超厚不锈钢零件的冲模设计

0 引言

图1 所示为304 不锈钢成形的零件，单件月产量约300 件以上，材料板厚分别为12.0 mm 与6.0 mm。该零件外形尺寸可通过机械加工与冲压成形得到，与客户交流后，零件长度通过剪板切断实现，两长圆孔因材质及板厚原因，采用激光切割加工后，出现割缝发黑或发青，且局部存在细小残留，影响零件后工序处理并存在安全隐患，建议断面保留原色泽。

1 零件冲压工艺分析

在常规冲裁过程中，随着材料在凸模的作用下逐渐分离，材料在剪口截面处呈现4个变形阶段：弹性变形阶段、塑性变形阶段、微裂纹扩展阶段、撕裂变形阶段，如图2所示。

材料冲裁断面产生4 个特征区：圆角带、光亮带、断裂带、毛刺带，如图3所示。材料加工后，有用部分称工件，无用部分称废料，工件与废料断面状态对应且相反。

零件原生产工艺采用机加工形式，工作过程：准备待加工材料、装夹材料、铣削加工、松卸夹具、工件移位、再夹紧材料、铣削加工、松卸夹具、卸取工件、去毛刺。原生产工艺在采用合适铣刀工况下，加工

=6.0 mm 不锈钢板上1 个孔需要12～15 min，即加工图1（c）一个零件需耗时0.4～0.5 h；加工

=12.0 mm 不锈钢板上1个孔需要25～30 min，即加工图1（a）或图1（b）所示1 个零件需耗时0.8～1.0 h；再叠加实际加工工况，如铣刀材质、刀损、磨刀量、备用刀数量等，则需延长工时。原机械加工工艺方案拟升级为激光切割加工方案，经试切及送样后反馈断面有色泽差异、氧化残留而不接受，因此激光切割加工方案不予考虑。在综合分析原机械加工工艺、月产量、批量加工所需投入成本等要素后，依据材料特性、不同厚度规格，采用快拆共模方式进行冲压成形，在已有需求量的支撑下，既能充分发挥投入可控、体现冲压加工的经济性及合理性，又能更好满足客户在品质上的要求，是生产的可替代工艺。

2 超厚不锈钢快拆型模具结构分析

图4 所示为快拆型模具结构，考虑板厚的变化及卸料的通用可靠性，模具在冲压平板不锈钢时采用刚性卸料。在试冲不同型号不锈钢角钢样件时，因工件外形及空间受限等因素，改用弹性卸料结构（即聚氨脂包络凸模），则工况呈现差异性。当快拆镶件18采用正常双边间隙时（按常用不锈钢冲裁间隙推荐表即Ⅰ类按（5%～8%）

、Ⅱ类按（8%～11%）

、Ⅲ类按（11%～15%）

取值，此处取Ⅲ类中较大值即14%

），冲压后工件粘连凸模，如图5所示，工件光亮区较大且不均匀，虽已预留6 mm 聚氨脂预压量，但仍不能有效卸出工件。在冲压过程中采用冷却液润滑后，冲压工况有改善，但卸料不良率达80%～90%。当快拆镶件18 采用超大双边间隙时，如表1所示，不锈钢角钢卸料较好，但工件及废料断裂带明显增大，截面断裂角（见图3中

）明显变大。在冲压过程中辅以冷却液，快速连续冲压时（即冲压频率提高40%～50%时），模具弹性卸料仍保持顺畅。

模具冲压过程：随上模持续下行，凸模7穿过钢性固定卸料板8 至冲压件10 上表面。因材料特征及厚度不同，此冲压过程有明显差异。通过冲压验证（以

=12.0 mm为例），采用2种间隙、3种压力设备进行冲压并比对试样。第1 种工况：当快拆镶件18采用正常双边间隙，取（16%～18%）

、小压力液压机1 200 kN时，上模开始向下微压（积蓄能量的短停时段），随上模持续下压，当能量积蓄到材料变形直至断裂时，凸模7冲压材料进入凹模，伴随较沉闷的金属断裂声。当快拆镶件18 采用超大双边间隙，取（24%～25%）

、小压力液压机1 200 kN 时，上模向下微压，材料有渐变过程；随上模持续下压，当能量积蓄到材料断裂、凸模7冲压材料进入凹模内，伴随稍清脆的金属断裂声。当快拆镶件18 的双边间隙采用（24%～25%）

、稍大压力液压机1 600 kN 时，上模持续向下微压、材料渐变直至断裂，凸模7冲压材料进入凹模内，伴随较清脆的金属断裂声。第2 种工况：除采用800 kN 或1 100 kN 压力机替代液压机外，其余验证条件及方法相同，因压力机具有机械运动的连惯性，凸模7 在材料表面停顿间隔比采用液压机时短、声音更脆、震动更大。同类冲压设备，因800 kN 压力机的冲压力比理论冲裁力仅大10%～15%，从冲断过程看，1 100 kN 压力机比800 kN 压力机省力省颤。

