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常见问题

分享普通全钢冲模的冲压精度

本文章发表于:同达科技(大连)有限公司 作者:编辑 时间:2017-05-06 点击: 1166
 

  板料冲压件的精度准确显示出其冲模的冲压精度。而任何冲件的线性尺寸精度与形位精度主要取决于冲模冲裁和立体成形冲压件展开平毛坯的落料精度。因此,多工步复合冲压的单工位复合模、多工位连续模的冲压精度,在普通冲压的众多种类与不同结构的冲模中,最具典型性和代表性。


  冲模的冲压精度分析对冲模投产至失效报废各个时期冲件的实际误差分析,可以看出其增大的时期及趋向,从而分析其增大的因素。新冲模投产至第一次刃磨前冲制冲件的误差即所谓的初始误差;冲模经过20次左右刃磨至失效报废前冲制的冲件误差称之为常规误差;而冲模失效报废前冲制的最后一批合格冲件的允许最大误差称之为极限误差。在现场,确定冲模刃磨寿命的依据是冲件冲孔与落料的毛刺高度。由于任何成形件都具有冲裁作业(毛坯落料或冲孔),对于复合模尤为如此。所以,冲件毛刺高度的触模检查和测量并按企业标准或JB4129-85《冲压件毛刺高度》对照检测就显得十分重要。冲模的初始误差通常是冲模整个寿命中冲件误差最小的。其大小主要取决于冲模的制造精度与质量及冲件尺寸、料厚以及间隙值大小与均匀度。冲模的制造精度及质量又取决于制模工艺。对于料厚t≤1mm的中碳钢复合冲裁模冲件,实验结果与生产实践都证明,电火花线切割制造的冲模冲件毛刺高度比用成型磨或NC与CNC连续轨迹座标磨即精密磨削工艺制造的冲模冲件要高25%~30%。这是因为后者不仅加工精度高,而且加工面粗糙度Ra值要比前者小一个数量级,可达到0.025μm。因此,冲模的制造精度与质量等因素决定了冲模的初始冲压精度,也造就了冲件的初始误差。冲件的常规误差是冲模经第一次刃磨到最后一次刃磨后冲出最后一个合格冲件为止,冲件实际具有的误差。随着刃磨次数的增加,刃口的自然磨损而造成的尺寸增量逐渐加大,冲件的误差也随之加大。当其误差超过极限偏差时,冲件就不合格,冲模也就失效报废。冲件上孔与内形因凸模磨损尺寸会逐渐变小;其外形落料尺寸会因凹模磨损而逐渐增大。所以,冲件上孔与内形按单向正偏差标允差并依接近或几乎等于极限最大尺寸制模。同理,冲件外形落料按单向负偏差标注允差并依接近或几乎等于极限最小尺寸制模。这样就使冲件的常规误差范围扩大,冲模可刃磨次数增加,模具寿命提高。冲件的极限误差是具有极限偏差的冲件所具有的实际允许的最大尺寸误差。这类冲件通常是在冲模失效报废前冲制的最后一批合格冲件。对各类冲模冲件误差在冲模整个寿命中出现的波动、增减趋向及规律等进行全面分析便可发现:冲件误差的主导部分是不变的;因刃口或型腔的自然磨损而出现的误差增量随冲模刃磨冲数增加而使这部分误差逐渐加大;还有部分误差的增量是非常规的、不可预见的。所以,各类冲模冲件误差是由因定误差、渐增误差、系统误差及偶发误差等几部分综合构成。

1、固定误差新冲模在指定的冲压设备上投入使用至失效报废的整个(总)寿命过程中,其合格冲件误差的主导部分固定不变即所谓固定误差。其大小就是新冲模第一次刃磨前冲制的合格冲件的偏差,也即冲模的初始误差,而此时的冲模具有初始冲压精度。刃磨后的冲模,因其工作零件(凸、凹模)磨损而改变尺寸误差,使冲件识差增量随刃磨次数增加而逐渐加大,故冲模刃磨后的冲压精度亦称“刃磨精度”比其初始精度要低。冲模冲件的固定误差取决于以下各要素:

