非金属导板在冲压模具中的应用

文/崔涛·天津一汽丰田汽车有限公司西青冲压课

非金属导板在冲压模具中的应用

文/崔涛·天津一汽丰田汽车有限公司西青冲压课

崔涛，西青冲压课模具及新车项目主管，从事冲压模具的相关管理工作以及新车项目的冲压总担当。

据中国汽车工业协会统计，2011年我国汽车产销1841.89万辆和1850.51万辆，同比分别增长0.84%和2.45%，再次刷新全球历史纪录，中国汽车产销连续第三年全球第一。

工业和信息化部副部长苏波曾在上海举办的“2011上海国际车展高峰论坛”上表示，“十二五”期间我国汽车业主要有提高自主创新能力、加强行业整合、发展新能源汽车等六大方面的任务：

⑴大力提高汽车企业自主创新能力；⑵推动产品优化升级，实现由汽车大国向汽车强国转变；⑶加快发展新能源汽车，掌握新材料等关键技术；⑷加快零部件发展；⑸着力发展汽车服务业；⑹提高对外开放的层次和水平，继续加强与国外的合资合作，加强引进技术消化、吸收、再创新。

由此可见，行业内部对自主创新能力和新材料方面相当重视，并且也在进行着部分新工艺的实践

活动，加之我国汽车产量的逐年攀升，势必对冲压模具质量及制造维护成本提出更多的要求。在考虑将模具的一些配件轻量化、低成本化的过程中，选择了最常用的导板，但由于研发能力相对薄弱，因此本文就笔者的收获与大家分享。

现状

考虑利用导板进行试验，是因为当前汽车产量急剧攀升，使得冲压每一批次产品数量加大，作为每一次冲压动作行程中至关重要的导板，其磨损频次也在逐渐加大。

在最初的模具设计中，较常使用铸铁及钢制导板，如图1所示。模具本体是铸铁材质，导板是同材质的或较本体材质硬，这就使得在动作过程中导板与本体导滑面进行摩擦。因此，一段时间后模具本体的导滑面就出现一道一道的刮痕，严重时还会导致本体导滑面的滑动基准缺失，从而无法保证滑动配合的准确性和有效性。

图1 铸铁及钢制导板

随着技术的进步，铜制导板（图2）便开始普及使用，主要考虑铜材质较模具本体的铸铁材质软，在长时间摩擦后能保证模具本体导滑面完好，通过定期点检将磨损的铜导板更换就可确保滑动基准的稳定性。且自2006年开始，日本丰田也陆续在模具配合部位普遍采用铜导板设计以保证滑动配合基准的有效性。但是这一变化的缺点就是造价较高，铜制导板较铸铁或钢制导板制作成本昂贵很多，势必增加模具的投入成本，不利于原价低减的初衷。

图2 铜制导板

第一阶段—认识

起初并没有考虑成本的因素，而是从保全人员的作业性上引起重视。无论是铜制还是铁制导板，在点检过程中需要更换时，保全人员都会由于导板重量的原因多次搬运，在体力负荷和效率上存在消耗。而后随着生产整车台数的增加，模具的冲压频次也在不断增长，这就导致对模具的维护成本逐渐增多，经过成本分析，发现每年在导板上花费十几万甚至几十万元来保证400多台模具的正常生产，因此急切寻找一种低成本、低重量且高品质的新材质导板。经过资料的收集，技术人员发现在很多电器元件上都采用电木塑料，而且在一些设备的导轨上也采用这种材质的导滑元件，于是对电木进行产生了浓厚的兴趣，希望能解决问题。

电木定义

电木的化学名称叫酚醛塑料，是塑料中第一个投入工业生产的品种，具有较高的机械强度、良好的绝缘性，耐热、耐腐蚀，主要成分是酚醛树脂。酚类和醛类化合物在酸性或碱性催化剂作用下，经缩聚反应可制得酚醛树脂。将酚醛树脂和锯木粉、滑石粉（填料）、乌洛托品（固化剂）硬脂酸(润滑剂)、颜料等充分混合，并在混炼机中加热混炼，即得电木粉(或称胶木粉)。将电木粉在模具中加热压制成形后得到热固性酚醛塑料制品。

重要性能

⑴耐高温性能。酚醛树脂最重要的特征就是耐高温性，即使在非常高的温度下，也能保持其结构的整体性和尺寸的稳定性。正因为这个原因，酚醛树脂应用于一些高温领域，例如耐火材料，摩擦材料，粘结剂和铸造行业。

⑵机械加工性能。由于是酚类和醛类化合物缩聚而成，且生成的化合物联结性较差，当外界作用力大于分子间作用力时就会发生脱落，这就使以酚醛树脂作为主要成分的电木导板在机械加工时特别便捷快速，这种性能能大大缩短加工时间，提高制作效率。不过其内部的这种微观性质也决定了其致命缺点—就是脆性较大易碎。

⑶粘结强度。酚醛树脂一个重要的应用就是作为粘结剂。酚醛树脂是一种多功能，与各种各样的有机和无机填料都能相容的物质。设计正确的酚醛树脂，润湿速度特别快。并且在交联后可以为磨具耐火材料，摩擦材料以及电木粉提供所需要的机械强度，耐热性能和电性能。

水溶性酚醛树脂或醇溶性酚醛树脂用来浸渍纸、棉布、玻璃、石棉和其他类似的物质为基本物质提供机械强度，电性能等。典型的例子，如电绝缘和机械层压制造，离合器片和汽车滤清器用滤纸。