模具装模过程：按冲模装夹规范与冲压设备装配好，松开螺钉21，移开固定卸料板8，松开快拆镶件18的螺钉13，换上与材料厚度相匹配的快拆镶件18（依次采用正常双边间隙、再采用超大双边间隙，以下类似）；再顺序紧固螺钉13、移回固定卸料板8、螺钉21。随上滑块下行，上模部分在上滑块的带动下下行。

目前，我国对跨境人民币结算业务与贸易关系的研究不多。研究“一带一路”倡议下两者是否存在相互促进关系的研究更是少之又少。

模具冲压回程：上模带动凸模7 冲孔后，凸模7进入快拆镶件18内，冲压件10包络凸模7侧面。当快拆镶件18 采用较小间隙时，凸模7 的卸料力远大于快拆镶件18 采用超大间隙的卸料力。在验证中采用冷却液循环冷却时，冲压件包络凸模的卸料力有较大改善。当快拆镶件18采用正常间隙、小压力冲床时，卸料顺畅性有较明显的改善；当快拆镶件18 采用超大间隙、小压力冲床时，卸料已无障碍顺利实现。

2.1 治疗前后两组尿蛋白水平对比 治疗后两组尿蛋白水平均明显低于治疗前，而观察组尿蛋白水平明显低于对照组，组间对比差异有统计学意义(均P<0.05)。见表1。

LIU Cheng-ling, LIU Xing-chen, HU Xing-ye, YANG Chao

在冲压参数优化后，经工时核定，

=6.0 mm及

=12.0 mm 不锈钢可达6～10 冲次/min，即每分钟可生产3～5 件。成形零件毛刺面符合质量要求，如图6所示。

3 模具零件材料的选用

凸模7 常用材料有Cr12MoV、SKD-11、D2、DC53、SKH-51，快拆镶件18 常用材料有Cr12MoV、SKD-11、DC53 等。结合不锈钢超厚材料冲压特性及经济性，验证时凸模选用Cr12MoV（热处理硬度60～61 HRC）、D2（热处理硬度61～62 HRC）、DC53（热处理硬度63 HRC 以上），快拆镶件选用Cr12MoV（热处理硬度58～59 HRC）、DC53（热处理硬度59～61 HRC）。依据凸模材料特征、工作端面等不同工况对冲压的影响，开展了对凸模工作面进行TD镀层的冲压效果比对。经验证，在不锈钢超厚板材正常频次冲压中，当快拆镶件采用正常间隙、同材料、无冷却液工况时，凸模进行TD 镀层处理所呈现的工效期（指凸模工作部位本次刃磨到下次刃磨期内，工件冲压毛刺合格所开展的冲压次数）稍长，凸模失效形式如图7 所示。据现场统计，冲压次数不超过20～30冲次时，凸模台肩处断裂；当快拆镶件采用超大间隙、同材料、有冷却液工况下，凸模进行TD 镀层处理的工效期比不做处理时约延长一倍以上，冲压200 次以上的凸模、快拆镶件刃口仍较好。从冲压超厚不锈钢验证来看，不考虑镀层厚度、均匀性等因素，凸模材料的稳定性、耐用性从高到低依次是DC53、D2、Cr12MoV。从快拆镶件工况来看：工作刃口采用镀层与不采用镀层的实际使用效果差异较小；同种材料，采用超大间隙其实际工作效果好于采用正常间隙；对不同材料，凸模材料的冲压稳定性、耐用性从高到低依次是DC53、Cr12MoV。综合经济性、可接受的冲压寿命、有效刃磨性考量，凸模选用DC53 并进行TD 处理，快拆镶件采用Cr12MoV+超大间隙参数处理，冷却方式采用乳白色皂化液介质循环冷却。

4 结束语

以上从超厚不锈钢加工工艺方面作了经济性分析，也对影响超厚不锈钢冲压加工的重要因素进行了论述，结合冲压辅助要素在超厚不锈钢加工过程中的灵活使用，实现经济性加工。对供需方所提供的钣金零件，采用何种方式加工，需要结合周边可借用的生产要素（如人、机、料、法、环）加以衡量，零件加工的经济合理性是其重要的参考指标。当零件加工数量变化时，其加工工艺性会随之变化，即加工工艺性具有适变性。在生产过程中，需要对常见加工工艺或特殊加工工艺的差异性加以了解与总结，形成可量化或物化的指标特性。当客户的品质要求及需求量有变化时，才能更好地结合客观要素作出适应性变化，实现较好的经济效益。

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