(1)冲件的材料种类、结构(形状)尺寸及料厚冲裁间隙的大小及其均匀度对冲裁件的尺寸精度有决定性的影响。不同冲裁工艺、不同材料种类与不等料厚,间隙相差悬殊,冲压精度差异很大。同一种模数m=0.34的2mm的料厚、中心有孔的H62黄铜材料片齿轮复合模冲件,当取间隙C=0.5%t(单边),用复合精冲模冲制,冲件尺寸精度达到IT7级,冲件平直无拱弯,冲切面垂直度可达89.5°,其表面粗糙Ra值为0.2μm;而用普通复合模冲制,间隙C=5%t(单边),冲件初始误差亦即冲模的初始冲压精度为1T9级,冲切面粗糙度Ra值为12.5μm,毛刺高度为0.10mm;还是这个冲件用连续模冲制,间隙C=7%t(单边),初始冲件精度为IT11级,冲切面更粗糙,甚至有肉眼可见的台阶。通常情况下,冲件材料及其厚度t是选取冲裁间隙的主要依据。一旦选定间隙就确定了冲件的平面尺寸的固定误差的主体;冲件结构刚度及立体形状则影响其形位精度。

(2)冲压工艺及冲模结构类型采用不同的冲压工艺,冲件的精度及固定误差相差甚大。除上述片齿轮实例说明,精冲工艺与普通冲裁的冲件精度与固定误差相差一个数量级之外,即便在普通冲裁中,采用不同间隙冲裁,固定误差相差也很大。例如料厚t=1.5mm的H62黄铜冲裁件,选用C≤40%t单边Ⅰ类小间隙冲裁比选用C≤8%t(单边)Ⅲ类大间隙冲裁,冲件固定误差将加大40%~60%,精度至少降一级。此外,采有无搭边排样,冲件的误差要远大于有搭边排样冲件。无搭边排样冲件。无搭边排样冲件的精度低于IT12级,而多数有搭边排样的冲件精度在IT11~IT9级之间,料厚t>4mm的冲件,尺寸精度会更低一些。不同冲模结构类型,由于适用冲压料厚及制造精度的差异,导致冲件的固定误差有别。复合模中,多工位连续式复合模由于冲件连续重复定位加上制模误差较大,故其冲件的固定误差比单工位复合冲裁模要大1~2级。

(3)冲模制造工艺冲模主要工作零件即凸、凹模的加工程序,对操作上的技术要求不高,能够一次成形较复杂的模腔。但其加工表面约厚>0.03~0.05mm为高温烧蚀的残余树枝状奥氏体组织,硬度可高达HRC67~70,有显微裂纹,容易在冲裁时出现崩刃或剥落。意大利Corrada公司的有关研究报告称“线切割加工对表面金相结构产生不利的影响,实际上已经改变了金相结构。我们必须用金刚石粉研磨或数控连续轨迹坐标磨削(对线切割件)作精加工”。近年来瑞士和日本等国,对电加工设备进行了深入的研究和较大的改进,制造出功能齐全的高精度NC和CNC线切割机,加工精度可达±0.005~0.001mm,甚至更小。加工表面粗糙度Ra值能达到0.4μm。根据近年对国内12家生产线切割机工厂的调研,国产线切割机加工精度各别厂家的各别型号线切割机可达±0.008~±0.005mm,一般都在±0.01mm或更大一些,个别也能达到±0.005mm,加工表面粗糙度Ra值均大于1.6μm。然而,电加工烧蚀金属表面从而改变和损坏加工面金相结构的特性不会改变,除非用磨削或其他加工法去除这一有害层。所以,仅仅用电加工法,包括电火花线切割与电穿孔,难以达到冲模,尤其高精度、高寿命冲模对尺寸精度与工作零件表面粗糙度Ra值要求。用精密磨削法制造冲模,特别是制造高精度、高寿命冲模,诸如:薄料小间隙复合冲裁模、多工位连续式复合模等,具有尺寸精度高、工作零件加工面粗糙度Ra值小、模具寿命高等特点。其加工工艺目前已由过去的普通机床粗加工改为电火花线切割或电穿孔机粗加工,最后精密磨削,也由成型磨、光学曲线磨、手动座标磨逐步过滤到连续轨迹座标磨及NC与CNC连续轨迹座标磨,加工粗度可达±0.001~0.0005mm,加工表面粗糙度Ra值可达0.1~0.025μm。所以,用该工艺制造的冲模,无论尺寸精度、工作零件表面粗糙度,都能满足冲模,尤其各种复合模的要求,比电加工工艺制造的冲模高一个档次。

(4)间隙的大小与均匀度拉深、弯曲、翻边及其他板料成形件一般都要先冲裁(落料)出平板展开毛坯,也有成形后落料、切开得到单个成品冲件。故冲裁作业,包括常用的冲孔、切口、切边等,对于每种板料冲压件都是必要的。所以冲裁间隙对冲件的外廓尺寸精度有决定性的影响。冲裁间隙小而均匀,可使冲裁尺寸获取更高精度。对于拉深、弯曲等成形模,间隙大定将增大冲件口部尺寸误差及回弹。间隙不均匀会使冲件毛刺加大并招致刃口的不均匀磨损。

