超厚不銹鋼零件的沖模設計

0 引言

圖1 所示為304 不銹鋼成形的零件，單件月產量約300 件以上，材料板厚分別為12.0 mm 與6.0 mm。該零件外形尺寸可通過機械加工與沖壓成形得到，與客戶交流后，零件長度通過剪板切斷實現，兩長圓孔因材質及板厚原因，采用激光切割加工后，出現割縫發黑或發青，且局部存在細小殘留，影響零件后工序處理并存在安全隱患，建議斷面保留原色澤。

1 零件沖壓工藝分析

在常規沖裁過程中，隨著材料在凸模的作用下逐漸分離，材料在剪口截面處呈現4個變形階段：彈性變形階段、塑性變形階段、微裂紋擴展階段、撕裂變形階段，如圖2所示。

材料沖裁斷面產生4 個特征區：圓角帶、光亮帶、斷裂帶、毛刺帶，如圖3所示。材料加工后，有用部分稱工件，無用部分稱廢料，工件與廢料斷面狀態對應且相反。

零件原生產工藝采用機加工形式，工作過程：準備待加工材料、裝夾材料、銑削加工、松卸夾具、工件移位、再夾緊材料、銑削加工、松卸夾具、卸取工件、去毛刺。原生產工藝在采用合適銑刀工況下，加工

=6.0 mm 不銹鋼板上1 個孔需要12～15 min，即加工圖1（c）一個零件需耗時0.4～0.5 h；加工

=12.0 mm 不銹鋼板上1個孔需要25～30 min，即加工圖1（a）或圖1（b）所示1 個零件需耗時0.8～1.0 h；再疊加實際加工工況，如銑刀材質、刀損、磨刀量、備用刀數量等，則需延長工時。原機械加工工藝方案擬升級為激光切割加工方案，經試切及送樣后反饋斷面有色澤差異、氧化殘留而不接受，因此激光切割加工方案不予考慮。在綜合分析原機械加工工藝、月產量、批量加工所需投入成本等要素后，依據材料特性、不同厚度規格，采用快拆共模方式進行沖壓成形，在已有需求量的支撐下，既能充分發揮投入可控、體現沖壓加工的經濟性及合理性，又能更好滿足客戶在品質上的要求，是生產的可替代工藝。

2 超厚不銹鋼快拆型模具結構分析

圖4 所示為快拆型模具結構，考慮板厚的變化及卸料的通用可靠性，模具在沖壓平板不銹鋼時采用剛性卸料。在試沖不同型號不銹鋼角鋼樣件時，因工件外形及空間受限等因素，改用彈性卸料結構（即聚氨脂包絡凸模），則工況呈現差異性。當快拆鑲件18采用正常雙邊間隙時（按常用不銹鋼沖裁間隙推薦表即Ⅰ類按（5%～8%）

、Ⅱ類按（8%～11%）

、Ⅲ類按（11%～15%）

取值，此處取Ⅲ類中較大值即14%

），沖壓后工件粘連凸模，如圖5所示，工件光亮區較大且不均勻，雖已預留6 mm 聚氨脂預壓量，但仍不能有效卸出工件。在沖壓過程中采用冷卻液潤滑后，沖壓工況有改善，但卸料不良率達80%～90%。當快拆鑲件18 采用超大雙邊間隙時，如表1所示，不銹鋼角鋼卸料較好，但工件及廢料斷裂帶明顯增大，截面斷裂角（見圖3中

）明顯變大。在沖壓過程中輔以冷卻液，快速連續沖壓時（即沖壓頻率提高40%～50%時），模具彈性卸料仍保持順暢。

模具沖壓過程：隨上模持續下行，凸模7穿過鋼性固定卸料板8 至沖壓件10 上表面。因材料特征及厚度不同，此沖壓過程有明顯差異。通過沖壓驗證（以

=12.0 mm為例），采用2種間隙、3種壓力設備進行沖壓并比對試樣。第1 種工況：當快拆鑲件18采用正常雙邊間隙，取（16%～18%）

、小壓力液壓機1 200 kN時，上模開始向下微壓（積蓄能量的短停時段），隨上模持續下壓，當能量積蓄到材料變形直至斷裂時，凸模7沖壓材料進入凹模，伴隨較沉悶的金屬斷裂聲。當快拆鑲件18 采用超大雙邊間隙，取（24%～25%）

、小壓力液壓機1 200 kN 時，上模向下微壓，材料有漸變過程；隨上模持續下壓，當能量積蓄到材料斷裂、凸模7沖壓材料進入凹模內，伴隨稍清脆的金屬斷裂聲。當快拆鑲件18 的雙邊間隙采用（24%～25%）

