覆蓋件修沖模廢料屑產生原理解析及解決對策

文/朱油福，田卓華·北汽福田汽車股份有限公司

汽車覆蓋件沖壓作業過程，外板件經常受困于表面硌傷。無論清理模具還是返修產品，不僅浪費壓機臺時和返工時間，而且返工過程對外板表面容易造成二次傷害。本文基于分析廢屑產生機理及危害，設計出浮動廢料刀，徹底避免撕裂、空切，從此修沖模不再產生廢料屑。

車身覆蓋件沖壓生產現狀

無論沖壓自動線還是手動沖壓線，在沖壓作業時，修邊模廢料刀附近經常出現廢料屑，如圖1 所示。廢屑隨著工件搬運氣流攜帶、飄落、擴散在模面，導致產品表面硌傷。為實現沖壓自動線較高的生產節拍，強大的氣流攜帶廢屑密集漂流、傳播更遠，危害極大。

圖1 修邊模產生的廢料屑

隨著現代沖壓件質量標準的提升，外板件不允許硌傷，內板件也不允許硌傷。因此，為規避廢料屑產生，常采用停線清理、維護，或產品離線手工打磨，造成機臺工時和人工返工浪費。

廢屑產生的原理

傳統修沖模設計結構決定了修切時必然產生廢料屑和針刺。圖2 為修沖模廢料刀結構，廢料切斷刀由上刀體、下刀體構成。為實現修邊分離，下刀體刀背局部低于產品型面(零面)，一般設計4 ～5mm，相應的，上刀背也要比零面低相應距離，即上刀局部比上型面長出4 ～5mm。沖壓作業時，上模下降，首先接觸工件表面的是上刃長出零面的刀刃，但下型相應部位虛空，初始剪切不是上下刃純剪切，而是撕裂。隨著上模下降，撕裂擴展延長，當下降至4～5mm時，廢料刀上下刃開始對切。由于撕裂邊線的不規則，不平齊、凸凹不一，撕裂口凸出部分剪切掉，出現廢料屑、片。隨作業量的增加堆積在廢料刀附近。如果撕裂較齊、變形較大，則切出針刺。

圖2 修邊沖孔模廢料切斷刀結構

每沖壓一個批次(500 ～1500 件)，修沖模廢料刀附近會堆積大量鐵屑。其實，第一件修沖，就會出現廢屑，只是廢屑小、量少，不易察覺。

模具廢料刀附近是廢屑集中部位，外覆蓋件模具經常需要清潔保養，以降低或減弱表面硌傷。相對而言，模具沖洗噴淋效果較好。但無論怎樣清潔，也難以從源頭徹底杜絕。

廢料屑常規解決辦法

為減弱硌傷危害，通常模具設計或沖壓作業采用以下幾種方法。一定程度上，減輕了硌傷危害程度，但是，只能減緩，不能杜絕。

廢料切斷刀預留間隙

修邊模下刀體距離下刀刃壁留1.5 ～2.0mm 的間隙，近年來在一些模具上間隙擴大到5 ～6mm。圖3 所示為廢料切斷刀端頭與修邊刀之間的間隙。

圖3 廢料切斷刀端頭與修邊刀之間的間隙

此間隙的優點：讓修切廢料屑從間隙落下，遠離工件表面，致力于減弱廢屑大量擴散漂移。

缺點：廢料屑堆積增厚，依然有飛屑漂移到模具表面。

廢料刀涂抹粘結劑

下模廢料刀尖附近，或間隙下部涂抹黃油，將廢屑粘住，使其不易隨氣流漂移。但是吸附有限。隨著生產量累積，廢屑積多后，表層遠離油膜，依然漂移。僅為沖壓生產臨時解決措施。

缺點：一般用黃油粘結，每次要涂抹，同時加大了模具線下飛屑的清除難度。

廢料二次切斷

圖4 為廢料二次切斷刀。發罩外板修沖模送件側設計二切結構，一切兩組廢料刀設置在修邊模前側；二切遠離一次修邊線。第一次修邊廢料靠重力滑到二次廢料切斷刀處，等待第二次切斷成三件。二切的兩組廢料刀屬于純剪切，沒有撕裂，沒有廢屑產生。

圖4 廢料二次切斷刀結構

此結構的優點：在送件側，兩組廢料刀無廢屑。但是，發罩外板四周正修廢料刀10 組(不計側修部位)，只規避了兩組廢料切斷刀無廢屑，其他正切廢料刀依然產生廢屑，廢屑總量減少了20%。

可能會有人問，在模具的左右側也可以設計二次切斷廢料刀??？答案，不可以。因為第一次修切廢料靠重力向左右下滑，滑道斜度終點下降較低，二切廢料向前后方向下滑，滑板角度受到壓抑，很難保證標準25°。

也有人講，在保證所有下滑角度底線前提下，只需增加下模中心高度，可以解決此困境。但是，大型覆蓋件模具閉合高度本身不會低于1200mm，再增加受壓力機最大安裝高度限制。所以，這種結構優先選在模具前后側。實踐中從未見到左右側設計二次切斷結構。

二次切斷缺點：(1)模具結構增大，第二次切斷刀座占用的空間大，增大了模具前后尺寸，開模成本增加。(2)一次廢料下滑不受控，偶有廢料上帶翻身，離開需要的姿態，切斷或下滑受阻。作為自動線模具，風險極大。

