模具的設(shè)計(jì)與制造中，設(shè)計(jì)人員的經(jīng)驗(yàn)與技能起到關(guān)鍵作用。設(shè)計(jì)合理與否，通過試模才能確認(rèn);而模具則需要通過多次試模及反復(fù)修改，才能最終完成。生產(chǎn)實(shí)踐中，有些模具一旦投入到生產(chǎn)線上使用以后，卻往往會產(chǎn)生各種問題，無法滿足產(chǎn)品 的生產(chǎn)要求或技術(shù)要求，造成生產(chǎn)線的非正常停工等，帶來諸多不穩(wěn)定因素。于是，如何提高模具的穩(wěn)定性，成為模具制造企業(yè)面臨的現(xiàn)實(shí)問題。
模具及沖壓成形的穩(wěn)定性及其影響因素
何謂穩(wěn)定性?穩(wěn)定性分為工藝穩(wěn)定性和生產(chǎn)穩(wěn)定性。工藝穩(wěn)定性指滿足生產(chǎn)合格產(chǎn)品具有穩(wěn)定性的工藝方案;生產(chǎn)穩(wěn)定性則指生產(chǎn)過程中具有穩(wěn)定性的生產(chǎn)能力。
由于國內(nèi)的模具制造企業(yè)大多為中小企業(yè)，而且這其中的相當(dāng)一部分企業(yè)，尚停留在傳統(tǒng)作坊式的生產(chǎn)管理階段，往往忽略了模具的穩(wěn)定性，造成模具開發(fā)周期長、制造成本高等問題，嚴(yán)重制約了企業(yè)的發(fā)展步伐。
先讓我們來看看影響模具及沖壓成形穩(wěn)定性的主要因素，分別為：模具材料的使用方法;模具結(jié)構(gòu)件的強(qiáng)度要求;沖壓材料性能的穩(wěn)定性;材料厚度的波動(dòng)特性;材質(zhì)的變化范圍;拉伸筋阻力大小;壓邊力變化范圍;潤滑劑的選擇。
如何正確選材及實(shí)例
眾所周知，沖壓模具所用的金屬材料涉及到很多種類，由于模具中各種零件所起的作用不同，對其材料的要求和選用原則也不盡相同。因此，如何合理地選用模具材料，便成為模具設(shè)計(jì)中十分重要的工作之一。
選用模具材料時(shí)，除了要求材料必須具備高強(qiáng)度、高耐磨性和適當(dāng)?shù)捻g性之外，還必須充分考慮到被加工產(chǎn)品材料的特性與產(chǎn)量要求，這樣才能達(dá)到模具成形的穩(wěn)定性要求。
而在實(shí)際操作中，由于模具設(shè)計(jì)人員傾向于憑個(gè)人經(jīng)驗(yàn)選擇模具材料，在沖壓成形中往往會出現(xiàn)因模具零件的材質(zhì)選用不當(dāng)而導(dǎo)致的模具成形不穩(wěn)定的問題。以下試舉例說明。
〔例〕在材料厚度為1.2mm(抗剪強(qiáng)度64kgf/mm2)的鐵板上，加工一個(gè)直徑為2.8mm的圓孔。
?、贈_剪力：P=Ltτ。其中，
L：沖裁輪廓長度(mm);
t：材料的厚度(mm);
τ：材料的抗剪強(qiáng)度(kgf/mm2);d：凸模直徑(mm);P=3.14×2.8×1.2×64=675kgf
?、谕鼓Ｈ锌诘膽?yīng)力：σS=4tτ/d。也即，
σS=4×1.2×64/2.8=110kgf/mm2
工具鋼的疲勞特性
如上圖所示：當(dāng)σS為110kgf/mm2、選用凸模材料為SKD11，其沖 次達(dá)到約9000沖次之時(shí)，凸模刃口就可能破損。而如若將材料更換為SKH51后，則可望令沖次提高到40,000沖次左右的水平。由此可見，在模具設(shè)計(jì) 階段，有必要對模具結(jié)構(gòu)件進(jìn)行必要的強(qiáng)度校核計(jì)算，而選用材料時(shí)則有以下注意事項(xiàng)：
?、偻鼓３惺艿膽?yīng)力<凸模材料的許用壓應(yīng)力
?、跒樘岣咄鼓５目箯潖?qiáng)度，應(yīng)選用彈性系數(shù)大的材質(zhì)
?、鄹鶕?jù)歐拉公式，進(jìn)行穩(wěn)定能力的校核
綜合權(quán)衡影響穩(wěn)定性的各項(xiàng)因素
值得注意的是，在沖壓成形過程中，由于每一種沖壓板材都有自己的化學(xué)成分、力學(xué)性能以及與沖壓性能密切相關(guān)的特性值，沖壓材料的性能不穩(wěn)定、沖壓材料厚度的波動(dòng)、以及沖壓材質(zhì)的變化，不但直接影響到?jīng)_壓成形加工的精度和品質(zhì)，亦可能導(dǎo)致模具的損壞。
以拉伸筋為例，其在沖壓成形中便占據(jù)有非常重要的地位。在拉伸成形過程中，產(chǎn) 品的成形需要具備一定大小、且沿固定周邊適當(dāng)分布的拉力，這種拉力來自沖壓設(shè)備的作用力、邊緣部分材料的變形阻力，以及壓邊圈面上的流動(dòng)阻力。而流動(dòng)阻力 的產(chǎn)生，如果僅僅是依靠壓邊力的作用，則模具和材料之間的摩擦力是不夠的。
為此，還須在壓邊圈上設(shè)置能產(chǎn)生較大阻力的拉伸筋，以增加進(jìn)料的阻力，從而使 材料產(chǎn)生較大的塑性變形，以滿足材料的塑性變形和塑性流動(dòng)的要求。同時(shí)，通過改變拉伸筋阻力的大小與分布，并控制材料向模具內(nèi)流動(dòng)的速度和進(jìn)料量，實(shí)現(xiàn)對 拉伸件各變形區(qū)域內(nèi)的拉力及其分布狀況的有效調(diào)節(jié)，從而防止拉伸成形時(shí)產(chǎn)品的破裂、起皺，以及變形等品質(zhì)問題。由上可見，在制定沖壓工藝和模具設(shè)計(jì)過程 中，必須考慮拉伸阻力的大小，根據(jù)壓邊力的變化范圍來布置拉伸筋并確定拉伸筋的形式，使各變形區(qū)域按需要的變形方式和變形程度完成成形。
如果作一總結(jié)，為了解決模具穩(wěn)定性問題，需要從以下幾方面嚴(yán)格把關(guān)：
①在工藝制定階段，通過對產(chǎn)品進(jìn)行分析，預(yù)知產(chǎn)品在制造中可能產(chǎn)生的缺陷，從而制定一個(gè)具有穩(wěn)定性的制造工藝方案;
?、趯?shí)施生產(chǎn)流程的規(guī)范化、生產(chǎn)工藝的標(biāo)準(zhǔn)化;
③建立數(shù)據(jù)庫，并不斷對其總結(jié)優(yōu)化;借助CAE分析軟件系統(tǒng)，得出最優(yōu)化解決方案。
