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研磨在鈑金制造業(yè)中，早已經(jīng)不是一個(gè)新鮮的話題了，國(guó)內(nèi)很多鈑金企業(yè)早已經(jīng)通過(guò)研磨來(lái)延長(zhǎng)數(shù)控沖床模具的使用壽命，但是很少有企業(yè)系統(tǒng)性的考察和研究如何正確使用研磨技術(shù)來(lái)有效提高模具的壽命，部分企業(yè)甚至在研磨過(guò)程中導(dǎo)致了模具的退火，反而縮短了模具的有效使用時(shí)間。因此，正確進(jìn)行數(shù)控研磨工藝，才能有效延長(zhǎng)模具使用壽命。

01、數(shù)控沖床模具的可研磨長(zhǎng)度

可研磨長(zhǎng)度是模具使用過(guò)程中最重要的參數(shù)之一，但也是最容易忽略的地方，主要原因是鈑金企業(yè)對(duì)于研磨工藝的忽視。在這里，我們可以首先來(lái)考察一下何為研磨量，從而以此為基礎(chǔ)來(lái)分析模具的其他性能。

02、刃口總長(zhǎng)度(SBR)

刃口總長(zhǎng)度是考察模具基本性能的一個(gè)重要數(shù)據(jù)，它是指從沖芯的刃尖到刃端發(fā)生弧度變化的位置的直線部分高度。刃口總長(zhǎng)度是計(jì)算可研磨量的最重要的長(zhǎng)度基礎(chǔ)，是考察不同品牌沖芯的重要參考值之一，以MATE模具為例，超能TEC的刃口總長(zhǎng)度達(dá)到了18.9mm，而原始型模具的刃口總長(zhǎng)度則只有17.9mm，至于其他品牌的沖芯，部分甚至連15mm也不到。

因此，在模具總長(zhǎng)不可能發(fā)生變化的這個(gè)基本情況下，刃口總長(zhǎng)度直接決定了模具的理論可用壽命。

03、下模穿透度(DP)

下模穿透度（圖1）指在沖壓過(guò)程中，沖芯深入進(jìn)下模內(nèi)的最大行程。在鈑金行業(yè)中，下模穿透度是最容易讓人誤解的一個(gè)機(jī)床設(shè)定值，很多國(guó)際和本土中端品牌的模具生產(chǎn)企業(yè)都建議下模穿透度要達(dá)到3～4mm，從而可以有效地解決廢料的帶料問(wèn)題；而許多低端下模的制造者對(duì)此的要求比較模糊，部分模具制造商甚至為了避免下模加工對(duì)心度不足對(duì)沖芯產(chǎn)生潛在的啃刀影響，故意制造了一個(gè)理論誤區(qū)，甚至建議客戶把沖芯穿透度定為1mm，甚至更小，他們?cè)谝龑?dǎo)操作工的時(shí)候宣稱，沖芯穿透下模的深度越淺，沖床的加工效率就會(huì)越高。因此，不少?zèng)_床操作工受此錯(cuò)誤的理論的指導(dǎo)，把下模的穿透度調(diào)整得非常小。

圖1 沖模穿透板料

但是實(shí)際上我們通過(guò)簡(jiǎn)單的數(shù)學(xué)計(jì)算就會(huì)發(fā)現(xiàn)，在高速?zèng)_壓過(guò)程當(dāng)中，沖芯來(lái)回運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的6mm行程在不同沖床的高達(dá)200～400m/h的沖壓速度面前產(chǎn)生的多余耗時(shí)，與板材在臺(tái)面上的位移耗時(shí)和轉(zhuǎn)塔的換刀耗時(shí)相比，簡(jiǎn)直是微乎其微；而與此同時(shí)，由于入模太淺從而造成的帶料問(wèn)題，卻給企業(yè)帶來(lái)了大量的板材浪費(fèi)，造成了巨大的損失。

04、退料板厚度 (SLT)

如圖2所示，為沖模基本參數(shù)。退料板厚度是一個(gè)經(jīng)常被人遺忘的角落，業(yè)界一直認(rèn)為退料板是模具當(dāng)中最容易制造的產(chǎn)品，因此價(jià)格之低讓人對(duì)其嗤之以鼻。但是幾乎沒(méi)有人意識(shí)到，如果可以有效地減少退料板的厚度，就可以通過(guò)少量的模具投資延長(zhǎng)沖芯的壽命，從而節(jié)約成本。

