外发冲模加工质量的控制

1 引言

    近年来，冲压材料上涨，客户要求降低价格，世界范围内冲压制造业的竞争变得越来越激烈，压力越来越大，企业在尽可能短的时间内高效率、低消耗地为顾客提供个性化高质量产品的能力，已成为行业竞争能力的一个标志。模具被称为工业之父，模具质量的高低，将直接影响到产品的质量、产量、成本、价格及供货交期、客户满意度与市场竞争力，因此经济形势对模具的质量提出了越来越高的要求。当前我公司提出新的五年计划，把今年作为经营改革元年，要求销售额提升3倍，那么如何才能更合理地提高模具质量呢？也就是说，怎么样才能让模具在高精度、低成本、高效率条件下，更长时间地、更多模次地生产出质量合格的制件呢？这已经是我们企业迫在眉睫的当务之急。

2 模具不良原因分析

    然而现状并不让人满意，无论从冲压生产的机器运转率、出货及时率，还是从模具维修的效率来看，都有一些让人疲于应付的心得。从现场模具的拍照写真来看，问题的主要根源在于公司前期模具制造都是外发加工的，没有标准的作业规范来约束供应商，供应商的模具质量没有得到有效管理和控制。具体如表1所示。

表1 现场模具不良原因分析

3 改善质量途径

    以现场的模具情况，反观模具设计、制造、使用和维护全过程，我们发现改善模具的质量途径，以下几点无论外发加工模具还是自制模具都应该引起重视。

    （1）模具的设计是提高模具质量的最重要的一步，需要考虑到很多因素，包括模具材料的选用，模具结构的可使用性及安全性，模具零件的可加工性及模具维修的方便性，这些在设计之初应尽量考虑得周全些。

    a.模具材料的选用既要满足客户对产品质量的要求，还要考虑到材料的成本及其在设定周期内的强度，当然还要根据模具的类型、使用工作方式、加工速度、主要失效形式等因素来选材。例如：冲裁模的主要失效形式是刃口磨损，就要选择表面硬度高（58～64HRC）、耐磨性好，热处理变形小的材料；冲模主要承受周期性载荷，易引起表面疲劳裂纹，导致表层剥落，那就要选择表面韧性好的材料；拉伸模应选择磨擦系数特别低的材料；当制品批量大时，可选择淬火回火钢。另外还需要考虑采用与制件亲和力较小的模具材料，以防粘模加剧模具零件的磨损，造成拆弯成形时擦伤产品（如186—D61—4/4工程铝壳拆弯模）。

    b.排样与搭边。不合理的往复送料排样法以及过小的搭边值往往会造成模具急剧磨损或凸、凹模啃伤。因此，在考虑提高材料利用率的同时，必须根据零件的加工批量、质量要求和模具配合间隙，合理选择排样方法和搭边值，以提高模具寿命。当然，过大的搭边值造成的冲压原材料浪费更应该引起我们的重视。

    c.模具结构设计时，尽量结构紧凑、操作方便，还要保证模具零件有足够的强度和刚度，避免设计刀口间距太近，模板块数不够无垫板垫脚；模具零件各表面的转角应尽可能设计成圆角过渡，凹模、型腔及凸模可采用组合或镶拼结构来消除应力集中，细长凸模或冲针采取适当的保护措施；同时应配置防止废料堵塞的装置，设计合理的配合间隙，减少滑动配合件及频繁撞击件在长期使用中磨损所带来的对模具质量的影响。无间隙和小间隙的液晶薄材冲裁模尤其要注意模具的导向机构的精度应高于凸、凹模配合精度。准确和可靠的导向，可以减少模具工作零件的磨损，避免凸、凹模啃伤。

    d.在设计中必须减少在维修某一零部件时需拆装的范围，特别是易损件要设计方便拆装的结构，并对易损零件（如断针）要作备品备件管理和在库控制。

    （2）模具的制造过程也是确保模具质量的重要一环，模具制造过程中的加工方法和加工精度也会影响到模具的使用寿命。各零部件的精度直接影响到模具整体装配情况，除掉设备自身精度的影响外，则需通过改善零件的加工方法，提高钳工在模具磨配过程中的技术水平，来提高模具零件的加工精度。在制造过程中要注意各加工环节如：热处理、研磨、线切割等加工工艺的不当。

    a.热处理：淬火、回火工艺不当产生变形。供应商为了赶交期或其他原因，往往采用不当的热处理工艺，实践证明，模具的热处理质量对模具的性能与使用寿命影响甚大，模具工作零件的淬火变形与开裂，使用过程的早期断裂，均与模具的热处理工艺有关。

