汽車覆蓋件沖壓模具修邊毛刺的解決方案分析

黃 羆，唐 雅，賓小林

（柳州高華機(jī)械有限公司，廣西 柳州545616）

在模具調(diào)試及零部件生產(chǎn)過(guò)程中，修邊毛刺問(wèn)題是所有模具企業(yè)都會(huì)面臨的疑難問(wèn)題，零件會(huì)因各種模具問(wèn)題導(dǎo)致毛刺的產(chǎn)生，影響零件的品質(zhì)（在與其它零件焊接時(shí)，毛刺會(huì)干涉其它零件，導(dǎo)致焊接不穩(wěn)定）及人員的取放安全性。為了在后期的模具項(xiàng)目中盡可能地消除零件毛刺，進(jìn)而縮短模具制造、調(diào)試的時(shí)間，降低模具制造成本，特針對(duì)該問(wèn)題進(jìn)行分析，制定可行性方案。

1　零件產(chǎn)生毛刺的問(wèn)題匯總及各類問(wèn)題的原因分析

（1）工藝制定不夠完善

原因1：修邊工序的修邊線一般是由零件邊緣抽取出來(lái)所得，但有些位置因?yàn)槭窃谛捱吅笮枰叺玫搅慵罱K形狀，這樣就需要人工通過(guò)測(cè)量線長(zhǎng)后分段偏置修邊線，分段位置的橋接在3D軟件中存在微觀不平的鋸齒形狀，如圖1所示。

圖1　微觀不平的鋸齒形狀

原因2：工藝制定時(shí)存在縱/立切現(xiàn)象，并伴隨有形狀導(dǎo)致修邊刃口局部單薄現(xiàn)象，工藝未考慮到縱/立切對(duì)加工毛刺的影響[1]，如圖2所示。

圖2　縱/立切修邊刃口

（2）修邊模凸、凹模鑲塊的配合間隙不對(duì)

原因1：模具設(shè)計(jì)工程師設(shè)計(jì)時(shí)選取凸、凹模配合間隙大[1]，不按設(shè)計(jì)手冊(cè)針對(duì)不同材質(zhì)、料厚的產(chǎn)品選取合適的凸、凹模配合間隙。

原因2：數(shù)控加工過(guò)切。

數(shù)控加工修邊凸、凹模時(shí)，一邊有過(guò)切現(xiàn)象后[2]，不按新數(shù)據(jù)偏另一邊的間隙，而是直接按數(shù)模加工另一邊，如圖3所示。

圖3　凸、凹模修邊間隙

數(shù)控刀具在精銑時(shí)用的是小刀，極易磨損，磨損后帶鐵削擠壓刃口，導(dǎo)致刃口粗糙不平整。

原因3：鉗工研配凸、凹模間隙不對(duì)，在研配過(guò)程中不檢測(cè)配合間隙，每次研配把握不了修模量。

（3）模具修邊鑲塊所使用的材質(zhì)不對(duì)

原因：針對(duì)不同的產(chǎn)品材質(zhì)及料厚，應(yīng)選取不同的模具鑲塊材質(zhì)[1-2]。常用的修邊鑲塊材質(zhì)有Cr12MoV、ICD5（改材質(zhì)有鑄鋼及鍛鋼兩種，又名7CrSiMnMoV）、SKD11（日本進(jìn)口材料）。

（4）兩工序修邊的工藝缺口接刀方式不對(duì)

原因1：常出現(xiàn)因設(shè)計(jì)不按工藝缺口設(shè)計(jì)規(guī)范執(zhí)行[3]，導(dǎo)致工藝缺口切入量不夠深，鉗工后續(xù)進(jìn)行手工修配，而修配又不能使凸、凹模有良好的配合間隙及垂直度，最終產(chǎn)生毛刺。

原因2：數(shù)控加工修邊鑲塊時(shí)，鑲塊的拐角加工不到位，鉗工在研配刃口配合間隙時(shí)磨得過(guò)多，后序接刀不順暢產(chǎn)生毛刺。

（5）修邊凹模鑲塊尺寸設(shè)計(jì)不合理，導(dǎo)致修邊時(shí)強(qiáng)度不足，進(jìn)而產(chǎn)生毛刺。

（6）模具工藝分序時(shí)出現(xiàn)單側(cè)修邊現(xiàn)象，這樣的情況下修邊存在側(cè)向力，但模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)卻未采取合理的抵消側(cè)向力的措施，最終造成零件出現(xiàn)毛刺，甚至沖壓零件數(shù)量越多毛刺變得越大。嚴(yán)重影響模具的壽命及零件品質(zhì)。如圖4所示產(chǎn)品（TR修邊線以內(nèi)為產(chǎn)品）就是單側(cè)修邊案例（有線圈出位置）。

