高速冲压防冲孔废料回跳方法

    在高速冲压中,既要防止冲孔废料向下落料不畅的问题,也要预防冲孔废料向上回跳问题。冲孔废料回跳到凹模表面上来,会对冲压件表面产生不良压痕,或随条料进给到后道工序,引发叠片冲压的碰刃口事故,加快模具刃口的磨损速度,影响模具总体寿命。
    高速冲模设计要首先预防考虑废料回跳的问题,等模具试冲后发现存在废料回跳问题,那时再考虑办法解决问题就麻烦了,轻者要报废一批模具零部件,重者拖延模具交货期损失更大。

1 造成冲孔废料回跳的原因分析
    造成高速冲压冲孔废料回跳的主要原因,细分析不外乎有:
1.1  油膜粘连
    为让凸、凹模在高速冲压过程中具有良好的润滑性,减少凸、凹模与被冲压材料因高速摩擦产生金属粘连,常采取在冲模滑动部分以及被冲条料上涂加润滑油的措施。润滑油可以带来很好的润滑效果,但也会在冲头顶端和冲孔废料间产生一种油膜粘附的作用,尤其对软薄材料的冲压加工,常会因油膜粘连而引起废料回跳的现象。
1.2  真空吸附
    在冲压软质材料时,紫铜、铝等材料在冲压过程中产生挤压塑性变形,常会使冲头顶端和废料间挤压成一个真空状态,这种真空状态具有一定的吸附力,也常将冲孔废料带出凹模表面,形成废料回跳现象。
1.3  冲头钝化引发的废料包裹
    当冲压达到一定的冲次后,冲头刃口会产生钝化现象,刃口不再锋利,而变成一个很小的R圆角,与冲孔废料就会产生挤压拉深变形的废料包裹现象,形成废料对已钝口的冲头形成一种包裹夹紧力,冲孔废料也会随冲头带出凹模表面,形成废料回跳现象。
  1.4  磁性吸附
  冲模上模刃磨后,由于没有进行反复多次的退磁操作程序,使冲模上模带有很强的磁性吸附力,当被冲压对象是硅钢片等易磁性吸附材料时,就会因冲模上模的磁性吸附力带出冲孔废料,形成废料回跳现象。

2 解决冲孔废料回跳的三条思路
    解决冲孔废料回跳现象,在模具设计上有三条思路可以采用,即1、在冲头凸模设计上巧加考虑。  2、在冲头、凸模端考虑附加顶出装置。3、在凹模刃口的设计形式上,采取毛糙面等有效措施。
2.1 冲头凸模设计上的有效措施
    为防止冲孔废料回跳,在冲头、凸模的设计上有三项措施可以考虑,即——最小间隙防跳法、加长冲头推入法、以及采取斜刀口的废料回弹撑紧法。
2.1.1 冲头采用最小间隙法防回跳
    最小间隙法防废料回跳,应用于具有一定厚度的冲压件比较有效。一般冲压材料间隙取值范围如表1所示,为防废料回跳,可将凸、凹模配合间隙选取间隙范围的最小下限值,使冲件断面有两次光亮带,冲孔废料留在凹模孔内的张紧力相对更大,不会轻易产生废料回跳现象。

被加工材料  间隙范围为材料厚度 ﹪
  铁      5—10 
  不锈钢       7—11
  铜      3—9 
  黄铜      4—9
  磷青铜      5—10
  铝      4—8

  表1 常用冲件材料的间隙取值范围
2.1.2 加长冲头推入法
    对大间隙的模具,采用加长冲头的长度,相比其他凸模更深进入凹模孔内,将废料推入凹模孔内更深的位置,同样是防止废料回跳的简单有效方法。但,冲头进入凹模刃口过深,对小间隙模具来讲,就容易增大刃口碰伤的发生概率,对模具的装配和每次磨刃口,也会带来很大操作上的不便。如冲头尺寸大的话,应尽可能采用安装顶料销,靠顶料销将废料推入凹模的更深位置。
2.1.3 斜刀口废料回弹撑紧法
    凸模采用斜刀口的形式防止废料回跳,见图1,适用于磷青铜等弹性系数好的材质,废料随斜刀口的角度弯曲冲裁分离后,有一个弯曲弹性回跳的变形,正好在凹模孔内形成一个回弹撑紧的作用力,将废料撑紧在凹模孔内,有效阻止废料向上回跳。见图1
2.2 防废料回跳的冲头凸模顶出装置
    防废料回跳的冲头凸模顶出装置常见有二种;微型的硅橡胶块顶出和借助弹簧力的顶料销顶出。
2.2.1 硅橡胶块顶出
    见图2,硅橡胶块顶出常用于冲头直径小于¢6mm以下,在无法安装弹簧顶出销装置时选用,可在小冲头顶端打一盲孔,并加工成有一定的倒退拔斜度,用以防止孔内安装的硅橡胶块脱落。硅橡胶块顶出设置,主要针对防润滑油粘连、防真空吸附等因素造成的废料回跳,适用于薄型冲压材料。见图2

模具设计之滑块设计实例

2.2.2 弹簧顶料销装置 
    弹簧顶料销装置可用于¢6mm以上的冲头内安装,具有更大的顶出力。在完成冲裁分离后,顶料销会把冲孔废料推进在更深的凹模部位,防止废料回跳,结构为在冲头内安装顶料销,顶料销后安装弹簧,弹簧后为闷头螺丝。

2.3  防废料回跳的凹模刃口设计
    在凹模刃口设计上,也有三种防废料回跳的方法,即——凹模直刀口法、凹模刃口壁毛糙面法、凹模刃口端倒退拔法。2.3.1 凹模直刃口
    凹模采用直刀口法,能增加冲件废料在直刃口中的摩擦系数,防止废料向上回跳。但直刀口的尺寸如太宽,又会增加废料向下排出的阻力,要统筹兼顾。
2.3.2凹模刃口壁毛糙面法
    为防冲孔废料的回跳,有时特意设计凹模刃口壁的毛糙面加工,见图3,我们知道各加工工艺的毛糙度效果,线切割加工要比磨削加工毛糙、电火花加工要比线切割加工毛糙,为防废料回跳,我们可以尽量选择毛糙度大的加工工艺手段,在凹模刃口壁上形成毛糙度大的摩擦阻力效果,防止废料回跳。
    现已有采用超硬合金的放电涂层工艺,使凹模刃口壁溶有一层增加摩擦系数的耐磨涂层麻点,能有效防止冲孔废料的向上回跳。见图3

模具设计之滑块设计实例

2.3.3 凹模刃口倒退拔法
    凹模端口一定尺寸采用加工成倒退拔刃口的形式,适用于一定厚度材料的冲压件,见图4,凹模刃口端的一定尺寸带加工成倒喇叭口斜度的刃口形式,使冲件按凹模喇叭口大一点的尺寸断裂分离后,废料的外形尺寸大于往下推进的凹模刃口带尺寸,废料以一定的过盈量被凸模推入凹模更深位置,与凹模孔形成过渡紧配合,有效防止废料回跳现象。见图4

模具设计之滑块设计实例

    当然,防止冲孔废料回跳除上述三种模具结构上的设计措施外,作为模具外的因素,还可以尽量少用潤滑油,减少因油膜粘连而产生废料回跳的发生概率。认真做好每次刃磨后的退磁工序,减少因磁性吸附造成的废料回跳的发生概率,有条件的话,可采用压缩空气脱料装置,等等。