谈谈模具制造的两个关键工序：模具研配和调试方法(下)

《谈谈模具制造的两个关键工序：模具研配和调试方法》(上)

模具的调试

国内模具调试存在的问题

调试就是通过试冲压零件，找出模具的问题，逐步解决问题，获得精度、表面质量合格，没有缺陷的冲压件，达成可连续生产、质量稳定的过程。

模具调试分单机调试和连线调试。单机调试就是一次只进行一个模具或者一个工序的模具调试。连线调试是所有工序的模具都上生产线，按照生产状态进行调试。

当前国内模具调试普遍存在的问题有：⑴对冲压工艺理解广度、深度不够，不能从工艺上理解开暗裂、起皱、变形。⑵不会质检、不知道如何判断分析品质问题产生的工序，不知道如何验证品质问题产生的过程，不知道分析原因。⑶缺乏思路、阅历和经验，不知道如何下手，不知道如何制定对策、实施对策，不知道如何把握尺度，缺乏技术，不懂手法，盲目应对，施工无法达成预期效果甚至带来新问题。

调试的基本思路和步骤

⑴调试的基本思路。当前国内的模具调试，很多人很盲目。不知道怎么找原因，不会分析和应对，不懂如何实施和把握尺度。调试就是试，试对了就有进展，不对就继续。导致调试拖很长时间，汽车厂家因新车导入计划不得不接收。

就算单模调试解决了单模的问题，连线调试还会产生新的问题。因此要调试模具，我们脑子里面要有思路。在讲思路之前，必须先明确两个基准：第一，模具调试的基准；第二，零件品质的基准。明确调试的基准，就明确了调试努力的方向。模具调试的基准、冲压零件的最终质量要求，决定了调试的思路，努力的方向，也就决定了调试的步骤和方法。

1)模具调试的基准。冲压一个零件，是由几套不同工序的模具完成的。如果调试的时候每一工序的模具各搞各的，显然不能调出合格的模具。所以，就要有一个模具的基准。

每一个后工序的模具，用于冲压的件都是前一工序的模具冲出来的工序件。如果后一工序除了本工序要改变的部分之外的部分跟前一工序不一样，则必然带来冲压件在本工序冲压意图之外的品质改变。这些改变是我们不需要的。为了不带来不必要的品质变化，就要求后一工序的模具除了本工序要冲的部分(或者说零件在此工序要改变的部分)之外的部分与前一工序的工序件一致，即后一工序的模具以前一工序的工序件为基准进行调试。除了本工序的工艺内容部分，其他的部分不要发生变化。

这是第一个模具调试的思路：后序以前一序为基准。根据这个原则，拉延模就是第二工序的基准，第二工序就是第三工序的基准。因此，调试的时候要先调拉延模，拉延件基本没有开暗裂、起皱、变形了，以它为基准调试第二序模具，再以第二序模具冲出来的件，调试第三序。模具调试不是一定要前一序调好了才开始调第二序。当确认拉延工序件的造型已成形良好，就可以开始第二序模具调试，即使拉延件还有些暗裂。第二序研好后试冲，工序件经确认品质就可以为基准调第三序，这样有利于缩短模具调试周期。当最后一序的完成件冲出来，这个件应该已没有明显的起皱，开裂、暗裂，也没有不能接受的变形。但是这个件还没合格，我们需要的是品质合格的件。

2)零件的品质基准。零件的品质合格要求零件成形良好，没有开裂、暗裂、起皱、变形，所有精度合格。但是按前序作为后序基准的调试方法，冲出来的件或许成形良好，也没裂、皱、变形，但精度是不完全合格的。还要以产品的质量要求作为第二个模具调试的基准来调试模具。

经过前一阶段的调试，如果切边线不合格，就要看看是回弹，还是整形没有整到位，还是切边线设计有问题，采取对策改修。如果表面精度超差，就要分析是翻边回弹，还是切边被上模带起来，整形没有整到位，某一序的压料板没压住，找出问题出在哪一序，针对该序模具进行改修。这些改修对其后序有影响、造成了变化的，后序模具再以前序件为基准改修。如此反复，直至制件完全合格。

第一个基准主要解决开裂、暗裂和变形，第二个基准主要解决精度。按照这两个原则，才能最快地调出好结果。这就是调试的思路、方法、方向。

⑵调试的步骤。明确了调试的基准，就明确了调试方向，明确了调试的步骤和方法：

1)先调试第一序；2)以第一序的工序件调试第二序；3)以第二序的工序件调试第三序，以此类推；4)最后对冲出的件质检，若有品质问题，找出问题出在第几序、哪个部位或机构，原因是什么，制定对策改修；5)对改修工序之后的各工序确认有没有因为这一工序的改修带来变化，有变化的要做相应的改修；6)试冲，重新质检；7)发现品质问题就重复上述4)、5)、6)步骤，直至所有品质要求合格。

