HJ125—22橫管V沖弧不良診斷及模具設計優化

楊國軍

摘要：設計制作新結構HJ125-22橫管V沖弧口模具，解決生產當中的拉刀問題，以及兩端弧口錯位的問題，提高了生產效率。

關鍵詞：HJ125-22橫管V；沖床；模具零件；模具結構

1.引言

HJ125-22橫管V是HJ125-22車架橫管V總成上的一個管件，原料是焊管。這個零件在我們公司的生產工藝上是這樣安排的：首先是從鋼鐵公司（上海寶鋼）采購鋼卷，然后將鋼卷在我司的分條機上進行分條。就是把一卷鋼料分成一片一片的鋼帶，按照鋼帶的寬度，一卷鋼卷可以分成若干鋼帶。其后，把鋼帶吊裝到開卷機上，通過開卷機將一片一片的鋼帶送到制管機里。鋼帶在制管機里通過十幾道軋輥，進行卷邊、成型、焊接、刨焊絲，再進行定徑整形，一條條的焊管就這樣生產出來。然后將焊開在沖床上進行下料，HJ125-22橫管V的開料長度是210，這樣HJ125-22橫管V的毛坯就生產出來。由于HJ125-22橫管V的兩端頭的弧口與豎直方向呈2度角度，兩端的弧口中心線呈“八”字，所以在模具上沖弧口的時候，先沖一邊端頭，然后再以沖過的弧口作定位，防止弧口偏扭，再沖另一端頭弧口。

2.產品分析

2014年元月份我司開發HJ125-22車架組焊件，HJ125-22橫管V總成是其中的一個組焊件。HJ125-22橫管V總成由5個零件組成：HJ125-22橫管Ⅴ、HJ125-22發動機安裝板、HJ125-22空濾器支承板Ⅲ組成、HJ125-22整流器安裝板組成線，HJ125-22橫管Ⅴ是其中的管件，尺寸見下圖（圖2-1）：

這個零件的的直徑是φ22的鋼管，它的壁厚是2。兩端都要切弧口，它的弧口直徑是φ25.5-φ26，兩端弧口與管件中心的交點尺寸是216.3-217.3，弧口與豎直方向的夾角是2度。也就時說，沖切兩端弧口時，要求沖刀與管件要呈一定的角度，不能采用常規的90度角度，從側面來看要必須是88度的角度。由于沖刀要在豎直方向隨著沖床運動，所以管件的擺放只能前低后翹。

3.存在的質量的問題

在生產過程中，這個產品合格率92%，我們發現這個產品容易發兩種不良情況：

1.弧口與管件表面磕傷；

2.兩端弧口扭偏。

4.原因分析

針對這個產品常出現的問題，我找了3個人成立QC小組。我們小組成員集

中在一起，運用頭腦風暴法，集思廣益分析原因。我們從村料、模具、人員、三個方面分析這個問題。我們找到了4個末端原因：材料不合格、模具拉刀、員工對不準弧口、新員工操作。

5.確定主要要因

5.1 材料不合格

HJ125-22橫管V的材料是Q195，它是碳素結構鋼。這種碳素結構鋼在工業生產中產量大，成本相比較低，并且它里面所含的雜質也相對多一些，具有一定的力學性能，一般在熱思狀態下供應。它適用于一般結構鋼和工程用的熱軋鋼板、熱軋鋼帶、熱軋型鋼、熱軋棒鋼。所以它可以供焊接、鉚接以入螺栓結構件的應用，廣泛地應用于橋梁、船舶、建筑工程中，制作各種靜負荷的金屬結構件、不需要熱處理的一般機械零件和普通焊接件，是一種用途非常廣泛的工程用鋼。用Q195制作焊管之后，它由平板變成一個力學性能結構穩定的鋼管，在對其沖切時，它的沖切弧口上部會呈現凹陷的狀態。

經過檢測，我司的材料厚度是1.95-2.02，屈服點為200-210，抗位強度為350-380，伸長率為35-37。進行化學分析，C含量0.7-0.8，Mn含量0.3-0.4，Si含量0.22-0.25，S含量0.2-0.3，P含量0.025-0.35。以上的數據表明，我們用的材料是沒有問題的。所以，材料不合格非要因。

5.2 模具拉刀

我們在開發HJ125-22組焊件時，對開沖管件的弧口模具進行發外制作，也就是說我們公司自己不制作，讓外邊的模具商制作。由于當時開發時間短，我們就采用了模具商的方案。

這套模具典型的特點是有兩個工位，先沖一邊的弧口，再沖另一邊的弧口。上模有兩個沖刀，沖刀前后都開刃口，下模也有兩個凹模。所沖的管件在模具上擺放，與水平面存在2度的夾角，也就是說管件不是水平放置的，它是左邊低右邊高。下模的放料槽上裝有活動的壓板，當管件放入其中時，用用旋轉壓板壓住管件，防止管件在沖弧口時，由于沖刀與產品之間的摩擦，把管件從凹模帶出來。這套模具的外形尺寸是350*325*240，閉模高度是220，我司的25T沖床的閉模120-260，所以把它安裝在25T沖床上是合適的。