圖4　單側(cè)修邊案例

2　防止毛刺產(chǎn)生的主要措施

（1）針對(duì)工藝制定不夠完善

方案1：在人工分段偏置修邊線后，對(duì)分段位置進(jìn)行橋接處理，然后還需要針對(duì)橋接接頭部位進(jìn)行倒圓角處理，使微觀不平的現(xiàn)象可通過(guò)圓角接順，圓角大小要求≥R3 mm[1]。如圖5所示為在圖1基礎(chǔ)上進(jìn)行倒圓角處理后的狀態(tài)。

圖5　倒圓角處理后的狀態(tài)

方案2：編制《工藝規(guī)范》，明確不同料厚、不同修邊高度所要求的極限傾斜角度大小，并且要消除縱切時(shí)導(dǎo)致修邊刃口局部單薄的現(xiàn)象，在制定工藝時(shí)以《工藝規(guī)范》為準(zhǔn)，不滿足該規(guī)范要求的，在工藝制定上增加側(cè)修邊工序；一般情況下鈍角切邊≥30°（圖6）、銳角切邊≤15°（圖 7）[2]就要考慮零件該部位進(jìn)行側(cè)修邊工藝。

圖6　鈍角切邊≥30°

圖7　銳角切邊≤15°

（2）針對(duì)修邊模凸、凹模鑲塊的配合間隙不對(duì)

方案1：主要針對(duì)設(shè)計(jì)端，該問(wèn)題已有明確的間隙選取設(shè)計(jì)手冊(cè)，按設(shè)計(jì)手冊(cè)規(guī)定選取間隙值時(shí)[3]，以設(shè)計(jì)手冊(cè)中偏小間隙為準(zhǔn)，若制造現(xiàn)場(chǎng)在研配間隙時(shí)萬(wàn)一間隙太小還有量進(jìn)行研配，如圖8所示。

圖8　單邊間隙選取規(guī)定

方案2：針對(duì)數(shù)控加工過(guò)切

1）加工完修邊凸、凹模其中一邊修邊刃口后，在加工另一邊刃口前必須檢查該刃口實(shí)際加工數(shù)據(jù)并記錄，遞交數(shù)控編程人員進(jìn)行程序處理，補(bǔ)嘗加工另一邊刃口的數(shù)據(jù)，用補(bǔ)償后的數(shù)據(jù)進(jìn)行另一邊刃口的加工。

2）驗(yàn)證數(shù)控精加工刀具針對(duì)不同修邊鑲塊材質(zhì)的磨損程度，編制刀具使用壽命記錄表，在刀具加工修邊刃口粗糙度變差之前進(jìn)行停機(jī)換刀，防止刀具磨損后帶鐵削擠壓刃口而導(dǎo)致刃口粗糙不平整的問(wèn)題出現(xiàn)。

方案3：針對(duì)鉗工研配

1）規(guī)范研配間隙流程，編制檢查表，檢測(cè)間隙數(shù)據(jù)必須記錄于檢查表及標(biāo)注至模具上，作為每次研配及模具品質(zhì)檢查的依據(jù)。

2）“工欲善其事，必先利其器”，故在規(guī)范研配間隙流程的同時(shí)，也規(guī)范好研配修邊刃口各個(gè)不同位置所使用的工具及磨頭（如修邊的小拐角必須用較小的磨頭），以達(dá)到物盡其用的目的。

（3）針對(duì)模具修邊鑲塊所使用的材質(zhì)不對(duì)