多工序修邊

外板件安排兩次純修邊，第一次修掉一部分，第二序修掉剩余的部分。圖5 為多工序修邊，也叫插花修，無廢料切斷刀，零廢屑。如果產品結構復雜，工序較長，工藝設計可合理安排兩序修邊。這種結構比較常見，比如車身側圍、翼子板、頂蓋等，基本工序在四序或以上，有充足工序，天然安排插花修邊。

圖5 多工序修邊

遺憾的是，有充足的工序，現實中偶有集中一序修切，造成面品硌傷、效率低下，很遺憾。究其原因，可能是設計師很少知道沖壓生產線的現狀和痛點。

已經知悉廢屑危害，尚未掌握浮動廢料刀前提之下，或該方案未出臺，沖壓工藝設計中，即使產品結構簡單，為規避廢屑，依然采用多工序修邊。美其名曰，沒有廢料屑。其不知，犧牲的是主機廠的成本。

缺點：有接刀坎，修邊線不連續；若刻意加序規避廢屑，多一序修沖，多一套模具，成本較高。

浮動廢料刀

原理

保持常規廢料刀結構不變，改造上廢料刀相對的修邊刀，就可實現純切斷。上廢料刀刃帶旁設計一塊浮動刀，浮動刀刃帶和廢料刀等高，可以規避廢料切斷空切、撕裂。如沒有浮動刀塊，常規結構是，此部位自然比切斷刀低4 ～4.5mm。

壓機滑塊下降，浮動刀和廢料刀先接觸板件，廢料和工件分離；上模繼續下降，浮動刀接觸下刀背退讓，廢料刀切斷廢料、排出。

結構

如圖2 中的下廢料刀和上廢料刀，在此基礎上，加以改造。上廢料刀相對的修邊刀增加一小塊，此塊采用彈性結構，這樣可實現廢料純修邊、純切斷，無撕裂、零廢屑，浮動廢料刀結構如圖6 所示。

圖6 浮動廢料刀構成

浮動廢料刀剪切力計算

浮動廢料刀是上模修邊切刀的一部分，刃帶和上廢料刀等高，浮動切刀塊接觸工件板面，修離廢料，上模降低，刀體浮動退讓，上模繼續下降，上、下廢料刀實現對切。

由于修邊及廢料切斷均是純剪切，沒有撕裂帶，就沒有撕裂帶二次剪切，完全避免了廢料屑的產生。

剪切力計算：

(1)浮動切刀刃帶長40mm，所修切的工件材質DC03-06，抗拉強度27kg/mm2，剪切強度近似抗拉強度。

工件材料厚度、剪切力分別為0.8mm，864kg；1.0mm，1080kg；1.2mm，1296kg。

(2)氮氣缸GSCB50-15，初始承載，1530kg；

(3)浮動刀體靠氮缸壓力修切，上模下降4.0 ～5.0mm，開始切斷廢料，浮動刀行程4.0 ～5.0mm，氮缸行程15mm，有充足安全余量。

優點

(1)采用浮動廢料刀，無論手動沖壓線、還是沖壓自動線都不用停線清理廢屑，生產效率高。

(2)產品表面無廢料屑硌傷，無人工返修打磨工時，更無產品二次傷害。

(3)產品表面無返修打磨痕。

(4)生產結束，模具免維護或少維護。

有幾處浮動刀，就多了幾處維護保養點。

浮動廢料刀每次沖擊下廢料刀背，兩者之間夾有一層板料，有較強的緩沖作用。但是數十萬次以后，下廢料刀背可能局部變形，剪切間隙減小，可以用油石去掉下廢料刀變形部分。

浮動刀塊采用Cr12MoV，強度高，硬度高，十分安全。為防止下廢料刀背沖擊變形，可以在刀背被沖擊面設計沖擊墊，墊高2.0mm，邊界離開修邊刃帶2.0 ～3.0mm。

浮動刀塊硬度58 ～60HRC，其導向靠導向固定座的矩形槽，導向凸面設計油槽；固定座材質45#鋼，調質處理，掛銷承擔浮動塊自重并防止下脫。

浮動刀塊和相鄰上廢料切刀和修邊刀間隙0.03～0.05mm。

導向結構可以設計燕尾槽，根據裝配結構靈活變通。

缺點

線下維護模具，浮動刀檢查需列入保養表格。觀察下廢料刀刀背是否沖擊變形，還有浮動刀所用氮氣彈簧。

使用效果

浮動廢料刀無撕裂，純修切，零廢屑，圖7 為前圍外板使用浮動廢料刀效果。圖7(a)為沖壓完成的工件尚未拿走，廢料刀附近修邊線未見塌邊，說明和正常修邊刃口一樣，是純剪切，無撕裂，自然沒有廢屑和針刺。圖7(b)為另外一組廢料刀，工件已移除。僅有的兩組浮動廢料刀，任何一組刀體都是表面潔凈、一塵不染。

圖7 前圍浮動廢料刀很潔凈

結束語

覆蓋件修沖模，尤其是外覆蓋件修沖廢料刀產生大量廢屑，污染模具、硌傷產品，經常導致停線清理，工件返修。本文介紹常見的幾種預防廢屑的設計方案和對策，詳細分析對比了各種方案的優缺點，可供模具開發設計參考借鑒。值得推崇的浮動廢料刀，徹底解決了廢料刀廢屑的產生，對于大型覆蓋件外板模具，特別是沖壓自動線生產提質增效具有積極意義。