文／葉夢彬 · 廣州汽車集團乘用車有限公司
模具的研配和除錯，是我國汽車覆蓋件模具行業沒有引起足夠重視的兩個關鍵工序。做好研配是模具除錯順利的前提。當前，國內很多模具都是沒有經過認真系統地研配，甚至完全沒有研配就上機除錯。有的企業整個模具除錯過程很長，出廠前除錯3個月以上，在汽車廠再除錯3個月以上，還是穩定性不好或品質不夠理想。這就是模具沒有經過認真研配的結果。模具沒有系統地研配，除錯效果不好，除錯反反覆覆，影響模具製造週期、模具成本。認識模具研配的重要性，做好研配和除錯，是提升模具質量、降低模具成本的關鍵。
模具的研配
研配的作用和意義
模具的研配，就是對模具進行修磨、研合，使模具各部分配合良好、具備功能的過程。研配是我國汽車模具行業的弱項，很多模具企業不重視、不清楚、不理解模具研配的作用和意義，以及如何研配。當前國內很多模具廠做模具都沒怎麼研配，甚至以為研配就是油石砂紙推光，推到油光水滑就好。
當前國內模具圈在研配方面有兩個問題，一是不理解研配的重要性，不明白研配的作用、影響。二是不知道如何研配，有哪些工序，該怎麼幹，如何把握程度；缺乏技能，不知道用什麼工具、手法；不知道如何有針對性地解決問題，防止和避免帶來新的問題。
根據筆者二十幾年模具技術指導的經驗，沒經過系統的研配，大多數模具易發生變形、開裂、拉傷等缺陷，模具問題多，穩定性差，原因難以針對性排查和制定對策，除錯過程反反覆覆，浪費大量的機時人工，模具品質也因反覆地燒焊、修磨下降。而系統研配的模具，除錯問題少，穩定性好，極大地縮短模具製造週期。
模具要研配的原因，一是模具加工和裝配完畢後，即使NC 資料做得再完美（實際上並不完美），加工出來的型面和理想的型面都有一定差異，尤其在型面曲率變化較大的部位，因而合模的時候都必須手工研合；二是即使加工出來的型面和理想狀態一致，進行衝壓的時候，理想的型面跟實際能成形的型面也是有差異的，必須透過研合使模具向能使板料良好成形的方向發展。研配的目的就是使上下模型面儘可能貼合，使衝壓出來的零件達成所需的形狀。
研配的技術方法
清角。清角就是對模具型面的R 角部位進行研磨清理的過程。
清角的原因：一是機加工出來的模面由於刀具磨損、形變、刀具形狀等限制，和理想的型面有差異，合模後有些區域性上下模間隙大於一個料厚（零件的板厚），有些小於一個料厚甚至頂住，如圖1 所示。
圖1 模具R 角間隙不良示意圖
這些頂住或者間隙不夠一個料厚的地方，如果不磨掉，上下模型面無法充分貼合，無法衝出符合形狀要求的零件，甚至無法合模到底。透過清角將型面頂住的地方修磨掉，再通過後述的壓印研合，最終使模具上下模主體型面間隙基本達到一個比較理想的狀態，保證衝壓的質量。
另一個原因是清角使材料在流入的過程中，能減少某些關鍵區域（比如圓角）跟模具型面的接觸面積，減小摩擦力，有利於材料的和諧有序流入，避免開裂，如圖2 所示。
圖2 模具R 角清角示意圖
清角的原則是清凹部。這裡凹部不是指凹模，是指凹陷的部分，上下模的凹部都要清。板料的成形是跟型面的凸起部分成形的，凸起部分除非經過確認必須且可以修磨，一般不做修磨。
清角的手法是使用小砂輪槍或者銼刀，一點一點的將凹陷的R 角部分磨深、磨光、磨順，並適度超出R 角的範圍。這個過程要有耐心，儘可能做到光順、完美，一定不要在清角的時候磨出稜角，如圖3 所示。
圖3 模具清角
經過清角的模具，衝出的件一般稜線清晰，每一個凸包、凹陷都能較好地呈現並基本達到設計的效果。國內很多模具廠做的模具型面不清晰，凸包、凸筋深度不足，主要就是清角沒有做好甚至沒有做，對於拉延筋、凸筋、凸包不清角的模具，拉延的時候如果出現拉裂，就放拉延筋或者凸筋、凸包高度、R 角，造成拉延筋、凸筋、凸包深度變淺，零件稜線不清晰，成形質量差。在汽車廠面臨成本壓力和對品質要求不是那麼高的低端車型來說，這是可以勉強接受的，但是這樣的模具廠是做不出高檔車、高階的模具的。