⑷高残碳率。在温度大约为1000℃的惰性气体条件下，酚醛树脂会产生很高的残碳，这有利于维持酚醛树脂的结构稳定性。这种特性是能用于耐火材料领域的一个重要原因。

⑸低烟、低毒。与其他树脂系统相比，酚醛树脂系统具有低烟、低毒的优势。在燃烧的情况下，用科学配方生产出的酚醛树脂系统，将会缓慢分解产生氢气、碳氢化合物、水蒸气和碳氧化物。分解过程中所产生的烟相对少，毒性也相对低。这些特点使酚醛树脂适用于公共运输和安全要求非常严格的领域，如矿山，防护栏和建筑业等。

⑹抗化学性。交联后的酚醛树脂可以抵制任何化学物质的分解。例如汽油，石油，醇，乙二醇和各种碳氢化合物。

⑺热处理。热处理会提高固化树脂的玻璃化温度，可以进一步改善树脂的各项性能。玻璃化温度与结晶固体如聚丙烯的熔化状态相似。酚醛树脂最初的玻璃化温度与在最初固化阶段所用的固化温度有关。热处理过程可以提高交联树脂的流动性促使反应进一步发生，同时也可以除去残留的挥发酚，降低收缩、增强尺寸稳定性、硬度和高温强度。同时，树脂也趋向于收缩和变脆。树脂后处理升温曲线将取决于树脂最初的固化条件和树脂系统。

应用选择

在了解电木的各性质后，对其能够使用的场合进行分析。在模具结构中，导板主要在三种位置使用（图3）：在水平位置，导板受垂直于导滑面的作用载荷最大；在斜面位置，导板受垂直于导滑面的作用载荷较大；在竖直位置，导板受垂直于导滑面的作用载荷最小。

分析垂直载荷，是因为之前介绍电木有易碎的特性，如果承载垂直作用力太大会有碎裂的隐患，对模具安全造成危害。因此，考虑制作一种型号的电木导板在一台模具的压料芯上使用，并于2006年5月进行了试用。

第二阶段—改善

对该套模具进行安装试用之后，保全在每1000冲程时都会对导板进行点检，以确保其无破碎磨损，坚持五次确认后在每2000冲程时确认一次，之后每5000冲程确认一次，直到2007年4月的对该模具进行定期点检时，保全在合模实施装配压料芯的作业时，不小心碰到了电木导板（图4）一角，然后此块导板的角部发生破碎并成粉末状，这种现象的确符合电木的特性，但在模具装配过程中难免发生磕碰，技术人员要考虑改善问题。

图4 电木导板

经与制作厂家研讨，目前这种电木导板是采用粉末状电木粉压制成形，再实施机加工达到最终尺寸精度要求。对其制作工艺进行深入商讨，决定尝试用片状电木层制作，于是厂家改用片状电木层叠加压制成形，再实施机加工达到最终尺寸精度要求再进行试用。但是进行安装时（图5）又发生了新的问题，就是在螺栓紧固时，由于用力过大将电木导板的沉头位置压裂，然后厂家在螺栓固定位置使用铁套，以增加螺栓紧固强度，且成本上不受影响。

在此基础上，保全依然坚持对该模具重点监控一直坚持了一年多没有发生任何不良。

第三阶段—应用拓展

在确认电木导板的竖直位置应用无任何异常后，开始在2008年最新下线的车型上进行试用，而且计划在不同工序的竖直位置进行尝试，试用情况如表1。

第四阶段—评价

经过几年的试用，在模具结构的竖直位置使用电木导板还是比较稳定的，而且经历了十几万冲程(2006年试用的车型进行了15万冲程；2008年试用的车型进行了11万冲程)的实际生产，也无任何异常情况发生，效果良好。那么电木导板与传统金属导板相比又有什么不同呢，对比参数见表2。

电木导板具有以下优点：⑴成本低廉，如果实现批量生产，那么其制作成本将会更低；⑵机械加工性能较好，材质不坚硬致使机械加工效率较高，加工周期有效缩短；⑶材质较轻，使保全装配作业时劳动负荷降低，为作业人员有效降低体力负担，利于员工健康。缺点为：强度及硬度较低使其不能承担较大的垂直作用力，否则易发生破碎。

图5 电木导板安装在模具上

■表1 电木导板试用情况

■表2 电木导板与传统金属导板对比

结束语

据不完全统计，国内冲压行业的模具一直都采用金属导板，来满足各工厂冲压工艺的滑动配合要求。因为金属导板有其性能的优越性，如耐磨性好、抗压抗拉强度高、硬度高、原材料资源丰富(铸铁、钢、铜)等。但长时间的批量使用，也暴露出金属导板的不少缺点，如成本较高、密度大、质量重等。

采用的非金属导板称为酚醛塑料导板（电木导板或是胶木导板）,属于塑料制品,是以酚醛树脂或其改性树脂为粘合剂，加入木粉填料及其他添加物质所制成的热固性模塑料。其中酚醛树脂具有良好的耐酸耐热性能以及良好的力学性能，能够承担摩擦载荷和轻微撞击，适合应用于竖直放置的导板。由于受条件的制约，无法深入的对该材质导板进行剖析，希望相关机构读到这篇文章能够引起相关重视，实施进一步研究。

预测将来这种或是其他材质的产品能够使冲压模具制作成本更加低廉，也希望有更多更好的新材料新工艺在的民族汽车行业有更广泛的应用。