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研磨在鈑金制造業中，早已經不是一個新鮮的話題了，國內很多鈑金企業早已經通過研磨來延長數控沖床模具的使用壽命，但是很少有企業系統性的考察和研究如何正確使用研磨技術來有效提高模具的壽命，部分企業甚至在研磨過程中導致了模具的退火，反而縮短了模具的有效使用時間。因此，正確進行數控研磨工藝，才能有效延長模具使用壽命。

01、數控沖床模具的可研磨長度

可研磨長度是模具使用過程中最重要的參數之一，但也是最容易忽略的地方，主要原因是鈑金企業對于研磨工藝的忽視。在這里，我們可以首先來考察一下何為研磨量，從而以此為基礎來分析模具的其他性能。

02、刃口總長度(SBR)

刃口總長度是考察模具基本性能的一個重要數據，它是指從沖芯的刃尖到刃端發生弧度變化的位置的直線部分高度。刃口總長度是計算可研磨量的最重要的長度基礎，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的刃口總長度達到了18.9mm，而原始型模具的刃口總長度則只有17.9mm，至于其他品牌的沖芯，部分甚至連15mm也不到。

因此，在模具總長不可能發生變化的這個基本情況下，刃口總長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）指在沖壓過程中，沖芯深入進下模內的最大行程。在鈑金行業中，下模穿透度是最容易讓人誤解的一個機床設定值，很多國際和本土中端品牌的模具生產企業都建議下模穿透度要達到3～4mm，從而可以有效地解決廢料的帶料問題；而許多低端下模的制造者對此的要求比較模糊，部分模具制造商甚至為了避免下模加工對心度不足對沖芯產生潛在的啃刀影響，故意制造了一個理論誤區，甚至建議客戶把沖芯穿透度定為1mm，甚至更小，他們在引導操作工的時候宣稱，沖芯穿透下模的深度越淺，沖床的加工效率就會越高。因此，不少沖床操作工受此錯誤的理論的指導，把下模的穿透度調整得非常小。

圖1 沖模穿透板料

但是實際上我們通過簡單的數學計算就會發現，在高速沖壓過程當中，沖芯來回運動產生的6mm行程在不同沖床的高達200～400m/h的沖壓速度面前產生的多余耗時，與板材在臺面上的位移耗時和轉塔的換刀耗時相比，簡直是微乎其微；而與此同時，由于入模太淺從而造成的帶料問題，卻給企業帶來了大量的板材浪費，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。退料板厚度是一個經常被人遺忘的角落，業界一直認為退料板是模具當中最容易制造的產品，因此價格之低讓人對其嗤之以鼻。但是幾乎沒有人意識到，如果可以有效地減少退料板的厚度，就可以通過少量的模具投資延長沖芯的壽命，從而節約成本。

圖2 沖模基本參數

BR開刃前總長度

PUNCH沖頭

ULTRA Stripper退料板

Material Thickness材料厚度

Die Penetration下模穿透厚度

Grind Life可用刃磨長度

以厚轉塔沖床模具為例，一款普通原始型的退料導套厚度為8mm，一款市場較為流行的可拆卸式退料板厚度在7～8mm之間。MATE生產的A，B工位超能TEC退料板采用M2材質的高速鋼，其沖芯環繞部分的厚度通過削薄的方式可以達到3.99mm，這就意味著同樣一把沖芯，如果放在TEC系統內，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出之間的比例關系。

05、可研磨量計算公式(Grind Life)

通過對以上技術參數的闡述，就可以得到沖芯可研磨量的計算公式:

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

為了更容易理解，以MATE生產的兩款產品在沖壓1.5mm冷軋板時的數據來對此解釋。

A工位超能TEC模具系統中，超能TEC沖芯的刃口總長度為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，其可研磨長度=18.9mm－3mm－3.99mm－1.5mm=10.41mm；

A工位原始型模具系統中，原始型沖芯的刃口總長度為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，對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的模具系統測量后進行計算，從而得到自己目前使用的模具系統下，沖芯的可研磨量。

如圖3所示，是MATE的超能TEC和WILSON的HP模具系統下，針對不同厚度的板材的沖芯的可研磨長度比較圖，供參考計算。

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、數控沖床模具的維護保養準則及其重要性

理解了模具可研磨量之后，進一步研究數控沖床模具維護保養的重要性。在此之前，需要先了解一個概念，模具什么時候需要研磨。MATE在對國內數百家廠家的拜訪中發現，70%的企業，特別是小型的私營鈑金加工廠，對于模具研磨的問題根本就沒有在意，經常把同一個模具反復使用，直到其無法再沖壓出一個像樣的孔洞為止，并以此作為衡量模具壽命的標準，和衡量沖床模具性價比的基礎數據。

