江铃汽车外覆盖件修边模铁屑抑制优化研究

随着汽车制造行业自动化的快速发展，汽车零部件的高速自动化生产程度也越来越高，对冲模的要求也越来越严格。冲压自动化是全封闭模块化运作，一旦产生铁屑，极易粘附在零件表面并带至凹模内而使零件被压出凹痕，严重影响模具零件及成形零件的外观质量。

因此铁屑需要及时擦拭清除，否则会造成模具零件损坏或成形零件大批量报废，给冲压企业带来损失。而经常间断性地停机擦拭模具会降低自动化的生产效率。所以铁屑问题已成为制约各冲压企业自动化推进的主要障碍，如何抑制模具修边产生的铁屑压伤问题，也成为近年来行业的重点研究课题及难题。

有研究表明修边采用分序完成、对模具铁屑进行吹气等方法可减少铁屑，但因各企业工艺水平及模具设计要求的差异，各类技术方法的应用存在一定的制约性和差异性。

以下通过汽车外覆盖件铁屑优化实例，从铁屑产生的机理出发，运用基础数据对比及光学显微拍照等技术，完善抑制铁屑的基础理论，并归纳总结抑制铁屑产生的技术方法及其应用要求，供业内人士参考借鉴。

问题描述及研究思路

（a）凹模刃口

（b）废料接刀

图1 铁屑区域示意图

如图1所示，对修边模周边的铁屑区域进行机理分析。从图1（a）中明显可见模具凹模刃口磨损，会造成修边间隙不均匀，细小毛刺受到刃口挤压而产生铁屑，从图1（b）中可见模具废料刀与凹模刃口接刀处堆积大量铁屑，这是因为废料刀与相邻刃口存在高度差，先切入的刃口会刺破零件，产生撕裂型毛刺，而后切入的刃口会二次剪切及刮蹭而产生铁屑。因此，抑制铁屑产生的技术方法主要从优化常规修边工艺和消除接刀毛刺（废料接刀、无废料刀情况下的分序修边接刀）2个方面分析。

修边工艺优化

图2 修边工艺参数

如图2所示，修边工艺参数主要分为刃口间隙、型面研合率、刃口切入深度及刃口形状4个方面，相关研究表明，抑制铁屑的优化方法具体为：①刃口间隙：满足修边刃口间隙设计标准；②型面研合率：需保证零件与凹模型面的配合间隙小，一般为0.5mm以下；③刃口切入深度：切入深度可优化为3~5mm；④刃口形状：刃口垂直度要求高，并对刃口后端进行避空。

图3 尾门外板修边模

其中型面研合率、刃口切入深度及刃口形状通常能够满足设计标准，刃口间隙会随着模具调试过程而不断变化，以下将研究刃口间隙对铁屑产生的影响机制，对抑制铁屑的产生具有重要意义。如图3所示，选取某车型尾门外板修边模中a、b、c、d对称区域进行研究，为消除其他影响因素，其型面研合率、刃口切入深度及刃口形状按常规要求进行，通过生产观察发现，a、c区域明显比b、d区域产生的铁屑压伤多。

图4 测量点示意图

图5 刃口间隙测量结果

如图4所示，分别将a、b、c、d区域均分30个点测定刃口间隙值，并绘制二轴图，其测量结果如图5所示。由图5可见，4个区域刃口间隙最大值为0.075mm，为料厚的9.3%，略高于7%的设计值（参考GB/T16743-1997）；刃口间隙最小值为0.04mm，为料厚的5%，满足设计标准要求，且通过观察板料4个区域均无明显的突起毛刺。

图6 刃口截面形貌对比

选取a、b对称2个区域进行对比分析，a、b区域内各点的间隙均匀且b区域间隙较大而铁屑较少；选取c、d对称2个区域进行对比分析，d区域间隙均匀且较大而铁屑较少，c区域间隙不均匀，部分区域间隙较大，部分间隙较小，也存在较多铁屑。图6所示是a、b区域板料的显微截面形貌对比，由图6可见，a区域间隙较小，其截面剪切面较b区域宽，而剪切面越宽，模具作用的压应力则越大，刃口更易磨损而刮蹭板料掉屑，因此刃口间隙较小的a、c区域更容易产生大量铁屑。

（a）细条状铁屑

（b）颗粒状铁屑

图7 铁屑形态对比

如图7所示，对a、c区域铁屑进行观察发现，a区域存在较多细条状铁屑（见图7（a）），而c区域存在较多颗粒状铁屑（见图7（b））。有可能是a区域刃口间隙均匀而偏小则易产生较大铁屑，c区域刃口间隙局部偏小（测量点1~3及点11~15）则更易产生颗粒状铁屑。其中因颗粒状铁屑质量轻，更易被板料粘附带至模腔，因此制件c区域的铁屑压伤更严重。

上述结果表明选取较大的合理刃口间隙、保证间隙均匀对抑制铁屑有重要意义。而在实际生产中，可通过观察板料修边截面形态和修边刃口状态，对刃口间隙进行适当加大而降低截面剪切面宽度以抑制铁屑的产生。

消除接刀毛刺

接刀毛刺是由废料相邻刃口或分序修边刃口存在先后剪切而引起接刀处修边的二次剪切或刮蹭导致的，故消除接刀毛刺应从避免接刀处二次剪切方面考虑。

废料切刀结构优化

图8 分离式废料切刀

图8所示是某车型门外板运用分离式废料切刀的结构示意图，其主要原理是将废料与零件分离，待废料远离修边边界后再进行废料切断，该结构可避免废料刺破性毛刺和铁屑的产生。该技术要求废料形状平整，能稳定地支撑于废料切刀型面上，而后进行废料切断。因此分离式废料切刀可应用于四门外板、发动机舱盖外板等拉深工艺补充面浅而窄的零件加工（见表1）。

图9 压缩式废料切刀

图9所示是某车型翼子板运用压缩式废料切刀的结构示意图，其主要原理是将凸模后切入修边刀块的刃口加高，研配与之相邻的先切入修边刀块刃口等高，消除了因凸模刃口高度差而产生撕裂型毛刺铁屑（见图9（a））；凸模刃口加高后呈凸形，需对凹模进行凹处理，确保模具零件之间无干涉，并对废料进行强压变形收缩，再进行废料切断（见图9（b））。该技术要求废料区域易被压缩，故压缩式废料切刀可应用于翼子板、侧围外板等拉深工艺补充面深而宽的零件加工（见表1）。

分序接刀毛刺

在工艺设计取消废料切刀情况下，采用分序修边的方式能有效抑制铁屑问题，但常规的分序修边接刀也易产生毛刺而引起铁屑。

图10 分序修边结构改进对比

图10所示分别是常规与改进后的分序修边结构示意图，常规工艺过程为先切入和后切入分序修边呈直线接刀结构，改进的工艺过程先切入和后切入分序修边呈圆弧结构。改进后的先切入修边需做圆弧形缺口，确保后切入刃口不造成复切而引起毛刺铁屑。图11所示是某车型尾门外板分序修边改进前后对比实例，图11（a）所示为改进前的常规分序修边结构，零件存在较大的软毛刺；图11（b）所示，通过对分序修边结构进行优化改进，有效地解决了此处毛刺以及铁屑问题。