在使用過程中，我們發現這套模具存在以下問題：

1.拉刀。員工操作時，把管件放入下模，然后旋轉壓板壓住管件，然后開機沖弧口。在模具打開的那一瞬間，由于沖刀與管件端面存在摩擦，把管件會往上帶。管件再通過自身的杠桿長度傳導到壓板上，就這樣持續不停地撞擊壓板，導致壓板與管件之間的間隙越來越大。經過500件沖壓后，壓板就造成了一個失效的狀態。這樣，管件就不時地沖刀往上拉，從而造成壓板磕傷管件。

所以，模具拉刀是要因。

5.3 員工對不準弧口

由于沖弧口時，是員工手動操作，把第一次沖的弧口貼住定位塊，再沖第二個弧口（見圖5-2）。所謂“常在河邊走，難免不濕鞋”，時間久了，難免會出現對不到弧口的情況，如果弧口與定位塊不貼合，就會造成第一個弧口與第二個弧口扭偏。弧口扭偏之后，管件只好報廢。經過統計，不合格率不低于百分之5。所以，員工對不準弧口也是要因。

5.4 新員工操作

HJ125-22橫管V沖弧口工序，有3個人做這道工序，他們是陳海燕、陸文康、王興保。我們對這三個人的資料進行調查，見表5-1

我們發現他們都是進廠6個月以上的老員工。所以，新員工操作非要因。

6.制定對策計劃

我們針對“模具拉刀、員工對不準弧口”兩個末端原因，提出了用設計制作

新結構的模具這個方案。見表6-1

7.按對策實施

7.1 設計模具

首先，我們對這個產品進行工藝分析。在對其進行結構工藝分析時，這個這

品是一個管件，它的圓周是一個封閉結構，在對它進行沖裁時，不能按平板件沖壓結構設計。它的沖刀必須是一個錐形的結構，沖刀的中間凸起，先對管件的高點進行剖開式沖切，然后逐步擴散到下面進行整個管件的沖切。

其次，對沖裁件的精度和斷面粗糙度進行分析。我們發這個零件的兩端弧

口的中心距特別重要，因為兩端的弧口是與車架左右側管相焊接的位置，如果保證的不好，尺寸過大或過小，勢必對后面的焊接造成影響，大了不能進行焊接，小了焊接間隙大。所以在設計模具時，模具的兩個切口尺寸我們按照±0.05進行設計。

2015年3月2日，我設計出新結構HJ125-22橫管V沖弧口模具。這套模具的特點是無導柱導套，兩個沖刀裝在兩側的滑塊上，在橡膠的彈力和拉簧的拉力作用下，隨著上模具向上開模而自動復位。

模具操作的情況是這樣的。模具裝在40T沖床上，首先把管件用安全手放入模具內，然后沖床滑塊下行，沖床滑塊壓著上模，模具兩側的滑塊隨著上模在固定座上活動。此時，壓料桿先壓住管件，沖刀模具滑塊的導向下對管件的兩端同時沖弧口，沖切完成。緊接著，沖床滑塊向上復位，滑塊相橡膠的彈力作用下，帶著沖刀從管件和下模孔內拔出。上模到到最高位置，滑塊被橡膠作用到末端時，拉簧繼續接力，把兩個滑塊接到最高位置。然后操作工用安全手把管件從下模內取出，模具開啟動作完成。模具閉合及開啟見圖7-2，圖7-3。

7.2 模具制作

2015年3月5日我們開始采購模具原材料，材料清單見下表：

由于零件的內個關鍵件的熱處理較為重要，它們影響模具的壽命，分別是：上模板、滑塊壓板A、滑塊壓板B、壓料桿、下模、滑塊。由于我司沒有熱處理設備，所以我們發外安排此工藝。我們要求廠商用正常淬火+低溫回火（一次硬化法）的工藝。熱處理后的組織為回火馬氏體、未溶碳化物和殘余奧氏休。具有高硬度（大于60HRC）、高溫耐磨性和一定的韌性。廣泛用于碳素工具鋼、低合金工具鋼、冷作模具鋼等制造低速切削的刃具、冷作模具和量具。由于冷作模具要求組織穩定性高，以保證高的尺寸精度，故通常淬火后進行冰冷處理，以降低殘余的奧氏體的含量。而且在磨削后常進行穩定化處理，使馬氏體趨于穩定，進一步降低內應力。

經過20天的努力，模具于2015年3月25日完成。

8.效果檢查

2015年7月10日，我們對4月、5月、6月三個月的HJ125-22橫管V沖弧口的生產情況進行檢查，見下表：

HJ125-22橫管V沖弧口的合格率三個月平均值99.49%，原來的合格率是92%，

超過了目標值，我們的目標實現了。

9.結束語

針對HJ125-22橫管V沖弧口不良，經過分析驗證，我們發現了主要是工裝模具問題造成的。原來的模具是兩次沖弧口，先沖一端再沖另一端，容易造成兩端弧口扭偏。我們把模具進行重新設計，兩端的弧口一次沖切，保證了弧口中心平面度，產品的合格率由92%提高到99.49%。今后，我們還準備把這個經驗用到我司同類結構產品，也采用此類模具結構，提高產品質量。

參考文獻

[1]楊玉英，崔令江.實用沖壓工藝及模具設計手冊[M].北京：機械工業出版社，2004.

[2]王啟平.機床夾具設計[M]. 哈爾濱：哈爾濱工業大學出版社，2005.

（作者單位：江門市蓬江區榮盛實業有限公司）