拉延模的调试

拉延模调试的目标是使板件能成形，并且没有不能接受的开裂、暗裂和变形等品质问题。拉延得好坏直接关系到零件品质，进而影响生产成本，是模具调试中最关键的环节。

成形良好的拉延件，棱线清晰，没有起皱、开裂、暗裂、变形、拉伤、压伤、不能接受的滑移等。所以拉延模的调试要注意三点：压到底、压边力、强压面。

⑴压到底和模具闭合高度。经过良好研配的拉延模，在冲压的时候能压到底，冲出来的件就会棱线清晰成形良好。这就是强调拉延模调试要充分研配和压到底的原因。

模具压到底时的闭合高度就是模具闭合高度。怎样的状态是压到底，这个可以凭经验观察工序件的表面，被压过的板料和没被压过的板料有不同的状态。如果是模具到汽车厂调试阶段，模具上安装了到底标记，在到底标记安装合格的情况下，也可以通过观察到底标记来确认。

⑵压边力和模具垫、压边面、拉延筋。模具垫压力、压料面和拉延筋是控制材料流入的三个因素，是压边力的三个决定因素。

模具垫压力越大，顶杆施加给压边圈的力就越大，在压料面上产生的压强就越大，板料拉得越紧，材料越难以流动。所以模具垫压力是压边力最直接的影响因素，模具垫压力越大，压边力越大。

压边面的粗糙程度是阻止板料流入的影响因素(摩擦阻力)，压边面粗糙摩擦系数就大，板料就难以流入。对压边面的要求是尽可能光顺，一是因为粗糙的压边面影响模具稳定性，二是粗糙的压料面会在模具使用过程中由于板料和压料面的摩擦而越来越光滑，使压边力发生变化影响稳定性。在模具垫压力恒定的情况下，压边面面积越大，压边力越大。但是压边面过大，有时会影响模具稳定性。

拉延筋是拉延模中控制材料流入模具模芯的一道坎，分为半圆筋、方筋、梯形筋等。这道坎越高、R角和间隙越小，越不圆润光顺，拉延筋的道数越多，材料越难流入模芯。设定拉延筋的目的是通过拉延筋的道数和形状变化，来获得材料流入的相对平衡，满足成形的需要，提高模具稳定性。方形筋最能阻止材料流入，梯形筋其次，半圆筋材料比较容易流入。模具上有时候会设计所谓的S 形筋，其实就是一道正装的半圆筋加一道反装的半圆筋。原则上方筋禁止打磨圆角和降低高度，梯形筋可视情况做少量调整。压料面、拉延筋的修磨要控制好量，一边磨一边试一边观察判断。一旦修磨过量，需要烧焊修复，会给模具压料面和拉延筋带来气孔，有时会引起拉伤，比较难处理。

⑶强压面。强压面一般在外板模具才有，设计在冲压时冲压件容易变形、滑移的地方，比如门拉手、侧围后翼子板腰线等，如图6 所示。强压面初始高度一般设定为0.3mm。

图6 强压面

模具各处型面有差异，造成材料流动差异，从而可能带来变形，所以减小材料流动距离可以减少变形。变形产生之后如果能对变形区域压一压、整一整，变形也会减小。设定强压面一方面可控制拉延到底前的材料流动，减小变形，一方面将板件局部在成形过程中不可避免而产生的形变整形，减轻变形。

不同部位产生材料流动和变形的程度是不一样的，对强压的要求也不一样。强压面在调试中不能求均匀，要仔细观察分析来确定如何推磨。这是外板模具调试最难、最需要技术和经验的工作之一。

⑷压边圈顶起高度。压边圈的顶起高度关系到板料在开始拉延之前锁在拉延筋以内的材料的量，对整个模具调试有重要的影响。压边圈高度一般以压料面和凸模最高点平齐为基准，高度差通常不超过30mm。

拉延筋锁入的材料太多，冲压的时候容易出现变形或者起皱。内板件如果拉延后不能完全吸收多余的材料，会形成起皱、变形。外板件成形后即使能吸收掉这些多余的材料、肉眼已不易看见变形，但是板件打油石后仍然会看到变形。如果拉延筋锁入的材料过多，还会影响零件材料的硬化，影响刚性。顶起高度的终极判断标准是产品的质量。