、稍大壓力液壓機1 600 kN 時，上模持續向下微壓、材料漸變直至斷裂，凸模7沖壓材料進入凹模內，伴隨較清脆的金屬斷裂聲。第2 種工況：除采用800 kN 或1 100 kN 壓力機替代液壓機外，其余驗證條件及方法相同，因壓力機具有機械運動的連慣性，凸模7 在材料表面停頓間隔比采用液壓機時短、聲音更脆、震動更大。同類沖壓設備，因800 kN 壓力機的沖壓力比理論沖裁力僅大10%～15%，從沖斷過程看，1 100 kN 壓力機比800 kN 壓力機省力省顫。

模具裝模過程：按沖模裝夾規范與沖壓設備裝配好，松開螺釘21，移開固定卸料板8，松開快拆鑲件18的螺釘13，換上與材料厚度相匹配的快拆鑲件18（依次采用正常雙邊間隙、再采用超大雙邊間隙，以下類似）；再順序緊固螺釘13、移回固定卸料板8、螺釘21。隨上滑塊下行，上模部分在上滑塊的帶動下下行。

目前，我國對跨境人民幣結算業務與貿易關系的研究不多。研究“一帶一路”倡議下兩者是否存在相互促進關系的研究更是少之又少。

模具沖壓回程：上模帶動凸模7 沖孔后，凸模7進入快拆鑲件18內，沖壓件10包絡凸模7側面。當快拆鑲件18 采用較小間隙時，凸模7 的卸料力遠大于快拆鑲件18 采用超大間隙的卸料力。在驗證中采用冷卻液循環冷卻時，沖壓件包絡凸模的卸料力有較大改善。當快拆鑲件18采用正常間隙、小壓力沖床時，卸料順暢性有較明顯的改善；當快拆鑲件18 采用超大間隙、小壓力沖床時，卸料已無障礙順利實現。

2.1 治療前后兩組尿蛋白水平對比 治療后兩組尿蛋白水平均明顯低于治療前，而觀察組尿蛋白水平明顯低于對照組，組間對比差異有統計學意義(均P<0.05)。見表1。

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

在沖壓參數優化后，經工時核定，

=6.0 mm及

=12.0 mm 不銹鋼可達6～10 沖次/min，即每分鐘可生產3～5 件。成形零件毛刺面符合質量要求，如圖6所示。

3 模具零件材料的選用

凸模7 常用材料有Cr12MoV、SKD-11、D2、DC53、SKH-51，快拆鑲件18 常用材料有Cr12MoV、SKD-11、DC53 等。結合不銹鋼超厚材料沖壓特性及經濟性，驗證時凸模選用Cr12MoV（熱處理硬度60～61 HRC）、D2（熱處理硬度61～62 HRC）、DC53（熱處理硬度63 HRC 以上），快拆鑲件選用Cr12MoV（熱處理硬度58～59 HRC）、DC53（熱處理硬度59～61 HRC）。依據凸模材料特征、工作端面等不同工況對沖壓的影響，開展了對凸模工作面進行TD鍍層的沖壓效果比對。經驗證，在不銹鋼超厚板材正常頻次沖壓中，當快拆鑲件采用正常間隙、同材料、無冷卻液工況時，凸模進行TD 鍍層處理所呈現的工效期（指凸模工作部位本次刃磨到下次刃磨期內，工件沖壓毛刺合格所開展的沖壓次數）稍長，凸模失效形式如圖7 所示。據現場統計，沖壓次數不超過20～30沖次時，凸模臺肩處斷裂；當快拆鑲件采用超大間隙、同材料、有冷卻液工況下，凸模進行TD 鍍層處理的工效期比不做處理時約延長一倍以上，沖壓200 次以上的凸模、快拆鑲件刃口仍較好。從沖壓超厚不銹鋼驗證來看，不考慮鍍層厚度、均勻性等因素，凸模材料的穩定性、耐用性從高到低依次是DC53、D2、Cr12MoV。從快拆鑲件工況來看：工作刃口采用鍍層與不采用鍍層的實際使用效果差異較小；同種材料，采用超大間隙其實際工作效果好于采用正常間隙；對不同材料，凸模材料的沖壓穩定性、耐用性從高到低依次是DC53、Cr12MoV。綜合經濟性、可接受的沖壓壽命、有效刃磨性考量，凸模選用DC53 并進行TD 處理，快拆鑲件采用Cr12MoV+超大間隙參數處理，冷卻方式采用乳白色皂化液介質循環冷卻。

4 結束語

以上從超厚不銹鋼加工工藝方面作了經濟性分析，也對影響超厚不銹鋼沖壓加工的重要因素進行了論述，結合沖壓輔助要素在超厚不銹鋼加工過程中的靈活使用，實現經濟性加工。對供需方所提供的鈑金零件，采用何種方式加工，需要結合周邊可借用的生產要素（如人、機、料、法、環）加以衡量，零件加工的經濟合理性是其重要的參考指標。當零件加工數量變化時，其加工工藝性會隨之變化，即加工工藝性具有適變性。在生產過程中，需要對常見加工工藝或特殊加工工藝的差異性加以了解與總結，形成可量化或物化的指標特性。當客戶的品質要求及需求量有變化時，才能更好地結合客觀要素作出適應性變化，實現較好的經濟效益。

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