筆者以前對於到廠進行線調的模具，通常都要求重做一遍清角，因為模具達不到要求，成形效果差，模具不穩定。
推光。清角工序之後就是推光。這裡先指出一個普遍的錯誤認識：國內的模具從業人員對模具的理解深度不夠，普遍認為模具推得越光越好。但是我們看到油光水亮的模具在衝件的時候效果往往不那麼理想，為什麼呢？
在衝壓過程中，壓邊圈和上模壓料面、拉延筋鎖緊板料周圈，板料在模具型腔內緊貼凸出部分，通常會封閉一定量的空氣。模具需要排氣孔，排氣孔就是使這些空氣在成形過程中排出模具型面的。部分外板模具，型面不能打排氣孔（如發動機蓋外板和頂篷），如果模具推得很光，模具貼合就會比較緊，這些空氣無法及時排出，板件就會發生形變。這是第一個問題：變形。
內板件不在乎這點變形，但是在衝壓後上模上行跟下模分開的過程中，空氣如果不能及時補充到零件和模具型面之間，零件就會受到型面的一個吸力，這種吸力綜合起來都是上模的大，零件會被上模帶著飛起來。飛起來、再落下，零件的位置發生變化，飛起掉下也需要一個過程和時間，都會影響自動化取件。這是第二個問題：飛件。
第三個弊端是模具型面被過度推光，手法上很難保證型面不會被推變形。推光用的是油石，油石能推磨到的部位通常是油石易於接觸的凸出、平面或者曲率相對大一點的凹陷部位。推磨的時候，凸出的部位推磨的次數肯定比凹陷的部位多，所受的推磨的力度也會大一些。推光的過程是不可避免會把型面推變形的，模具推磨越多，造成的變形越大。
但是如果不推那麼光，會不會容易產生麻點、開裂呢？外板模具關注的質量重點在型面的變形，外板才講麻點。目前行業內的NC 走刀間距基本都能做到0。3mm，有些甚至可以做到0。2mm。在推光的時候，對於外板模具，只要將刀痕稍微推一下，試衝的情況下型面不怎麼掉金屬粉末、基本不會引起麻點就行了，推多了可能把模具推變形造成外板件變形，尤其特徵造型如稜線等，一旦推壞了模具就得降刻。內板模具可以推光一些，因為內板模具的質量關注重點在起皺、開暗裂和精度，模具推光一些有利於材料流動，減少開暗裂。
拉延模的清角和推光很重要，後工序模具的清角和推光也要重視，特別要注意不可破壞後序模具上設定的壓料面。否則，可能造成後序壓料面壓不住料，給外板件帶來很多變形，可能給內板件帶來孔抽起或者邊翹起。
壓印研合。模具推光之後，就到了壓印研合工序。我們常說的研配，狹義的來說，主要指這一過程。
研配的基準是凸側，整體上可以說是以凸模為基準研凹模，實際施工是以凸出側部分為基準研凹側部分。在目前普遍採用反向拉延的情況下，大的方向上就是上模以下模為基準進行研合。但是拉延模壓邊面的研配不一樣，我們通常以上模為基準研下模，也就是以上模壓邊面研壓邊圈。因為壓邊面一般都是要在切邊工序切除掉的，基準不是那麼重要，怎麼方便研、怎麼研得快怎麼來。
在確認導向正常、裝配、精度等沒問題的情況下，才可以開始研配。因為導向和精度是確保研配質量的基礎，導向和精度合格才能研配。絕不能出現模具做了大量修磨，結果發現導向有問題的事。
1）拉延模的研配。研配拉延模，首先要拆掉拉延模壓邊圈上的平衡塊。
拆掉平衡塊的目的，一是確保模具在儘可能接近理想的狀態下研配，排除外部干擾，確保上下模型面在研配後能充分貼合。二是提升模具的穩定性，平衡狀態下研配的模具更穩定。三是為後期保留儘可能大的除錯、調整空間，因為調平衡塊是除錯拉延模的一個重要手段。如果帶平衡塊研配拉延模，後面生產、除錯中，萬一模具出現異常，需要調整平衡塊，可能就沒有多少調整空間了。
初次裝模之前應先用木塊把上下模在左右導板座或者安全區那裡墊一下，目的是避免上下模型面可能出現接觸碰撞，確保裝模時不損壞到型面。
