數控仿形磨技術在鋁板模具質量提升中的應用實踐

文/石旭東·北京奔馳汽車有限公司

切邊毛刺一直是汽車沖壓行業切邊工序最主要的問題。首先，切邊毛刺在汽車零件沖壓生產過程中會脫落，產生的碎屑會造成影響零件外觀質量的硌傷，問題件需要額外的返修工作才能交付。其次，脫落的碎屑會污染生產線，進而對在該生產線生產的其他零件造成影響。總之，切邊碎屑對零件質量有直接的影響，造成的直接和間接損失不可忽視。

隨著汽車行業輕量化車身的提出，鋁件占比逐年提高。鋁板由于自身材料特性，相對于鋼板，對切邊工況更敏感，生產過程中更容易產生切邊碎屑，也容易被硌傷。面對上述行業難題，我們迫切的需要一種有別于現有傳統技術的新技術和新工藝來優化和提高切邊質量，減少切邊碎屑。

鋁板特性介紹

切邊刃口的前期設計、刃口間隙值大小、刃口間隙的均勻性、刃口的垂直度及光潔度都會對切邊碎屑產生影響。鋁板相對于鋼板，硬度更軟，材料更脆。在同等工況下，相對于鋼板更容易產生碎屑(圖1)，鋁屑很容易造成零件硌傷(圖2)，因此對切邊刃口質量有更高的要求。

圖1 切邊工序的鋁屑

圖2 鋁屑造成的零件硌傷

加工工藝創新

工藝先進性—“先裝配后加工”

傳統刃口的加工工藝，上、下模刃口是使用數控銑床按照工藝刃口線加工，并按要求釋放切邊間隙，這種加工方式最大的問題是“裝配誤差”。上模和下模刃口都是按照工藝數據實施加工，并測量，刃口的精度一般能控制在±0.02mm 的范圍內，這似乎看上去問題不大，其實不然。

首先，上、下模具的準確定位是依靠模具的導板、導柱等導向元件保證的，導向元件本身是有配合間隙的，配合間隙的存在是影響刃口間隙的因素之一；其次，模具最終要安裝在壓機上實現切邊動作，這就意味著，壓機上、下臺面的平行度，壓機立柱和臺面的垂直度，壓機運動的精度都會直接影響刃口間隙狀態。最后，一些側切區域結構設計上存在運動斜楔，斜楔機構中的滑軌面間隙同樣會直接影響刃口間隙狀態。綜上所述，已經按照理論數據加工完畢的刃口，在后期裝配過程中，要同時受到導向元件精度、裝配精度、壓機狀態等多方面的影響，可想而知，最終的刃口精度很難保證。

針對以上問題，我們創造性的提出“先裝配后加工”的理念。具體內容如下：先將下模刃口使用數控銑床加工到位，而上模刃口只做粗加工，然后，實施裝配，并安裝于壓機上，此時，我們通過后文提到的“樹脂技術”將下模刃口基準轉換到上模鑲塊上，再基于轉換的基準使用后文提到的數控仿形磨設備實施精加工。通過“先裝配后加工”的先進工藝(圖3)，我們可以完美消除所有導向元件和壓機等因素對刃口精度的影響。

先進工藝的實現—樹脂技術

“先裝配后加工”的工藝雖然在理論上存在先進性，但是該理論需要新技術的支持，才能得以應用。通過多次的實驗研究，樹脂技術應運而生。樹脂分為A 和B 兩種樹脂，兩種樹脂在單獨存放時是軟化的狀態，可以隨意改變形狀，但是兩種樹脂混合后，會發生化學反應，在一段時間后發生硬化，利用樹脂的這些特點，并配合增加基準面致密度的藍膠、實現脫模的脫模劑等材料，可以將下模刃口狀態轉化反映到上模鑲塊上(圖4)，實現基準轉換，為后續的加工提供數據支持。完成樹脂制作的鑲塊如圖5 所示。

圖3 刃口鑲塊加工的新工藝

數控仿形磨設備

設備關鍵參數和功能介紹

圖4 樹脂材料的基本布局

圖5 完成樹脂制作的鑲塊

圖6 數控仿形磨設備

北京奔弛于2017 年引進數控仿形磨設備(圖6)，成為國內首臺也是唯一一臺應用于模具刃口加工的設備。該設備具有以下優點：⑴該設備配備高精度探頭，能夠對樹脂基準實施自動探測并生成數字化曲線，驅動設備實施加工。⑵設備的探頭校準系統，砂輪的測量修整系統，應用直線電機等特點能夠保證實現高精度加工。⑶該設備為五軸機床，能夠隨刃口曲線變化，始終保證法線方向加工，保證加工效果的同時避免部分可能發生的干涉問題。⑷機床的加工方式為上下高度震蕩加工，屬于輕切削高速加工，能有效提高加工精度，同時保證刃口相對于安裝底面的垂直度。⑸該設備采用的磨削加工，相對于傳統的銑削加工，能夠明顯提高刃口光潔度(圖7)。

圖7 數控仿形磨加工完畢的刃口鑲塊

專業技能人才

為使得該設備更好的服務系列化模具維修，充分發揮設備功能，減少鋁屑問題，特對該設備的操作人員進行了專門的技術培訓。整體培訓工作的開展方式如下：

⑴完善操作流程，制定樹脂制作和數控仿形磨標準作業指導書；⑵梳理培訓內容，制定詳細的培訓計劃，劃分每階段培訓任務(圖8)；⑶現場指導培訓，利用廢舊模具實施實地培訓，最終達到培訓后滿足應用標準的目的(圖9)；⑷建立問題庫，將加工過程中遇到的問題和解決方案詳細記錄，持續提高加工質量。

圖8 數控仿形磨設備操作培訓

圖9 樹脂制作培訓

結束語

樹脂技術的應用以及數控仿形磨設備投入使用，是相對于傳統加工工藝和加工手段的突破，大幅度提升了刃口的狀態，使得刃口的關鍵技術指標，如刃口的垂直度、光潔度、間隙等，得到了很好的保證，最終，切邊模具的切邊狀態得到了大幅度提升，尤其，針對鋁件的鋁屑解決，意義重大。相信，隨著設備使用技術日漸成熟，使用范圍的逐漸推廣，解決困擾行業的切邊碎屑問題一定會有大幅度進展。