⑸平衡块。平衡块用于调节压边圈的平衡，是调节局部压边力、调节材料流动的重要手段。当拉延出现起皱、开裂的时候，利用平衡块调整压边力就是调试的一个非常有效又易于实施的临时对策。模具在调试之前，应调整压边圈的平衡块高度至与上模对应位置(模具闭合状态)处于刚刚接触状态。材料流入不足的局部，在平衡块下加入适量厚度的垫片，减轻局部压边力，促进材料流入；如果材料流入过多，通过减少垫片可以加大压边力，减少材料流入。

⑹拉延模调试的常见问题。拉延模调试常见的问题有起皱、变形、开裂、暗裂、拉伤、滑移、压伤。外板拉延重在控制变形，内板拉延重在控制起皱和拉裂。如果没有烧焊过压料面和拉延筋，压料面研配好、推磨光顺，一般都没有拉伤。压伤是上下模间隙不足造成的。滑移跟工艺、模具设计有关，也可以通过调整强压面、模具圆角、材料定位来改善滑移。图7 为门拉手附近出现滑移。

图7 门拉手附近的滑移

下面重点讨论外板的变形和内板的起皱拉裂的调试。

1)外板的变形。发现外板件拉延有变形时，应检查确认对应的模具部位型面是否存在变形。在严格遵守模具制造流程并且每一步都做好的情况下，模具型面变形的可能不大。如果型面有变形，应首先想办法消除变形，再试冲观察。如果型面没有变形，就要分析材料的流动和变化、材料的流入量等。材料的流入受压边影响，也受型面内部造型的影响。压边的材料流入、如果相邻区域流入量不同，可能造成零件变形；门外板腰线两端、门拉手周边、门外板角部、顶篷的角部等，拉延时会因材料流动产生变形，这些变形在拉延到底后仍然无法完全消除。

另外，拉延过程中某些局部不可避免地会产生材料集聚，即使最后材料又被拉开了，还是会产生变形。比如轿车后三角窗的后角部区域，见图8。这种情况一般通过加大压边力减少材料流入和调整压边圈高度减少材料拉延时锁入量来调整，或者修改局部造型改变材料流动和集聚，或者上模局部加强压面对其整平。变形的原因很多，解决变形的对策也不同，要学会观察、分析。

图8 侧围三角窗角部变形

2)内板的起皱、开裂、暗裂。内板件的起皱、开裂、暗裂都是由拉延时材料的流入过多、过少或者流速变化太急造成的。影响材料流入的因素包括压料面、拉延筋、模具垫压力等，可以通过调整这些或者平衡块对材料流入进行调节。模具压料面没研配好，是影响板料拉裂、起皱，造成模具不稳定的最重要因素。如果板料较多区域或范围起皱拉裂，模具应重新研配。

过大的压料面也是模具不稳定的因素，平衡块加0.1mm 的垫片就起皱，去掉垫片就开裂，就要减少压料面。如果压料面磨得比较空、依靠高或者圆角小的拉延筋控制材料流入的模具，拉延筋磨空一点就起皱，圆角修小一点就开裂，也是很难调试的。这种情况下应考虑增加一道拉延筋，以提高模具的稳定性。拉延模采用双筋比采用单筋稳定性好，不敏感易调试。拉延筋的位置、高度、圆角和板料的定位、压机的状态都是拉延模调试的重要影响方面。模具型面内的凸包、造型也是开裂、暗裂的重要影响因素。

起皱可能引起开裂。起皱之后，材料局部厚度变厚，在料厚超过模具间隙后，材料就难以继续流入造成拉裂。开裂也可能引起起皱，比如行李厢盖外板，拉延的时候如果压边力过大或出现异常，板料过早拉裂，拉裂之后在继续拉延的过程中由于裂开的材料失去压边力控制，就会起皱，造成模具型面损坏。相邻位置的材料流入差异大，一边快一边慢，容易在过渡区起皱或变形，如图9 所示。

图9 相邻位置的材料流入差异大造成变形

造成拉裂和起皱的还有很多种情况，不能一一列举，遇到了仔细分析原因，才能制定好对策。拉延模的良好研配是解决起皱、开裂、暗裂、不稳定问题的最基本方法。拉延模一定要研好，线调时发现局部没研好造成拉延不良，可以有针对性地对局部研配。