該問(wèn)題主要在于模具設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)鑲塊材質(zhì)的選取，一般對(duì)于有經(jīng)驗(yàn)的模具設(shè)計(jì)工程師來(lái)說(shuō)，不會(huì)犯該問(wèn)題的錯(cuò)誤，重點(diǎn)需防范的是從事模具設(shè)計(jì)工作不到1年的員工，故所采取的措施是將零件材質(zhì)硬度、料厚與鑲塊使用材質(zhì)加入設(shè)計(jì)檢查表里，工作不到1年的設(shè)計(jì)工程師需以檢查表為基準(zhǔn)進(jìn)行自檢，有經(jīng)驗(yàn)的設(shè)計(jì)工程師需拿檢查表對(duì)該設(shè)計(jì)工程師的結(jié)構(gòu)圖進(jìn)行復(fù)檢并簽字，防止該類問(wèn)題的發(fā)生。附零件不同材質(zhì)及料厚模具各部位選取不同材質(zhì)表[3]如圖9所示。

圖9　模具各部位選取不同材質(zhì)規(guī)定

（4）針對(duì)兩工序修邊的工藝缺口接刀方式不對(duì)

1）工藝規(guī)范兩序之間的工藝缺口設(shè)計(jì)形式[1]，現(xiàn)規(guī)定如圖10所示。

圖10　工藝缺口設(shè)計(jì)形式

2）鉗工修配時(shí)以凸模為基準(zhǔn)配凹模，使用3 mm的磨頭清理拐角的R角。

3）在因數(shù)控加工拐角不到位的情況下，前、后工序加工出工序樣件，再對(duì)比確認(rèn)修配哪道工序的接刀刃口。

（5）針對(duì)修邊凹模鑲塊尺寸設(shè)計(jì)不合理，導(dǎo)致修邊時(shí)強(qiáng)度不足

修邊凸、凹模鑲塊按材質(zhì)分為鍛件（Cr12MoV）及鑄件（ICD5/7CrSiMnMoV）兩種，材質(zhì)不同，設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)也不同[2]，如圖11為鍛件結(jié)構(gòu)、圖12為鑄件結(jié)構(gòu)。

圖11　鍛件結(jié)構(gòu)

圖12　鑄件結(jié)構(gòu)

其中鑲塊的高/寬比為1：1.2～1.5，也就是說(shuō)寬度至少比高度尺寸大1.2倍，這樣才能滿足安裝強(qiáng)度；另外，鑄件結(jié)構(gòu)中根據(jù)產(chǎn)品材質(zhì)的強(qiáng)度及厚度，40 mm的尺寸又有不同，詳見(jiàn)圖13（40 mm尺寸在圖中為厚度T）：

圖13　鑄件厚度T的選取

設(shè)計(jì)過(guò)程中必須嚴(yán)格按照上面3個(gè)圖所示規(guī)范進(jìn)行鑲塊結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，才能保證鑲塊強(qiáng)度滿足修邊要求。

（6）針對(duì)修邊側(cè)向力

在有側(cè)向力修邊的結(jié)構(gòu)中，必須設(shè)計(jì)防側(cè)向力結(jié)構(gòu)以抵消該力，使模具在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中始終保持在平衡的狀態(tài)，不至于因?yàn)椴黄胶鈱?dǎo)致修邊鑲塊錯(cuò)位而凸、凹模咬合在一起使零件出現(xiàn)毛刺。如圖14（下模）、圖15（上模）為單側(cè)修邊模具設(shè)計(jì)防側(cè)向力的結(jié)構(gòu)案例。

圖14　下模防側(cè)向力結(jié)構(gòu)

圖15　上模防側(cè)向力結(jié)構(gòu)

3　結(jié)束語(yǔ)

毛刺問(wèn)題在沖壓產(chǎn)品中是較為常見(jiàn)的一種現(xiàn)象，在模具制造的過(guò)程中，最終基本都會(huì)因毛刺問(wèn)題導(dǎo)致模具不能順利交付，所以，在這個(gè)問(wèn)題中，需要通過(guò)對(duì)設(shè)計(jì)、加工及制造的每個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行分析總結(jié)，結(jié)合公司的實(shí)際狀況，將毛刺問(wèn)題出現(xiàn)的幾率壓縮到最小，上述問(wèn)題及解決方案已在實(shí)踐中得以應(yīng)用，使公司模具修邊毛刺直接通過(guò)無(wú)需返修的幾率上升至85%，從而縮短模具開(kāi)發(fā)周期，降低制造成本，提高產(chǎn)品品質(zhì)。

參考文獻(xiàn)：

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