目前国内高速冲压冲孔堵塞的成因和预防措施

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在慢速冲压条件下，凹模刃口常设计成阶梯形的透空形式，以达到减少有效刃口的精加工面积、提高加工效率。然而，阶梯形透空的凹模刃口形式，照搬到高速冲压的凹模刃口设计形式上，尤其当冲压材料为薄软的紫铜带或可磁性吸附的硅钢带等时，则往往行不通，凹模阶梯形的透空尺寸放得越大，反而越容易造成冲孔凹模的落料孔堵塞。本文，分析了高速冲压条件下造成冲孔阶梯落料孔堵塞的原因，提出了可操作性的解决措施，供技术、制造人员参考。
* O- H) p: ~! Y& X3 D关键词：高速冲压、落料孔堵塞、凹模刃口形式
Key words： High-speed stamping、Blanking plug the hole、Die edge form
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    1 慢速冲压的凹模阶梯形刃口设计形式


    慢速冲压条件下，凹模刃口形式常采用阶梯形的透空形式，以减少刃口的精加工的面积，提高加工效率。见图1。其优点在于凹模淬火后，能有效减少凹模刃口的精加工面积，提高加工效率，尤其对小孔的磨削加工，避免了孔径对应于有效刃口磨削长度的局限性。见图1，慢速冲压的凹模阶梯型刃口形式。

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    尤其当凹模为整体结构时，淬火前就加工完凹模冲孔刃口的透空部分和冲件外形落料孔的去废料部分，可使凹模在热处理过程中充分变形、提高淬透性，并能最大限度减轻整体凹模的精加工重量，对单边装夹的线切割加工，具有减轻凹模悬臂重量的效果，并能减少加工后的变形应力，确保满足零件高精度的要求。
然而，把在慢速冲压条件下行之有效的凹模阶梯孔形式，照搬到高速冲压的凹模刃口形式上来是不行的，尤其，当被冲压材料是薄型软材质、或是磁性吸附材质时。
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  2      高速冲压凹模阶梯孔易造成落料孔堵塞的原因分析
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4 H- j( D# `$ x6 H5 Q    当高速冲压对象是软材质、磁性吸附材质时，如果冲孔凹模的落料阶梯孔尺寸放得越大，反而越容易诱发横向的摩擦阻力，最终导致落料孔被堵塞现象。其形成原因如下:
当冲压紫铜、铝等低熔点软性薄材时，高速冲压会使高速分离又迅速叠合在一起的冲孔废料，在冲裁面发生相互融结现象，冲孔废料不再是呈现一片片能分离的状态，而是融结成一根条状物的状态向下排出。当刃口设计成有透空阶梯孔时，脱离有效刃口壁约束的条状物废料，在扩大的阶梯孔内就有了弯曲的空间，弯曲是因刃口壁四周的磨擦系数不同诱发的，而磨擦系数不同则是由冲头、凹模装配间隙不均匀、凹模刃口壁四周加工的光洁度不一致等问题造成的，当条状废料的弯曲头部接触到扩大的阶梯孔一壁后，单侧摩擦阻力就会使条状废料产生横向扭曲变形，进一步导致条状废料在阶梯孔内的镦粗变形，直至填满整个落料孔。条状废料与落料孔孔壁之间逐渐增大的摩擦阻力，可以大到折断冲头、涨碎凹模的程度。详见图2软性废料堵塞原因的分解图示。

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    同理，当冲压对象是磁性吸附材料时，凹模放大落料阶梯孔尺寸，也会使高速冲压下的冲孔废料，受凹模刃磨后没有退尽磁性的磁性吸附力影响，在扩大的阶梯孔中翻滚下落时被吸附到孔壁上，逐渐堆积起来形成在阶梯孔内交错重叠的相互搁置现象，不断增大冲孔废料的横向作用力，累计与阶梯孔孔壁之间的摩擦力，最后影响冲孔废料的正常下落，导致整个落料孔堵塞。详见图3磁性吸附材料造成落料孔堵塞原因的分解图示。


