模具压料芯导柱断裂原因解析及解决对策

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唐善武，那木，吴杰，李继锋，乔松·广汽乘用车宜昌分公司

随着汽车市场的不断发展和消费者需求的提高，对汽车冲压模具的使用寿命要求也越来越高。模具的生产依赖压机输出的强大压力，在冲压的日常生产过程中，由于模具部件长时间受到冲击载荷的作用，经常会出现疲劳裂纹或部件断裂的问题。本文结合模具压料芯导柱断裂问题，从压料芯侧向力的消除、提高导柱强度、模具结构优化等几个方面进行分析，并提出针对性优化措施，这些改进措施不仅成功避免了导柱再次失效，也为模具的长期使用提供了坚实保障。

现状把握某车型行李厢外板OP20 模具线下点检时，现场保全发现压料芯内的4 个导柱中有3 个出现断裂，如图1 所示。

图1 导柱断裂

导柱作为模具压料芯内导向的关键部件，出现断裂后会造成模具压料芯无法正常工作，零件产生压伤等问题，严重影响冲压车间的正常生产。通过查阅模具履历，截止当前模具已生产约5 万冲次。

原因分析

通过对断裂导柱的断面及侧面进行检查，从断裂截面分析(图2），导柱受相反两个方向的作用力，发生疲劳断裂；从导柱侧表面使用痕迹分析(图3），导柱两侧压痕明显，与断裂方向一致。结合鱼骨图(图4），从人、机、物、法、环五个方面分析，总结出3个末端因素：压料芯防侧设计不合理、导柱自身强度不足、模具压边力设计过大。

图2 断裂截面分析

图3 使用痕迹分析

图4 要因分析

压料芯重力状态受力分析

压料芯重力状态下，导柱受压料芯重力向下的分力影响，压料芯质量276kg，重力2760N，导柱与水平方向夹角45°，如图5 所示。

图5 压料芯重力状态受力分析

导柱总受力F=2760×sin45°=1952N。

此数值较小，可引起的导柱变形较小，考虑到加工及装配误差，极限状态下此载荷由两个导柱承担，每个导柱的最大等效应力为11.13MPa，导柱导套系统最大变形量为0.0055mm。

导柱材质S45C，抗拉强度600MPa。交变载荷工况下可允许的最大等效应力为600MPa/12=50MPa。单个导柱能承受的最大等效应力为50MPa＞压料芯重力对导柱的等效应力11MPa，即单纯受重力影响无断裂风险。

压料芯工作状态受力分析

压料芯工作状态下，压料力与型面的方向有12.5°的夹角，如图6 所示。

图6 压料芯工作状态受力分析

压料芯氮气缸型号X500-038，使用行程30mm。根据等温弹力变化公式，单个氮气缸终压为：F=4700×38÷[38-30×(1-4700÷7200）]=6480N，则总压料力为F=6480×11=71280N，总侧向力为F侧=F氮×sin12.5°=15800N。由于压料芯受侧向力较大，压料芯有微量变形。

经校核，压料芯在型面压紧，受氮气缸终压力的工况下，局部产生滑移，最大滑移量为0.031mm，如图7 所示。

图7 压料芯局部滑移

前后两排导套安装位置最大变形量差值0.009mm，数值较大。可能影响导柱之间的受力分配，也就是说并不是四个导柱均匀承担侧向力，而是先由外侧两导柱承担大部分，内侧两导柱在外侧导柱失效前只承担小部分侧向力。

本着安全性原则，压料芯导柱强度的校核方式定义为由两根导柱承担所有侧向力，忽略产品与压料芯之间的摩擦力对导柱的保护作用，以确定其潜在失效风险。

压料芯导柱受总侧向力15800N，分担到两根导柱上，则单根导柱受力7900N，导柱直径40mm，对导柱导套系统进行有限元分析，加适当约束，得出每根导柱在侧向力作用下的最大等效应力为90.4MPa，导套配合处位移0.032mm，如图8 所示。分析得出应力值远大于导柱在交变应力工况下能承受的最大等效应力50MPa，导柱长时间使用时失效风险较大。