(5)冲压设备的弹性变形在冲压过程中,冲床承载后会产生一定的弹性变形。虽然这种变形量依冲压力的大小变化且具有明显的方向性,但就冲压件,主要是对具有体积冲压性质的压印、压花、校平、压凸、起波、冲挤、镦形、翻边、镦粗、打扁、变薄拉深等工艺作业冲制成形的冲件,对其冲压方面的尺寸精度有重大影响。

  2、渐增误差在冲压过程中,入模冲压的原材料与冲模刃口及型腔表面之间,在强大冲压力的作用下,会出现强烈摩擦。在长期连续冲压过程中,强烈摩擦使冲模工作零件即凸、凹模表面产生一定的自然磨损,从而改变冲模刃口及型腔的尺寸及形状,使冲件产生并随冲模寿命延长而逐渐加大的这部分误差,称之为“渐增误差”。新冲模冲件只有固定误差。冲模工作零件出现磨损后才产生渐增误差。在多工位连续冲裁和连续式复合模中,特别是导板式多工位连续模,多以漏件方法从冲模上卸下冲件及冲孔废料,冲改及落料凹模多制成形洞口,以便于推卸冲件及废料出模。一般凹模刃口向外斜一个角度α,通常依冲件料厚不同取α=1/4°~3°,凹模刃口磨损后就要刃磨。凹模刃磨后必然造成其平面尺寸增大,其尺寸增量△L取决于a角大小及刃磨次数、每次刃磨增量。△L可按公式计算:△L=2×h×tgα,当取α=0.5°,每次刃磨量为0.15mm,刃磨20次后,其总刃磨量h=3mm,则可按该公式计算出△L=2×3×tg0.5°=0.053mm,单边净增△L/2=0.0265mm。每刃磨一次△L=0.00265mm。单工位复合模多为模上卸件,冲裁凹模多采用直壁洞口。由于冲裁时凸模要进入凹模洞口约一个冲件料厚。故刃口侧面磨损也十分严重,刃磨后也将出现刃口尺寸变化,增大冲件误差,但其增量微小。

  3、系统误差由冲模送料、挡料及定位系统在冲压过程中给冲件造成的误差即系统误差。它是依送料方式及选用送料装置的不同、挡料及进距跟位位置的不同、定位装置结构的差异等因素,而使冲件误差在一定范围内波动。如果冲模挡料及定位系统设计与匹配得当,可以消减因送料方式欠佳或选用送料装置不当造成的过大送进误差。送入冲模的材料一般要靠挡料销或侧刃挡块挡料限位。复合冲裁模、综合式复合模以及单冲模多使用圆柱头或钩形头固定挡料销,单工位复合模也有用活动挡料销的。而多工位连续模则多使用始用(临时)挡料销并与固定挡料销、侧刃、导正销配套对送料限位。入模材料碰到挡料销即停止送入并反向后退与挡料销的挡料面形成一个间隙。此间隙的大小与送料推(拉)力大小有关,送料力大间隙会大些,但无论此间隙大小,都会使送料进距出现≤0.5mm的负差,使用活动挡料销和始用(临时)挡料销,这个误差还会更大一些。如果采用有搭边排样,搭边宽度可以补偿送料误差,故对于单冲模和单工位复合模冲件精度没有影响。但对于多工位连续模、多工位连续式复合模冲件的形位精度,特别是内孔(内形)对外廓的同轴度影响最为明显。为了消减这个同轴度偏差,通常在落料凸模端面装导正销或在搭边上设工艺导正定位孔。由于多工位连续模的工位布置都是先冲孔而后落料或成形,导正销在冲孔的后续工位中先插入已冲出孔形中定位而后冲压。对于料厚t≤1~4mm中硬钢板,导正销可以使送进误差减小到±0.04~0.20mm,t值大,误差也大。