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9 ~( A- e' J7 Z3 f% `$ W    冲孔废料在阶梯孔内，为何能产生如此之大的落料摩擦阻力？原因是某些特定材料在高速冲压中所产生的物理变化，一旦在落料阶梯孔中产生横向的作用力，与凹模孔壁逐渐增大摩擦阻力，这样的摩擦阻力可以成为阻止冲孔废料正常下落的原因。
5 M0 n% n2 Z5 e3 S8 c因此，设计高速冲压模具时，首先要有是否会产生冲孔落料堵塞的忧患意识，要充分分析被冲压材料在高速冲压条件下的物理变化特性，慎重选择凹模刃口的设计形式。
当然，全刃口的凹模形式会对凹模加工增加难度，使编制加工工艺也更为复杂，对模具的装配精度要求也将更高。但是，如果凹模刃口形式的方案选错，当碰到冲孔落料孔堵塞后再改为全刃口形式，报废一大批凹模等零部件的损失代价可能会更大。
因此，高速冲压应慎重考虑选用凹模刃口的形式，当然，为减少凹模全刃口孔的加工难度，也可对冲孔凹模尽量选用镶钢珠的设计形式，不管是整体凹模形式或是凹模拼块形式，以便于对冲孔凹模钢珠进行全刃口的标准件生产加工，便于模具的装配调试。凹模采用镶钢珠的结构形式，也会给今后的模具维修保养带来加工工艺上的方便。
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9 Y" q7 x- C# g3 `' ]& h    3  高速冲压凹模全刃口的设计加工形式
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1 W) I8 X: N% }! R  }8 m8 l" l    冲孔凹模设计成全刃口形式，可以杜绝冲孔废料产生横向摩擦阻力的可能性，不给冲孔废料留有与孔壁增大摩擦阻力的机会，能有效防止落料孔堵塞现象。图中的落料斜度是夸张的画法，实际选用的落料斜度很小，只要能保证轻松向下落料就行。见图4 。

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! w; G# H9 F4 Q4 i% g0 \6 k. c5 ~; ^    在图4中，A为直刃口衔接落料斜度（20′）的全刃口形式，可采用线切割分两次切割工艺来完成，先计算切割漏料斜度，然后再加工对直刃口的有效尺寸部分。
B为凹模选用一个刃口斜度（10′）的全刃口凹模形式，可采用线切割一次性加工完成。
凹模采用镶钢珠的全刃口形式，是为改善对整体凹模或凹模拼块的全刃口加工不便而设计的，其便于选用全刃口凹模钢珠的标准件。当然，也存在冲压件的两孔间距离小，没有冲孔凹模镶钢珠的开档尺寸距离的情况，这时，可分解二孔在级进模的两个工位中分别完成冲孔加工。当然，也可采用设计成凹模拼块的形式来解决近距离两孔的全刃口加工。

' D* ], r5 U* m6 H3 [    4 应对全刃口凹模的垫板、下模座的落料孔加工
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    无论凹模镶钢珠还是凹模拼块的全刃口形式，必须同样强调与凹模落料孔配合的垫板、下模座落料孔的加工，同样存在一个落料孔阶梯放大尺寸的精度控制问题，同样要有阶梯孔尺寸放得太大易造成落料孔堵塞的忧患意识。
% H6 G0 u4 w/ I. x9 K    至于对凹模、垫板、下模座三者的落料孔如何配合加工问题，是采用注小公差、提高尺寸标注精度的分开加工方式完成？还是对垫板、下模座的落料孔，采用由钳工总装时配合加工的工艺措施来确保精度，要视各生产厂家的传统工艺标准、拥有坐标、数控设备等综合因素而定，只要能保证凹模、垫板、下模座三者的落料孔同心度、适当逐次放大孔径尺寸以及满足孔的加工光洁度要求，最终达到落料孔不发生堵塞的目的即可。
    另外，高速冲压要采用凹模全刃口形式来确保冲孔防堵塞意识，不仅要让每个设计、工艺人员知道，而且也要让每个加工制造人员知道，因为，有时模具钳工为图总装时的方便，会自作主张扩大垫板、下模座的落料阶梯孔尺寸，这有时就会增加诱发落料孔堵塞的可能性。