HJ125—22横管V冲弧不良诊断及模具设计优化

杨国军

摘要：设计制作新结构HJ125-22横管V冲弧口模具，解决生产当中的拉刀问题，以及两端弧口错位的问题，提高了生产效率。

关键词：HJ125-22横管V；冲床；模具零件；模具结构

1.引言

HJ125-22横管V是HJ125-22车架横管V总成上的一个管件，原料是焊管。这个零件在我们公司的生产工艺上是这样安排的：首先是从钢铁公司（上海宝钢）采购钢卷，然后将钢卷在我司的分条机上进行分条。就是把一卷钢料分成一片一片的钢带，按照钢带的宽度，一卷钢卷可以分成若干钢带。其后，把钢带吊装到开卷机上，通过开卷机将一片一片的钢带送到制管机里。钢带在制管机里通过十几道轧辊，进行卷边、成型、焊接、刨焊絲，再进行定径整形，一条条的焊管就这样生产出来。然后将焊开在冲床上进行下料，HJ125-22横管V的开料长度是210，这样HJ125-22横管V的毛坯就生产出来。由于HJ125-22横管V的两端头的弧口与竖直方向呈2度角度，两端的弧口中心线呈“八”字，所以在模具上冲弧口的时候，先冲一边端头，然后再以冲过的弧口作定位，防止弧口偏扭，再冲另一端头弧口。

2.产品分析

2014年元月份我司开发HJ125-22车架组焊件，HJ125-22横管V总成是其中的一个组焊件。HJ125-22横管V总成由5个零件组成：HJ125-22横管Ⅴ、HJ125-22发动机安装板、HJ125-22空滤器支承板Ⅲ组成、HJ125-22整流器安装板组成线，HJ125-22横管Ⅴ是其中的管件，尺寸见下图（图2-1）：

这个零件的的直径是φ22的钢管，它的壁厚是2。两端都要切弧口，它的弧口直径是φ25.5-φ26，两端弧口与管件中心的交点尺寸是216.3-217.3，弧口与竖直方向的夹角是2度。也就时说，冲切两端弧口时，要求冲刀与管件要呈一定的角度，不能采用常规的90度角度，从侧面来看要必须是88度的角度。由于冲刀要在竖直方向随着冲床运动，所以管件的摆放只能前低后翘。

3.存在的质量的问题

在生产过程中，这个产品合格率92%，我们发现这个产品容易发两种不良情况：

1.弧口与管件表面磕伤；

2.两端弧口扭偏。

4.原因分析

针对这个产品常出现的问题，我找了3个人成立QC小组。我们小组成员集

中在一起，运用头脑风暴法，集思广益分析原因。我们从村料、模具、人员、三个方面分析这个问题。我们找到了4个末端原因：材料不合格、模具拉刀、员工对不准弧口、新员工操作。

5.确定主要要因

5.1 材料不合格

HJ125-22横管V的材料是Q195，它是碳素结构钢。这种碳素结构钢在工业生产中产量大，成本相比较低，并且它里面所含的杂质也相对多一些，具有一定的力学性能，一般在热思状态下供应。它适用于一般结构钢和工程用的热轧钢板、热轧钢带、热轧型钢、热轧棒钢。所以它可以供焊接、铆接以入螺栓结构件的应用，广泛地应用于桥梁、船舶、建筑工程中，制作各种静负荷的金属结构件、不需要热处理的一般机械零件和普通焊接件，是一种用途非常广泛的工程用钢。用Q195制作焊管之后，它由平板变成一个力学性能结构稳定的钢管，在对其冲切时，它的冲切弧口上部会呈现凹陷的状态。

经过检测，我司的材料厚度是1.95-2.02，屈服点为200-210，抗位强度为350-380，伸长率为35-37。进行化学分析，C含量0.7-0.8，Mn含量0.3-0.4，Si含量0.22-0.25，S含量0.2-0.3，P含量0.025-0.35。以上的数据表明，我们用的材料是没有问题的。所以，材料不合格非要因。

5.2 模具拉刀

我们在开发HJ125-22组焊件时，对开冲管件的弧口模具进行发外制作，也就是说我们公司自己不制作，让外边的模具商制作。由于当时开发时间短，我们就采用了模具商的方案。

这套模具典型的特点是有两个工位，先冲一边的弧口，再冲另一边的弧口。上模有两个冲刀，冲刀前后都开刃口，下模也有两个凹模。所冲的管件在模具上摆放，与水平面存在2度的夹角，也就是说管件不是水平放置的，它是左边低右边高。下模的放料槽上装有活动的压板，当管件放入其中时，用用旋转压板压住管件，防止管件在冲弧口时，由于冲刀与产品之间的摩擦，把管件从凹模带出来。这套模具的外形尺寸是350*325*240，闭模高度是220，我司的25T冲床的闭模120-260，所以把它安装在25T冲床上是合适的。

