度。

　　(4)模具刃磨

　　沖床模具使用過程中,需要根據(jù)模具使用情況及時進(jìn)行刃磨,提高模具的使用壽命。判斷模具是否需要刃磨可根據(jù)以下條件:

　　①沖頭或下模被磨損,刃口產(chǎn)生半徑R為0.25mm的圓弧時。

　　②檢查沖孔質(zhì)量,沖出的孔有較大毛刺產(chǎn)生時。

　　③聽聲音,沖孔產(chǎn)生異常噪聲時。

　　④根據(jù)模具沖切次數(shù),如每10萬次對模具刃磨一次。

　　模具使用中是否需要進(jìn)行刃磨,這需要機(jī)床操作人員有較強(qiáng)的責(zé)任心,如果刃口達(dá)到R=0.50mm時還沒進(jìn)行刃磨,從那時起模具會急劇磨損。如果在模具間隙選擇合理的情況下,只要加工的板料出現(xiàn)較大毛刺,就說明模具需要刃磨。最佳方法是:每半月或每固定周期,根據(jù)機(jī)床模具最佳間隙選用標(biāo)準(zhǔn)的板材,將機(jī)床所有模具安裝在標(biāo)準(zhǔn)板材上沖孔,觀察沖孔毛刺情況并與標(biāo)準(zhǔn)樣板比較,判斷是否需要刃磨。模具刃磨的正確方法:

　　①定期刃磨,保證質(zhì)量。②充足的切削液。③采用燒結(jié)粘合氧化鋁砂輪。④粗砂輪:磨粒尺寸46～60,軟砂輪:硬度D～J。⑤刃磨下進(jìn)給量:0.03～0.08mm。⑥橫向進(jìn)給量:0.13～0.25mm。⑦縱向進(jìn)給量:2.5～3.8m/min。

　　表3 模具合理刃磨和沒有進(jìn)行刃磨的沖孔次數(shù)比較

　　2.模具的正確使用和維護(hù)

　　數(shù)控沖床模具的使用壽命,除了取決于合理的模具結(jié)構(gòu),高的制造精度,良好的熱處理效果以及正確地選用沖床、沖床的模具安裝精度等因素外,模具的正確使用、保養(yǎng)和維護(hù)也是不可忽視的環(huán)節(jié),對此應(yīng)注意以下幾點(diǎn):

　　(1)模具安裝使用前應(yīng)嚴(yán)格檢查,清除臟物,檢查模具的導(dǎo)向套和模具是否潤滑良好。

　　(2)定期對沖床的轉(zhuǎn)盤及模具安裝底座進(jìn)行檢查,確保上下轉(zhuǎn)盤的同軸精度。

　　(3)按照模具的安裝程序?qū)⑼拱寄Ｔ谵D(zhuǎn)盤上安裝好,保證凸凹模具的方向一致,特別是具有方向要求的(非圓形和正方形)模具更要用心,防止裝錯、裝反。

　　(4)模具安裝完后,應(yīng)檢查模具安裝底座各緊固螺釘是否鎖緊無誤。

　　(5)沖床模具的凸模和凹模刃口磨損時應(yīng)停止使用,及時刃磨,否則會迅速擴(kuò)大模具刃口的磨損程度,加速模具磨損,降低沖件質(zhì)量和模具壽命。