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

圖4 沖模圓角

而按照目前鈑金制造業界的經驗，如圖所示，當沖芯刃口的半徑為0.25mm的時，一般就認為模具必須要進行研磨了。如果大家對半徑0.25mm沒有概念的話，那么還有兩個竅門：一種是當用手指去觸摸沖芯刃口，能夠明顯感覺出來刃口邊緣有圓角的時候，就是模具該進行研磨的時候了；另一種則是通過聆聽沖床沖壓時候產生的噪聲，如果非常沉悶且噪雜的時候，也是到了必須研磨的時候了。

如何才能充分延長模具的使用壽命。接下來進行一個反面分析，即，如果不去頻繁研磨，將會有什么后果。表1是一個理論分析對照表。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為基礎，并不是確切的實驗結果。如果其他廠家想對本廠使用的模具進行類似分析的話，需要根據自身的實驗數據對此進行相應的增減。

如表1所示，右側對超能TEC沖芯正常的研磨頻率進行了分析，如果每當沖芯刃口出現0.25mm圓角的時候都能保質保量的進行研磨的話，那么每次研磨之后，都能達到相應的10萬次沖壓數，那么經過了4次研磨，模具刃口共被磨掉了1mm，而此時模具可進行40萬次的沖壓。

表1左側則對很多企業不好的使用習慣做了模擬。當第一個0.25mm半徑出現時，模具屬于正常使用，因此可以達到10萬次的沖壓次數；如果此時不去研磨而是繼續使用，模具表面遭到破壞，加速了模具的磨損，因此當圓角擴大到0.5mm的時候，只能達到額外的5萬次的沖壓次數；如果繼續沖壓，圓角半徑擴大到0.75mm，甚至1mm的時候，其可以提供的沖壓次數成幾何級數下降，那么當模具表面出現近1mm的毛刺面的時候，一把昂貴的超能TEC沖芯理論上僅僅只能可以沖壓18萬次左右。

表1 模具有、無規律研磨的壽命比較

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面品質，那么一把超能TEC沖芯按照單次0.3mm研磨量來計算的話，針對1.5mm的鋼板，實際上可以達到的理論沖壓次數為10萬/次×（10.4mm）可研磨量/（0.3mm/次）=340萬次；

如果按照第二種方式使用同一把模具，當模具出現2mm深的毛刺時，這把模具基本就廢棄了，那么實際可以達到的沖壓次數按照幾何基數遞減的法則，最多可以達到25萬次，該把超能TEC沖芯基本報廢。比較兩種方式，會發現，由此產生的差距竟然達到了10倍之多。因此，頻繁研磨對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于模具壽命的影響

了解了模具頻繁研磨的重要性之后，來解決第二個問題，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。通過分析以下幾方面的力學現象，從而理解刃口平面的粗糙度對于有效延長模具壽命的重要性：

模具的有效作用面積

粗糙度是機械加工學上最為常見的技術參數之一，它描述了工件表面的研磨和拋光質量。粗糙度越高，表明了工件表面凹凸不平，從而導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準非常簡單，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目視檢查來判斷其研磨質量的好壞。

圖5 研磨質量對比

圖5a的模具在研磨過程中沒有潤滑，沒有敷料，即使進行了研磨，仍然會迅速磨損，表面暗淡無光，因為其粗糙度太高，導致了陽光在其表面發生了漫反射，使得沒有足夠的陽光進入人們的視線之中；

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

而反映到有效接觸面積的時候，可以為以上的三種研磨效果進行排序：圖6a的模具研磨后，實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，實際有效接觸面積大約要占理論接觸面積的97%以上。

理論強度VS實際壓強

通過以上的計算，引入實際壓強這個數值。材料力學中，工件在某種壓強下保持其原本物理結構不產生斷裂或破碎的特性，稱之為材料的剛度。

而工件之所以不會產生斷裂的前提條件就是：工件承受的實際壓強小于工件的剛度，由于針對某種特定的模具，其剛度是它本身的特性，是一個常數，因此在這種情況下，如下圖所示，我們如果想對工件的斷裂做進一步的分析時，工件承受的實際壓強成為了唯一的可變因素。

壓強實際上等于作用力除以實際有效接觸面積，當沖床的作用力噸位數固定的情況下，實際有效接觸面積越大，其產生的實際壓強值就越小，工件就越難斷裂；實際有效接觸面積越小，其產生的實際壓強就會成倍增加，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如同多米諾骨牌一樣，成幾何級數的迅速垮塌，從而制造了新的毛刺，進一步減少了有效接觸面積，進一步加大了實際作用壓強，形成了惡性循環，最終導致模具的整體報廢。

08、結束語

在研磨過程中，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，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是提高模具壽命的一個行之有效的重要途徑。刃口研磨技術成本較低,而模具壽命可提高幾倍甚至幾十倍。合理的應用模具刃口研磨技術可以獲得更長的使用壽命。

來源：網絡

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