圖2 沖模基本參數(shù)

BR開(kāi)刃前總長(zhǎng)度

PUNCH沖頭

ULTRA Stripper退料板

Material Thickness材料厚度

Die Penetration下模穿透厚度

Grind Life可用刃磨長(zhǎng)度

以厚轉(zhuǎn)塔沖床模具為例，一款普通原始型的退料導(dǎo)套厚度為8mm，一款市場(chǎng)較為流行的可拆卸式退料板厚度在7～8mm之間。MATE生產(chǎn)的A，B工位超能TEC退料板采用M2材質(zhì)的高速鋼，其沖芯環(huán)繞部分的厚度通過(guò)削薄的方式可以達(dá)到3.99mm，這就意味著同樣一把沖芯，如果放在TEC系統(tǒng)內(nèi)，可以增加3～4mm的可研磨量。由此可以很容易的比較出微量的退料板投入與沖芯可研磨量巨大產(chǎn)出之間的比例關(guān)系。

05、可研磨量計(jì)算公式(Grind Life)

通過(guò)對(duì)以上技術(shù)參數(shù)的闡述，就可以得到?jīng)_芯可研磨量的計(jì)算公式:

Grind Life=SBR－DP－SLT－ST，即：沖芯可研磨量=刃口總長(zhǎng)度－下模穿透度－退料板厚度－板材厚度

為了更容易理解，以MATE生產(chǎn)的兩款產(chǎn)品在沖壓1.5mm冷軋板時(shí)的數(shù)據(jù)來(lái)對(duì)此解釋。

A工位超能TEC模具系統(tǒng)中，超能TEC沖芯的刃口總長(zhǎng)度為18.9mm，建議下模穿透度為3mm，退料板厚度3.99mm，板材厚度1.5mm，可以得出，其可研磨長(zhǎng)度=18.9mm－3mm－3.99mm－1.5mm=10.41mm；

A工位原始型模具系統(tǒng)中，原始型沖芯的刃口總長(zhǎng)度為17.9mm，建議下模穿透度3mm，退料板厚度8mm，板材厚度1.5mm，可以得到可研磨長(zhǎng)度=17.9mm－3mm－8mm－1.5mm=5.4mm。

由此，可以非常明顯的看出，不同的模具系統(tǒng)，對(duì)于模具使用成本的巨大影響，讀者如果有興趣，也可以將自己廠家的模具和相應(yīng)的模具系統(tǒng)測(cè)量后進(jìn)行計(jì)算，從而得到自己目前使用的模具系統(tǒng)下，沖芯的可研磨量。

如圖3所示，是MATE的超能TEC和WILSON的HP模具系統(tǒng)下，針對(duì)不同厚度的板材的沖芯的可研磨長(zhǎng)度比較圖，供參考計(jì)算。

圖3 最終研磨量比較

Final grind life comparis on最終研磨量比較

resulting Grind Life可研磨量

material t0hickness材料厚度

Wilson grind life Wilson模具研磨量

mate grind life mate模具研磨量

06、數(shù)控沖床模具的維護(hù)保養(yǎng)準(zhǔn)則及其重要性

理解了模具可研磨量之后，進(jìn)一步研究數(shù)控沖床模具維護(hù)保養(yǎng)的重要性。在此之前，需要先了解一個(gè)概念，模具什么時(shí)候需要研磨。MATE在對(duì)國(guó)內(nèi)數(shù)百家廠家的拜訪中發(fā)現(xiàn)，70%的企業(yè)，特別是小型的私營(yíng)鈑金加工廠，對(duì)于模具研磨的問(wèn)題根本就沒(méi)有在意，經(jīng)常把同一個(gè)模具反復(fù)使用，直到其無(wú)法再?zèng)_壓出一個(gè)像樣的孔洞為止，并以此作為衡量模具壽命的標(biāo)準(zhǔn)，和衡量沖床模具性價(jià)比的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

為了正確掌握模具研磨的時(shí)間點(diǎn)，首先需要弄清楚兩個(gè)概念：第一，如何判斷模具是否需要研磨。實(shí)際上，按照生活的常識(shí)來(lái)看，每隔幾天模具在使用前就應(yīng)該進(jìn)行研磨，正所謂“磨刀不誤砍柴工”，這個(gè)流傳千年的諺語(yǔ)，卻被大部分的鈑金企業(yè)所忽略了。在條件允許的情況下，盡可能多的頻繁研磨，肯定會(huì)大大的延長(zhǎng)模具的使用壽命。