    淬火与回火。这是模具热处理中的关键环节。若淬火加热时产生过热，不仅会使工件造成较大的脆性，而且在冷却时容易引起变形和开裂，严重影响模具寿命。冲模淬火加热时特别应注意防止氧化和脱碳，应严格控制热处理工艺规范，在条件允许的情况下，可采用真空热处理。淬火后应及时回火，并根据技术要求采用不同的回火工艺。

    消应力退火。模具工作零件在粗加工后应进行消应力退火处理，其目的是消除粗加工所造成的内应力，以免淬火产生过大的变形和裂纹。对于精度要求高的模具，在磨削或电加工后还需经过消应力回火处理，有利于稳定模具精度，提高使用寿命。

    b.模具研磨平面度、光洁度不够，容易产生挠曲变形和划伤。模具工作零件表面质量的优劣对于模具的耐磨性、抗断裂能力及抗粘着能力等有着十分密切的关系，直接影响模具的使用寿命。尤其是表面粗糙度值对模具寿命影响很大，若表面粗糙度值过大，在工作时会产生应力集中现象，并在其峰谷间容易产生裂纹，影响冲模的耐用度，还会影响工件表面的耐蚀性，直接影响冲模的使用寿命和精度。为此，对模具主要成形零部件需要进行表面强化，以提高模具零件表面耐磨性，从而更好地提高模具质量。对大批量生产的拆弯成形块可采用镀铬、镀钛或渗硫处理，提高材料的耐磨性以减少摩擦引起的产品表面划伤。

    c.人为的拉线线切割，线切割间隙处理不对，没作清角及线切割的变质层影响。冲模刃口多采用线切割加工。由于线切割加工的热效应和电解作用，使模具加工表面产生一定厚度的变质层，造成表面硬度降低，出现显微裂纹等，致使线切割加工的冲模易发生早期磨损，直接影响模具冲裁间隙的保持及刃口容易崩刃，缩短模具使用寿命。

    （3）模具的正确使用与维护，也是提高模具质量的一大因素。例如：模具的正确安装与调试；严格控制凸模进入凹模深度；控制校正弯曲、整形等工序上模的下止点；及时研磨刃口；对模具进行定期维护保养，注意保持模具的清洁和导柱、导套及其他有相对运动的部位合理的润滑等。预防模具在生产中可能出现的问题，提高维修工作效率。

    a.冲床设备的选用，冲床吨位、冲裁力不够、调模下得太深。

    对于薄材产品的小间隙精密冲模必须选择精度高、刚性好的冲床，并根据冲裁力选择合适吨位的冲床生产，否则，将会降低模具寿命，严重者还会损坏模具。

    b.冲压零件的原材料厚度公差超差、材料性能波动、表面质量较差（如锈迹）或不干净（如油污）等，会造成模具工作零件磨损加剧、易崩刃等不良后果。为此，应当尽可能采用冲压工艺性好的原材料，以减少冲压变形力；冲压前应严格检查原材料的牌号、厚度及表面质量等，并将原材料擦拭干净，必要时应清除表面氧化物和锈迹；根据冲压工序和原材料种类，必要时可安排软化处理和表面处理，以及选择合适的润滑剂和润滑工序。

    c.生产作业的正确使用和合理维护。要防止模具生产前无退磁处理、无退料销，生产中有断针、断弹簧、卡料造成脱料不顺及无漏料、滚堵料、垫脚堵料造成的落料不顺现象。同时要提高冲压生产意识，避免叠片冲压，定位不到位，没使用吹气枪，模板有裂纹仍继续生产。

    d.为了保护正常生产，提高冲压件质量，降低成本，延长冲模寿命，必须正确使用和合理维护模具，严格执行冲模“三检查”制度（使用前检查，使用过程中检查与使用后检查），并做好冲模与维护检修工作。制造过程中的精度检查，包括模具零件的加工精度、装配精度及通过试模验收工作综合检查模具的精度，在检查时还需尽量选用高精度的测量仪器，对于那些成形表面曲面结构复杂的模具零件，若用普通的直尺、游标卡就无法达到精确的测量数据，这时就需选用三坐标测量仪之类的精密测量设备，来确保测量数据的准确性。

4 结束语

    模具的质量问题，无论是模具的外协加工单位，还是模具的使用者都应非常重视，各部门需要通力合作。“模具质量”的涉及面很广泛，相当复杂，本文从模具的现场写真和常见问题加以阐述，应该能使我们对“外发模具的加工质量”现状有更深刻的认识，并希望通过技术的不断创新、管理的不断规范、供应链的不断完善等举措来提升模具的质量。