　　(6)對于批量生產(chǎn)所使用的通用模具,應(yīng)有備份,以便輪換生產(chǎn),保證生產(chǎn)所需。

　　(7)沖壓人員安裝模具應(yīng)使用較軟的金屬(如銅、鋁等)制成操作工具,防止安裝過程中敲、砸時損壞模具。

　　(8)模具運(yùn)送過程中要輕拿輕放,決不允許亂扔亂碰,以免損壞模具的刃口和導(dǎo)向。

　　(9)模具使用后應(yīng)及時放回指定位置,并作涂油防銹處理。

　　(10)保證模具的使用壽命,還應(yīng)定期對模具的彈簧進(jìn)行更換,防止彈簧疲勞損壞影響模具使用。

　　3.沖床模具使用中常見問題

　　(1)凸模磨損太快

　　主要原因:①模具間隙偏小,一般建議模具總間隙為材料板厚的20%～25%。②凸凹模具的對中性不好,包括模座和模具導(dǎo)向組件及轉(zhuǎn)塔鑲套精度不足等原因造成模具對中性不好。③凸模溫度過高,主要是由于同一模具連續(xù)長時間沖壓造成沖頭過熱。④模具刃磨方法不當(dāng),造成模具退火,磨損加劇。⑤局部的單邊沖切,如步?jīng)_、沖角或剪切時,側(cè)向力會使沖頭偏向一邊,該邊的間隙減小,造成模具磨損嚴(yán)重,如果機(jī)床模具安裝精度不高,嚴(yán)重的會使沖頭偏過下模,造成凸模和凹模損壞。

　　(2)模具帶料問題

　　模具帶料會造成廢料反彈,其相關(guān)因素:①模具刃口的鋒利程度,刃口的圓角越大,越容易造成廢料反彈。②模具的入模量,機(jī)床每個工位的入模量是一定的,模具入模量小,容易造成廢料反彈。③模具的間隙是否合理,如果模具間隙不合適,容易造成廢料反彈。④被加工板材表面是否存在較多的油物。⑤彈簧疲勞損壞。

　　防止模具帶料的方法:①使用專用的防帶料凹模。②模具經(jīng)常刃磨保持鋒利,并退磁處理。③增大凹模間隙。④采用斜刃口模具代替平刃口模具。⑤模具安裝退料器。⑥合理增大模具的入模量。⑦檢查模具彈簧或卸料套的疲勞強(qiáng)度。

　　(3)模具對中性問題

　　模具在使用中容易發(fā)生沖芯各側(cè)位置的磨損量不同,有的部分有較大劃痕,磨損較快,這種情況在細(xì)窄的長方模具上特別明顯。該問題主要原因:①機(jī)床轉(zhuǎn)塔設(shè)計(jì)或加工精度不足,主要是上下轉(zhuǎn)盤的模具安裝座的對中性不好。②模具的設(shè)計(jì)或加工精度不能滿足要求。③模具凸模的導(dǎo)套精度不夠。④模具間隙選擇不合適。⑤模具安裝座或模具導(dǎo)套由于長期使用磨損造成對中性不好。

　　為防止模具磨損不一致,應(yīng):①定期采用對中芯棒對機(jī)床轉(zhuǎn)塔和安裝座進(jìn)行對中性檢查調(diào)整。②及時更換模具導(dǎo)套并選用合適間隙的凸凹模具。③采用全導(dǎo)程模具。④加強(qiáng)操作人員的責(zé)任心,發(fā)現(xiàn)后及時查找原因,避免造成更大損失。

　　(4)特殊成形模具使用

　　為滿足生產(chǎn)需要,經(jīng)常需要使用成形模具或特殊模具,主要有橋形模具、百葉窗模具、沉孔形模具、翻孔攻螺紋模具、凸臺模具、拉伸模具、組合式模具等,使用特殊或成形模具可以大大提高生產(chǎn)效率,但是成形模具價格較高,通常是普通模具的4～5倍。為避免失誤,應(yīng)注意和遵循以下原則:

　　①模具安裝時進(jìn)行方向檢查,確保模具凸凹模安裝方向一致。

　　②根據(jù)要求正確調(diào)整模具的沖壓深度,每次調(diào)整最好不超過0.15mm。

　　③使用較低的沖切速度。

　　④板材要平整無變形或翹起。

　　⑤成形加工位置應(yīng)盡量遠(yuǎn)離夾鉗。

　　⑥成形模具使用時應(yīng)避免向下成形操作。

　　⑦沖壓時按照先普通模具沖壓,最后使用成形模具。