圖4 沖模圓角

而按照目前鈑金制造業(yè)界的經(jīng)驗(yàn)，如圖所示，當(dāng)沖芯刃口的半徑為0.25mm的時(shí)，一般就認(rèn)為模具必須要進(jìn)行研磨了。如果大家對(duì)半徑0.25mm沒(méi)有概念的話，那么還有兩個(gè)竅門：一種是當(dāng)用手指去觸摸沖芯刃口，能夠明顯感覺(jué)出來(lái)刃口邊緣有圓角的時(shí)候，就是模具該進(jìn)行研磨的時(shí)候了；另一種則是通過(guò)聆聽(tīng)沖床沖壓時(shí)候產(chǎn)生的噪聲，如果非常沉悶且噪雜的時(shí)候，也是到了必須研磨的時(shí)候了。

如何才能充分延長(zhǎng)模具的使用壽命。接下來(lái)進(jìn)行一個(gè)反面分析，即，如果不去頻繁研磨，將會(huì)有什么后果。表1是一個(gè)理論分析對(duì)照表。需要注意的是，該圖是以MATE超能TEC的每次研磨的理論可沖數(shù)為基礎(chǔ)，并不是確切的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。如果其他廠家想對(duì)本廠使用的模具進(jìn)行類似分析的話，需要根據(jù)自身的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)此進(jìn)行相應(yīng)的增減。

如表1所示，右側(cè)對(duì)超能TEC沖芯正常的研磨頻率進(jìn)行了分析，如果每當(dāng)沖芯刃口出現(xiàn)0.25mm圓角的時(shí)候都能保質(zhì)保量的進(jìn)行研磨的話，那么每次研磨之后，都能達(dá)到相應(yīng)的10萬(wàn)次沖壓數(shù)，那么經(jīng)過(guò)了4次研磨，模具刃口共被磨掉了1mm，而此時(shí)模具可進(jìn)行40萬(wàn)次的沖壓。

表1左側(cè)則對(duì)很多企業(yè)不好的使用習(xí)慣做了模擬。當(dāng)?shù)谝粋€(gè)0.25mm半徑出現(xiàn)時(shí)，模具屬于正常使用，因此可以達(dá)到10萬(wàn)次的沖壓次數(shù)；如果此時(shí)不去研磨而是繼續(xù)使用，模具表面遭到破壞，加速了模具的磨損，因此當(dāng)圓角擴(kuò)大到0.5mm的時(shí)候，只能達(dá)到額外的5萬(wàn)次的沖壓次數(shù)；如果繼續(xù)沖壓，圓角半徑擴(kuò)大到0.75mm，甚至1mm的時(shí)候，其可以提供的沖壓次數(shù)成幾何級(jí)數(shù)下降，那么當(dāng)模具表面出現(xiàn)近1mm的毛刺面的時(shí)候，一把昂貴的超能TEC沖芯理論上僅僅只能可以沖壓18萬(wàn)次左右。

表1 模具有、無(wú)規(guī)律研磨的壽命比較

需要注意的是，其危害性不僅在此。如果按照第一種方式頻繁研磨，模具始終保持良好的平面和側(cè)面品質(zhì)，那么一把超能TEC沖芯按照單次0.3mm研磨量來(lái)計(jì)算的話，針對(duì)1.5mm的鋼板，實(shí)際上可以達(dá)到的理論沖壓次數(shù)為10萬(wàn)/次×（10.4mm）可研磨量/（0.3mm/次）=340萬(wàn)次；

如果按照第二種方式使用同一把模具，當(dāng)模具出現(xiàn)2mm深的毛刺時(shí)，這把模具基本就廢棄了，那么實(shí)際可以達(dá)到的沖壓次數(shù)按照幾何基數(shù)遞減的法則，最多可以達(dá)到25萬(wàn)次，該把超能TEC沖芯基本報(bào)廢。比較兩種方式，會(huì)發(fā)現(xiàn)，由此產(chǎn)生的差距竟然達(dá)到了10倍之多。因此，頻繁研磨對(duì)于降低沖床模具成本的革命性的意義了。

07、刃口平面的粗糙度對(duì)于模具壽命的影響

了解了模具頻繁研磨的重要性之后，來(lái)解決第二個(gè)問(wèn)題，即如何才能提高每次研磨之間的沖芯和下模的可沖壓次數(shù)。通過(guò)分析以下幾方面的力學(xué)現(xiàn)象，從而理解刃口平面的粗糙度對(duì)于有效延長(zhǎng)模具壽命的重要性：