在使用过程中，我们发现这套模具存在以下问题：

1.拉刀。员工操作时，把管件放入下模，然后旋转压板压住管件，然后开机冲弧口。在模具打开的那一瞬间，由于冲刀与管件端面存在摩擦，把管件会往上带。管件再通过自身的杠杆长度传导到压板上，就这样持续不停地撞击压板，导致压板与管件之间的间隙越来越大。经过500件冲压后，压板就造成了一个失效的状态。这样，管件就不时地冲刀往上拉，从而造成压板磕伤管件。

所以，模具拉刀是要因。

5.3 员工对不准弧口

由于冲弧口时，是员工手动操作，把第一次冲的弧口贴住定位块，再冲第二个弧口（见图5-2）。所谓“常在河边走，难免不湿鞋”，时间久了，难免会出现对不到弧口的情况，如果弧口与定位块不贴合，就会造成第一个弧口与第二个弧口扭偏。弧口扭偏之后，管件只好报废。经过统计，不合格率不低于百分之5。所以，员工对不准弧口也是要因。

5.4 新员工操作

HJ125-22横管V冲弧口工序，有3个人做这道工序，他们是陈海燕、陆文康、王兴保。我们对这三个人的资料进行调查，见表5-1

我们发现他们都是进厂6个月以上的老员工。所以，新员工操作非要因。

6.制定对策计划

我们针对“模具拉刀、员工对不准弧口”两个末端原因，提出了用设计制作

新结构的模具这个方案。见表6-1

7.按对策实施

7.1 设计模具

首先，我们对这个产品进行工艺分析。在对其进行结构工艺分析时，这个这

品是一个管件，它的圆周是一个封闭结构，在对它进行冲裁时，不能按平板件冲压结构设计。它的冲刀必须是一个锥形的结构，冲刀的中间凸起，先对管件的高点进行剖开式冲切，然后逐步扩散到下面进行整个管件的冲切。

其次，对冲裁件的精度和断面粗糙度进行分析。我们发这个零件的两端弧

口的中心距特别重要，因为两端的弧口是与车架左右侧管相焊接的位置，如果保证的不好，尺寸过大或过小，势必对后面的焊接造成影响，大了不能进行焊接，小了焊接间隙大。所以在设计模具时，模具的两个切口尺寸我们按照±0.05进行设计。

2015年3月2日，我设计出新结构HJ125-22横管V冲弧口模具。这套模具的特点是无导柱导套，两个冲刀装在两侧的滑块上，在橡胶的弹力和拉簧的拉力作用下，随着上模具向上开模而自动复位。

模具操作的情況是这样的。模具装在40T冲床上，首先把管件用安全手放入模具内，然后冲床滑块下行，冲床滑块压着上模，模具两侧的滑块随着上模在固定座上活动。此时，压料杆先压住管件，冲刀模具滑块的导向下对管件的两端同时冲弧口，冲切完成。紧接着，冲床滑块向上复位，滑块相橡胶的弹力作用下，带着冲刀从管件和下模孔内拔出。上模到到最高位置，滑块被橡胶作用到末端时，拉簧继续接力，把两个滑块接到最高位置。然后操作工用安全手把管件从下模内取出，模具开启动作完成。模具闭合及开启见图7-2，图7-3。

7.2 模具制作

2015年3月5日我们开始采购模具原材料，材料清单见下表：

由于零件的内个关键件的热处理较为重要，它们影响模具的寿命，分别是：上模板、滑块压板A、滑块压板B、压料杆、下模、滑块。由于我司没有热处理设备，所以我们发外安排此工艺。我们要求厂商用正常淬火+低温回火（一次硬化法）的工艺。热处理后的组织为回火马氏体、未溶碳化物和残余奥氏休。具有高硬度（大于60HRC）、高温耐磨性和一定的韧性。广泛用于碳素工具钢、低合金工具钢、冷作模具钢等制造低速切削的刃具、冷作模具和量具。由于冷作模具要求组织稳定性高，以保证高的尺寸精度，故通常淬火后进行冰冷处理，以降低残余的奥氏体的含量。而且在磨削后常进行稳定化处理，使马氏体趋于稳定，进一步降低内应力。

经过20天的努力，模具于2015年3月25日完成。

8.效果检查

2015年7月10日，我们对4月、5月、6月三个月的HJ125-22横管V冲弧口的生产情况进行检查，见下表：

HJ125-22横管V冲弧口的合格率三个月平均值99.49%，原来的合格率是92%，

超过了目标值，我们的目标实现了。

9.结束语

针对HJ125-22横管V冲弧口不良，经过分析验证，我们发现了主要是工装模具问题造成的。原来的模具是两次冲弧口，先冲一端再冲另一端，容易造成两端弧口扭偏。我们把模具进行重新设计，两端的弧口一次冲切，保证了弧口中心平面度，产品的合格率由92%提高到99.49%。今后，我们还准备把这个经验用到我司同类结构产品，也采用此类模具结构，提高产品质量。

参考文献

[1]杨玉英，崔令江.实用冲压工艺及模具设计手册[M].北京：机械工业出版社，2004.

[2]王启平.机床夹具设计[M]. 哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，2005.

（作者单位：江门市蓬江区荣盛实业有限公司）