  4、偶发误差冲压过程中有些意外或突发的情况使冲件产生新的误差,从而进一步降低冲件精度的事时有发生,又难以预防。这种偶发误差常因操作偶尔失误、材料的局部和肉眼难辨的缺陷、模具零部件突然松脱或损坏、冲压设备意外故障、工作地偶发事件干扰与冲击……,造成冲件误差加大。使用各种类型复合模冲压对操作者技术要求较高,对原材料和毛坯尺寸及表面质量必须进行入模冲压前检验,因“同板差”造成条料厚度差异及超差情况并非罕见,条料尺寸超差和毛刺过大、表面局部有划伤碰伤及凸凹不平以及锈污结疤等,一旦漏检且没有及时消除,必然降低冲件精度。复合模冲压中的润滑尤为重要,对材料和模具涂复润滑剂过量、不匀或漏涂,均可造成冲件尺寸误差的波动。至于薄料出现“叠冲”、冲件压伤及碰伤、送料力不均将搭边冲入刃口或模腔、冲件未出模或未脱离模具工作面即又冲压而将冲件压伤……这些操作失误只要操作细心即可消减。迄今为止,国内总装及修理冲模多用死扳手、活扳手、套筒扳手螺丝刀拧紧螺钉、螺栓,但很难达到螺丝联接所需的合理预紧力。紧螺纹联接是冲模的主要构件联接型式。对于在高速、高压、强震动、连续承受剧烈交变动荷的冲模来说,螺纹在工作中松动是致命的!拧紧螺丝的力矩不够,冲模在长期工作后螺丝会因震动而松脱;拧紧螺丝力矩过大会使螺丝变形伸长甚至断裂。由于工人性别、体力的差别,同样的螺纹不同的人拧紧程度各异,而其合适拧紧力矩是一定的。由于冲模上螺丝松脱或断裂而造成模具损坏甚至设备事故的事并非罕见。因此,总装或修理冲模应使用扭矩扳手拧紧冲模上的螺丝,以保证紧螺纹联接的可靠性。由于螺丝拧紧不当在冲压过程中使拼合刃口松动错移,镶块松脱、模柄松动并旋转、卸料板脱落、固定冲模的压板移动或松开……不仅冲压尺寸改变,尚能殃成事故。单工位复合冲裁模及综合式复合模在采用压缩空气吹卸冲件或使用专用卸件装置卸件时,必须确保冲件卸离冲模工作面的时间小于冲床滑块往复行程时间的50%,才可连续自动冲压,有拉深、弯曲及冲挤、变薄拉深等工艺作业工位的冲模,且不宜使滑块行程次数n≥120次/分。否则因冲件从模腔推出到离开模具工作面时间滞后,从模上推卸冲件出模往往来不及,造成压伤、碰伤甚至损坏。多工位连续复合模冲压时条料的料尾与接头、料宽误差大造成进料偏斜、挡料销挡料高度过小以及钩形挡销活动、模腔中滞留异物、污锈未及时消除……都会加大冲件误差。


  影响板料冲裁件精密的装备因素

1、开式压力机动态精度

对冲裁模冲裁精度的影响冲模的结构设计应充分考虑配用压力机的结构型式、技术状态及动态精度。冲制中小型板料冲压件,国内多使用公称压力PG≤2500KN的国产开式压力机,包括:

(1)J11、J12系列及其改型与改进设计的开式单柱固定台、活动台压力机。其公称压力PG≤2500KN;

(2)J21系列及其改型与改进设计的开式双柱固定台压力机。其公称压力PG≤2500KN,最近国内已生产PG≤4000KN的大吨位,但使用不多;

(3)J23系列及其改型与改进设计的开式双柱可倾压力机。其公称压力大多PG≤1000KN;按照JB/T6580-93《开式压力机精度》行业标准,公称压力PG≤2500KN的开式压力机出厂精度都须符合规定的检测项目及其允差。不少工厂用于冲压中小型冲压件的国产开式压力机已使用多年,超期服役相当普遍。其静态精度远低于相当项目实测误差均超过表列允差,出厂精度早已丧失,实际运行承载后的动态精度就更低了。由于国产开式压力机都采用C形机架,其精度远不如O形机架闭式压力机。据实测C形机架承载后的弹性变形量平均为0.01mm/10KN,为O形机架的10倍,而且不均匀;C形机架开口处即工作台前边大而后边小。在用大冲裁力冲裁中厚板及厚板时,会严重恶化开式压力机的动态精度。在正常生产情况下实测,国产开式压力机的动态精度,反映在冲裁模刃口上的位移偏差可达约0.1~0.15mm,如冲模的单边冲裁间隙C,按仪表产品普通冲裁零件通常取C=5%t,则上述位移偏差等于2~3mm料厚冲裁件冲模的冲裁间隙即:t=2mm,C=5%t=0.1mm;t-3mm;C=5%t=0.15mm,所以,用无导向敞开式冲裁模在开式压力机上冲裁t<3mm的冲裁件,无论是冲孔、落料,还是切口、冲槽孔,模具刃口都有可能碰撞、啃剥,至少要发生不均匀磨损,缩减冲模寿命。当t>3mm时虽勉强可以冲裁,但操作十分危险。