⑺后序模具的调试。在拉延模冲出没有不能接受的变形、起皱、开暗裂的件后，就可以开始后序模具的调试了。后序模具调试的目的是改善模具的工艺功能，能准确、完全地完成工艺内容，冲压件质量合格、稳定，满足连续稳定自动化生产的要求。难点是冲压件的变形、精度问题。模具的调试必须使用前一序的工序件。如果是在模具厂，要注意预留工序件；如果是在汽车厂，就可连线调试了，需要工序件可以随时冲出来，有问题也便于分析是哪一工序的问题。

1)变形的调试。要调试变形，首先要搞清楚变形产生的原因。

①造成变形的原因。后序模具造成变形的主要原因有：工序件在模具中定位不准、模具和前序工序件在型面上有会引起制件变形的差异、型面研配不良、压料板压不住、模具的一些功能机构动作不良、模具型面凸面没有支撑或窜动、强压面研配不良、零件造型造成的不可避免的变形等。

容易出现定位不准的一般是较浅的拉延件，比如发动机盖、顶篷等，利用型面定位难以定准，需要模具上设定辅助定位装置。其他情况的变形，查找原因的方法一是可以采用涂红丹在模具上拍打或者用压机压印检查型面和工序件的匹配、贴合；二是用油石、锉刀对上下模型面局部进行推磨检查，发现型面变形要推磨修复。型面局部变形有因局部烧焊、热处理造成的，有研配推光不良造成的。

②减轻或消除变形的对策。有些外板件变形问题要修复相当的难，需要时间、技术。加强模具制造过程的控制、加强人员培训、提升工程师对工艺和模具的理解、提升钳工技能和经验、减少外板模推磨量是避免或者减少模具在制造过程中产生变形的根本策略。

避免和减少问题产生的方法如下：强化设计人员的工艺设计、模具设计水平和经验，强化工艺、模具评审，减少设计造成的变形；加强模具制造过程的控制，包括机加、装配、研合，避免出错或采用错误的做法造成变形；加强钳工培训，提升技能水平，提高对模具的理解，减少施工变形；加强过往问题的分析、总结、分享，提升工程师和钳工对模具的理解体会和经验；改变外板模具必须推的油光水滑的观念，控制好模具的推磨量。

解决已经产生、存在问题的方法如下：

第一类，局部型面变形造成的变形。模具局部型面变形造成冲压件变形是最常见的现象。产生的主要原因是研配和推光不会做、没做好，或对型面部分不注意保护、热处理不当等。对策是对由研配和推光造成的局部型面变形进行有针对性的清角、打磨、推顺，对型面部分不注意保护、热处理不当造成的变形进行打磨推顺。

第二类，压料板压不住造成的变形。压料板压不住造成的变形一般在切边、翻边、整形的位置附近。在进行切边、翻边、整形时对这些位置附近的材料都会产生连带拉扯，如果压料板压不住，不该流动的局部材料发生了流动，就会造成变形。比如局部整形对材料的拉扯，翻边对材料的拉扯和切、翻边上模升起时都会造成零件局部变形。改善压料板的压料面能压住板件，减小受影响区域和影响程度，就可以减轻变形。

第三类，模具的一些功能机构动作不良造成变形，如图10 所示。模具的功能机构动作不良造成变形也是常见现象。如翻边顶起机构在顶件的时候顶起力过大、几个机构动作不协调、顶出力不均，切边模废料刀型面没配好造成零件跟模具不能良好贴合等。发现零件变形，要对对应工艺的机构进行排查，对不良机构进行改善，消除变形。

图10 机构动作不良造成的变形

第四类，模具型面凸面没有支撑造成的变形。模具型面凸面没有支撑，是指模具型面凸起的这一面，加工有一个槽(比如设计用于安装感应器的位置)，比如左右侧围下模的后轮拱上面位置(对应油箱口附近区域)的造型一般是凸出来的，如果这个地方有槽、坑，侧围冲压的时候，零件对应这个槽附近区域就会变形。在模具设计的时候就要注意避免在模具凸型面开槽孔，如果模具调试的时候发现有，可先试着推磨槽孔局部。如果不能完全解决，就要补上。