模具吊上壓機工作臺之後，要先檢查模具的定位、干涉狀態，確保安全。檢查確認沒問題後，將模具開入機床。切記這時候先不要鎖緊下模。先給模具墊一個小壓力，頂起高度不要太高，觀察模具的筋板有沒有跟工作臺模具墊頂杆干涉。模具筋板會因為FMC 時出錯或者尺寸誤差、鑄造變形、機加工基準選擇與設計的差異等都可能會造成筋板位置和設計圖紙有差異而跟模具墊頂杆干涉。模具廠的壓機工作臺跟汽車廠的壓機會有差異，也有可能出現干涉。所以不管在哪裡，模具第一次上壓機要特別小心。如果有干涉，模具會被模具墊頂杆頂起，但是因為模具未鎖緊，模具並不會損壞。如果發現有干涉，就要對干涉部位進行改修。如果沒有干涉，將模具墊放下，將下模鎖緊。
接下來調整模具閉合高度。開始的時候，模具閉合高度要調高一些，高到上模和壓邊圈能接觸，然後往下壓一點點即可。滑塊夾頭鎖緊上模，升起滑塊將上模升上去，拿出上下模之間的墊塊，這時模具基本裝好了。檢查一下上模和壓邊圈的導向間隙、塗紅丹檢查一下導板接觸情況，確保都沒有問題之後，開始研配。如果有問題，要及時調整導向精度。
第一步，研壓邊面。研配壓邊圈模具墊壓力要大一些，淺淺的壓一個板件，深度以壓邊麵包括拉延筋壓實、凸模形狀稍看的出來為好。用這個壓出來的板件塗紅丹，對上下壓料面進行壓印（模芯部分不塗紅丹），然後仔細觀察哪裡有頂住的痕跡就磨哪裡。頂到點就是板件同一位置上下面都接觸到的點。如圖4 所示。
圖4 壓邊面研配件
這一工作要反反覆覆，直到整個壓料面著色均勻，著色率80%以上，才算基本研好壓邊面。研的過程中根據需要調整模具閉合高度、如果有需要也可以換板料試壓、再塗紅丹壓印，然後再排除頂到點，直到壓邊面接觸均勻良好。
第二步，研配模芯。如圖5 所示，壓邊面研好之後，換板料（也可以不換）降低模具閉合高度至比設計閉合高度高20mm 左右壓一個件（具體多少要根據模具型面造型評估），然後模芯上下面塗紅丹，適當降低閉合高度，放模具裡壓印（注意觀察壓機噸位變化），反覆降閉合高度反覆試壓（降多少可根據壓機噸位變化來定）、觀察板件紅丹，直到板件有上下模頂住的痕跡。磨掉頂到的痕跡，重複降高度、試壓、觀察、打磨，直到整個模具型面接觸良好（接觸均勻，接觸率達到80%以上且沒有頂到痕跡），才算完成研合。首衝壓邊力可以根據設計值，觀察首件狀態後再確定。研好時的閉合高度就是模具除錯的參考閉合高度，要記錄下來（可用油漆筆寫在模具上）。後面除錯根據需要還要調整模具閉合高度。
圖5 模具型面研配壓印件
研配要特別強調兩個部位：第一，拉延筋。拉延筋是影響材料流入的最重要因素。外板的拉延筋拉不住料會引起外板件變形，因而拉延筋不能輕易打磨，尤其方筋和梯形筋不能打磨圓角和修磨高度、放寬拉延筋間隙，只能清除干涉點。一旦拉延筋被破壞要補焊，會增加難度和工作量，會產生氣孔，可能給內板件除錯和生產帶來拉傷。要解決拉傷難度會很大。研配期的方筋必須能鎖住材料，材料在拉延的時候不能流入。
第二，外板拉延模的型面、強壓面。外板拉延模切邊線以內的部分型面原則上不做研配修磨，模具除錯的時候如果有變形，視必要性再推磨。一般外板拉延模會設計有強壓面，強壓面不作研配，留除錯的時候調整。因為這兩個原因，外板拉延模具型面一般沒有多少研配量。研配要把握好紅丹不可太稀，不可塗過厚，否則不利於觀察，產生判斷的錯誤，甚至越研越差。買紅丹的錢不能省，要買好用的，塗紅丹不能圖快。
2）後工序的研配。大型汽車覆蓋件後工序模具的工藝複合程度比較高，一套模具往往不是單一的工藝，一般包括兩到三個工藝內容。
後序模具研配較多依靠研配機。研配機的液壓特性和滑塊可以翻轉放下是非常適合用於後工序模具研配的。當然也可以用壓機進行研配。後序模具的研配主要包括刀口的研配、型面的研配、壓料面的研配。
刀口的研配。刀口的研配就是配刀口。衝切型別的模具都有刀口。新做模具除錯、量產模具維修偶爾都需要刀口研配。標準衝頭、圓凹模等一些簡單衝切情況不需要研配，這裡不做討論。