2、滑动导向导柱模架的精度

对冲裁模冲压精度的影响使用无导向固定卸料结构及敞开式结构冲裁模,在无安全防护装置的普通开式压机上冲压,特别是用板裁条料及单个坯件,都用手工送料是近年来冲压行业压手断指的人身伤害事故,模具和设备损坏事故不断发生并呈上升趋势的主要原因之一。采用有导向装置并带送料机械的冲模是减少上述事故并提高冲件精度和冲压效率的主要技术措施。


 广泛使用的《冷冲模》GB国际与JB行标中的滑动导向导柱模架,其导柱与导套采用微间隙滑动配合。要保证冲裁件的质量、精度和冲模寿命,冲裁时确保间隙在合理的基础上保持一致而均匀,至关重要。在正常情况下,模架导向间隙比冲裁间隙小才能实施凸模对准凹模的导向,只有使导向间隙比冲裁间隙小一半以上,才能完全准确的导向,保证冲模获得均匀一致的冲裁间隙,有效提高冲模寿命。根据上述情况,不考虑模芯装入模架必然产生的尽管有限的各项误差对模架导向精度乃至冲压精度的综合影响,依照国际《冲裁间隙》中规定,在确保准确导向的前提下,允许冲裁的08F、10F、20等牌号低碳钢板最小料厚tmin。普通全钢冲模冲压件可达到的精度。普通全钢冲模冲件误差的经验计算法

1、普通冲裁模冲件误差对于普通冲裁用单工位落料模、复合冲裁模即冲裁式复合模的冲件误差,当采用有搭边排样冲裁时,只用求其固定误差WG、渐增误差WZ、偶发误差WO三者的代数和就是其常规的平面线性尺寸误差W∑。WG值与冲模制造精度、冲件料厚t以及冲裁间隙占料厚的比率有关。在仪表行业,冲件尺寸小且料薄、尺寸精度较高,多采用(4~5)%t(单边)较小冲裁间隙,冲模制造精度也较高,冲件的固定误差WG即冲模初始冲压精度(偏差值)也相对较高。冲件初始精度等级查获的公差值即为WG值,而WZ值取决于刃磨次数及刃磨增量,多采用直壁凹模刃口的复合冲裁模,WZ值很小且依冲件与冲模材料、刃口磨损情况变化,影响因素很多,需在多次刃磨后实测。WO值则是个未知数,多数情况下不发生即WO=0。因此,复合冲裁模正常情况下冲件误差W∑=WG+WZ。

2、综合式复合模冲件误差含拉深、弯曲、翻边、冲挤、沉孔……等成形与体积冲压作业的单工位综合式复合模,其冲件冲孔与落料部位的尺寸误差计算同冲裁式复合模,而成形与体积冲压部位的误差,取决于模腔制造精度、模腔磨损招致的尺寸变化以及冲压设备承载后弹性变形带来的冲压方向的尺寸误差。故对于这类复合模冲件的尺寸误差,除平面(横向)误差比照冲裁式复合模计算外,还要考虑按下述公式计算其冲压方向尺寸误差:使用C形机架的开式压力机使用O形机架的闭式压力机JC、JO—冲件沿冲压方向即厚度方向的偏差值,mm:P—冲压时的最大冲压力,KN。以上公式的计算条件是新冲模投产后的初始制造精度为基础。如果冲模刃磨过应按其刃磨精度计算。

3、多工位连续式复合模冲件误差其冲压方向的尺寸误差值的计算可依其使用冲压设备之不同,按式(1)或式(2)计算。其水平即横向尺寸误差应按下式计算:式中,WG—固定误差可按表6确定冲模的初始精度等级并依此求得冲件固定误差值,mm;WC—系统误差可依冲模冲压时采用的送料方式及送料装置的类型查有关手册或通过实测确定,mm;WZ—渐增误差,按给定公式,依冲模凹模洞口锥度、刃磨次数、刃磨量确定,mm;WO—偶发误差,并非正常情况下出现,也不是一批冲件都有,通常可不考虑。对于工位数≤5的多工位连续冲裁与连续复合模,推荐用以下经验公式计算其冲件W∑值:式中,W∑—多工位连续式复合模冲件平面尺寸偏差,mm;mδ—送料进距误差,mm。其值可实测亦可查有关手册获得;N—工位数目。

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