模具的有效作用面積

粗糙度是機(jī)械加工學(xué)上最為常見(jiàn)的技術(shù)參數(shù)之一，它描述了工件表面的研磨和拋光質(zhì)量。粗糙度越高，表明了工件表面凹凸不平，從而導(dǎo)致了較小的有效受力面積的；粗糙度越小，表明了工件表面趨于平坦，可以獲得較大的有效受力面積。

判斷粗糙度大小的標(biāo)準(zhǔn)非常簡(jiǎn)單，只需打量研磨后的刃口平面的光亮度，基本上就可以看出粗糙度是高是低了。

如圖5所示，三種研磨后模具均可以通過(guò)目視檢查來(lái)判斷其研磨質(zhì)量的好壞。

圖5 研磨質(zhì)量對(duì)比

圖5a的模具在研磨過(guò)程中沒(méi)有潤(rùn)滑，沒(méi)有敷料，即使進(jìn)行了研磨，仍然會(huì)迅速磨損，表面暗淡無(wú)光，因?yàn)槠浯植诙忍撸瑢?dǎo)致了陽(yáng)光在其表面發(fā)生了漫反射，使得沒(méi)有足夠的陽(yáng)光進(jìn)入人們的視線之中；

圖5c的模具再次研磨后光亮有致，甚至可以照出人臉，說(shuō)明其研磨的高質(zhì)量和低粗糙度，可沖沖次絲毫沒(méi)有減少，沖孔質(zhì)量也沒(méi)有降低。

而反映到有效接觸面積的時(shí)候，可以為以上的三種研磨效果進(jìn)行排序：圖6a的模具研磨后，實(shí)際有效接觸面積只占理論接觸面積的大約60%；圖6b的模具研磨后，實(shí)際有效接觸面積大約占理論接觸面積的85%；圖6c模具研磨后，實(shí)際有效接觸面積大約要占理論接觸面積的97%以上。

理論強(qiáng)度VS實(shí)際壓強(qiáng)

通過(guò)以上的計(jì)算，引入實(shí)際壓強(qiáng)這個(gè)數(shù)值。材料力學(xué)中，工件在某種壓強(qiáng)下保持其原本物理結(jié)構(gòu)不產(chǎn)生斷裂或破碎的特性，稱之為材料的剛度。

而工件之所以不會(huì)產(chǎn)生斷裂的前提條件就是：工件承受的實(shí)際壓強(qiáng)小于工件的剛度，由于針對(duì)某種特定的模具，其剛度是它本身的特性，是一個(gè)常數(shù)，因此在這種情況下，如下圖所示，我們?nèi)绻雽?duì)工件的斷裂做進(jìn)一步的分析時(shí)，工件承受的實(shí)際壓強(qiáng)成為了唯一的可變因素。

壓強(qiáng)實(shí)際上等于作用力除以實(shí)際有效接觸面積，當(dāng)沖床的作用力噸位數(shù)固定的情況下，實(shí)際有效接觸面積越大，其產(chǎn)生的實(shí)際壓強(qiáng)值就越小，工件就越難斷裂；實(shí)際有效接觸面積越小，其產(chǎn)生的實(shí)際壓強(qiáng)就會(huì)成倍增加，工件就很容易斷裂，如果工件是沖芯的話，那么其刃口表面的毛刺就會(huì)如同多米諾骨牌一樣，成幾何級(jí)數(shù)的迅速垮塌，從而制造了新的毛刺，進(jìn)一步減少了有效接觸面積，進(jìn)一步加大了實(shí)際作用壓強(qiáng)，形成了惡性循環(huán)，最終導(dǎo)致模具的整體報(bào)廢。

08、結(jié)束語(yǔ)

在研磨過(guò)程中，刃口研磨后的粗糙度的好壞，將直接決定了該模具在兩次研磨之間的可沖壓次數(shù)，并間接影響了該模具的總體使用壽命。正確選用模具模具刃口研磨技術(shù)是提高模具壽命的一個(gè)行之有效的重要途徑。刃口研磨技術(shù)成本較低,而模具壽命可提高幾倍甚至幾十倍。合理的應(yīng)用模具刃口研磨技術(shù)可以獲得更長(zhǎng)的使用壽命。

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