刀口分鑲塊刀口和焊接刀口，一般都是NC 加工出來的。以前加工的時候會預留一定的研配量，現在加工精度提高了，有些剛加工出來的刀口可以不需要研配，但是多數模具咬合時會存在刀口擦黑現象，還需要簡單研配。研配刀口就是將刀口的間隙、垂直度配到衝裁毛刺可以接受的過程。最基本的配刀口方法是用油泥堆刃口上，將模具閉合高度升高至咬合前4 ～5mm，再一點點往下壓，每下壓一次要觀察、判斷，以油泥切面為基準對刃口進行修磨，逐步配到刃口咬合合格。要配好刀口不容易，刀口的間隙靠經驗和鉗工手工技能控制。刃口過緊或過鬆都會有毛刺，垂直度不好也會有毛刺。
一些異形孔需要壓印配衝頭，這種方式已不怎麼常見，但是這個方法和思維是很有用的，有時候解決問題還必須採用。方法是在衝頭未做熱處理前，一次一點點的往凹模壓，壓了之後衝頭和凹模上都會有壓印，根據壓印修磨非基準部，這個技術叫配作。
配刀口時刀口切面要豎直。刀口切面的豎直不僅僅是咬合部分要豎直，整個刀口切面都應該豎直。不豎直的刀口容易產生毛刺。尤其刃口向外傾斜時，因切斷時材料斷面受到刃壁擠壓，更易產生毛刺。模具除錯中毛刺修來修去都修不好，或者毛刺時大時小的情況，很多就是刀口區域性不垂直造成的。
型面的研配。後序模具型面的研配主要目的是使本工序模具型面跟前一工序的工序件充分、良好地貼合（除本工序需要進行衝壓的區域性工作面外），確保前序模具衝出的合格工序件在本工序能完成工藝內容，避免或減少產生不必要的質量問題。型面的研配包括模芯部分的研配，也包括切邊線之外的廢料刀型面等部分的研配。廢料刀等切邊線外的型面沒有配好，也會帶來質量問題。
模芯的研配包括下模型面、上模壓料板或上模整形面的研配。有的模具下模也有壓料板的，也屬於需研配的範圍。下模的研配可以用前一工序的工序件，在下模側塗紅丹再放到下模上使勁拍打，檢查下模的接觸情況和進行研配，直至下模型面跟工序件接觸良好。上模的研配是將前一工序的工序件上模側塗紅丹試壓，再檢查和研配上模及壓料板，直至上模和壓料板型面跟工序件接觸良好。研配的時候，需要將模具上影響研配壓印的部件拆除，以免影響工序件貼合型面。
壓料面的研配。上模型面中最重要的部分就是壓料面。壓料面是用於衝壓時壓住板件進行工藝衝壓部分的周邊關聯部位，確保該部位在衝壓時不產生問題。壓料面不是越大越好，過大的壓料面會增加研配工作量，易壓傷零件，給外板件帶來變形。壓料面的設定，夠用就好。外板模具還有強壓面，用於對外板工序件容易在衝壓中變形的部位進行強壓，以提供比一般壓料面更大的壓料力，減小板件衝壓變形。強壓面是壓料面的一部分，不同的是強壓面一般設計比壓料面高0。3mm 以提供更強的壓料力。壓料面研配也是將工序件塗紅丹，然後試壓，檢查壓料面的接觸情況，把頂住的點磨掉，使壓料面均勻壓住板件。
側圍油箱口的衝、翻孔，頂篷天窗的衝、翻孔，側圍立柱的切邊整形，門拉手的衝、翻孔等很多模具的關鍵工序關鍵部位都會做強壓面。強壓面的研配跟壓料面不同的是，強壓面不是要求均勻接觸，而是在容易變形、變形大的地方相對壓緊一些，以減小區域性變形。如頂篷天窗的轉角部位就要壓緊一些。強壓面是提高品質的重要手段之一，不建議在模具研配的階段進行推磨，應在除錯中一邊試衝、檢查，一邊根據需要打磨。
試衝壓。一般研配的最後，根據需要試衝一個到幾個件，用於觀察和分析研配情況，也可以馬上進行模具的單機除錯。試衝的件開裂、起皺、變形都沒關係，因為後面還要進行模具除錯。
作者簡介
葉夢彬
工藝技術部衝壓專業主任，高階工程師，主要從事衝壓方面的工作，精通汽車大型覆蓋件衝壓模具的各項技術工作，包括工藝、設計、除錯，擅長解決各種疑難問題，主持過包括廣汽新能源等多個專案，已發表多篇論文。
《談談模具製造的兩個關鍵工序：模具研配和除錯方法》（下）見《鍛造與衝壓》2022年第2期
——文章選自：《鍛造與衝壓》2021年第24期