第五类，造型造成的变形。有时零件的造型决定了必然有的变形，如零件局部相邻位置角度的急变、材料流动的急变、形状的急剧变化等都会造成变形。如油箱口的四个角、门外板的四个角、侧围的尾灯位置、门外板的腰线两端、侧围后翼子板的腰线两端等。这些变形有拉延造成的，也有后工序造成的。拉延可以通过加大压边力、调整压边圈顶起高度、采用强压进行调整。如果拉延已经有变形，后序切、翻边、整形也可能加大其变形。由于零件造型在模具调试阶段已不可改变，这种变形必然存在。解决变形的办法就是控制、尽量减小变形范围和深度，比如通过整平减轻变形程度，或者使对应的模具局部尽可能光顺过渡，减轻产生变形的外因，或者改善和强化局部压料板的压料，加大压料力度和调整压力分布，控制变形的程度(这就是强压面)。这种情况下强压面的研配调整很关键，压得太紧不行，太松更不行，松紧程度还要根据零件形状做调整，在调试时一边试一边观察一边调整。压料板压料面不要太宽，一般30mm 左右，足够压住料就好。压料面太宽，会增加产生压伤、麻点的概率。强压面不是要求整体均匀压料的，材料容易集聚的部位、形状变化大的部位、材料容易扭曲的部位、转角部位等容易变形的位置，强压面要压的紧一些。

2)精度的调试。相对于变形的调试，零件的精度调试比较简单。为了压缩模具制造周期，降低模具制造成本，要尽可能减少精度问题的产生。要求模具良好研配、强调清角和拉延深度就是希望冲压出来的件尽可能接近数模，减少精度超差，减少调试的工作量和难度。

零件的精度分为位置精度、线精度、面精度三类。

①位置精度。冲压件的位置精度一般指孔位精度。由于理想状态和现实的差异，孔的设计位置和冲压出来的位置肯定有差异，产生孔位偏差。对于成形良好的零件，孔位的精度如果没有超差，就是合格的；如果孔位精度超差了，可以观察一下零件形状上是否可以做些调整，如角度的调整、回弹的调整等，来达成孔位精度。如果没有采取这种手段或者这种手段不可能达成目的，就要采用简单粗暴的办法，对冲头凹模位置进行调整。

②线精度。零件的切边线、大的异形孔的边线、翻边高度、翻边线等边线的精度，同孔位一样一般因回弹、零件的贴合程度而产生偏差。这个偏差如果超差，超差的部位如果不能通过零件形状的调整进行调整，只有修改切边线(即切边刀口)、翻边线(即翻边镶块)等简单直接的办法解决。

③面精度。对于成形不良的件出现的面精度超差，应先尽可能提升其成形质量后再考虑提升面精度。在良好成形的情况下如果内板的面精度超差，一般采取修改超差部位的模具局部高度的方法，将零件面精度超差的部位抬起一些或者整低一点，来达成精度，如四门两盖的内板包边面。

外板的面精度超差一般不能通过改模具对应局部来达成目的。一般通过修改外板件的非外板面部位，如支撑位、或者整形量等，或者修改局部的回弹量来改善外板件面精度的超差。有时候超差是由于零件局部变形造成的，这种情况应优先修复变形。对于回弹造成的超差，方法就是改变回弹量，如补偿或硬化。

3)调试小结。不管是精度超差还是变形，也不管是起皱、开裂、暗裂、毛刺还是双骨，发现问题，首先分析是哪一工序哪一工艺内容造成的，确认该序模具的状态，找出问题，进行修复。经过检查、判断分析、优化、改修、试冲、再检查……一次次重复之后，模具、零件品质将趋于稳定，达到质量合格的状态。

⑻小批量试冲。模具单机、连线调试完成，产品质量合格后，就可以模拟量产状态小批量试生产了。小批量试生产的目的是检查模具工作稳定性、零件品质稳定性，检查模具生产性如排废料是否顺畅，是否适应自动化生产，即检查确认模具的量产性。小批量生产最好能连续生产200 件以上，最少也要连续生产50 ～100 件。连续冲压，模具的问题才能充分地暴露出来。试生产的时候要仔细观察模具状态，时刻监控产品品质变化。发现问题，马上停机检查、确认、解决，再进行试生产。不能解决的要下线解决，再安排试生产。经过两三次试生产都没有问题的模具，基本确认已经达到量产状态，至此模具调试基本完成。

结束语

当前国内汽车覆盖件模具制造周期长、造成企业成本高利润低，技术瓶颈主要在研配和调试这方面。由于从业人员的专业程度不足、经验不足等技术水平和管理的原因，产品造型、工艺设计、模具设计、品质检查和控制都还有提升的空间。为了提升模具水平，要提高产品造型的工艺性，提高模具制造工艺水平，拓宽模具设计思路，提升模具制造设备，强化模具制造过程管理和质量控制，强化人员培养，提升对工艺和模具的理解深度，提升专业水平，强化总结和交流，才能提升模具制造和调试的技术水平。