冲裁间隙的合理选择、判别及对策获奖科研报告

冲裁间隙的合理选择、判别及对策获奖科研报告【摘要】国际模具协会专家认为：模具是金屬加工业的帝王。冷冲压是一种生产效率较高、少或无切削的加工方法在各行各业中广泛应用。冲裁模设计是否合理直接影响到冲压件质量、生产效率及经济效益。冲裁间隙的选择是冲裁模设计的一个重要组成部分，是影响冲裁效果的重要因素，冲裁间隙的取值不同对冲裁件的质量、冲裁力和模具寿命等都有很大的影响。

一、冲裁过程

冲裁模一般是在室温下使板料分离，而且受力集中于刃口附近。其正常失效形式为磨损。根据冲裁变形机理，冲裁过程分为三个变形阶段，在“弹性变形—塑性变性—双向裂纹的产生—双向裂纹扩展、相迎、分离”的连续复杂的变形过程，除了剪切变形外，同还存在压缩、拉伸、弯曲等多种变形和极大的摩擦力，使冲裁断面有明显的塌角、光面、毛面和毛刺四个部分。

二、冲裁间隙

在冲裁变形的断裂分离阶段，裂纹的产生、扩展是沿着最大剪切应力的方向进行的，而最大剪切应力的方向并不是平行的，而是偏离一个角度β。为了使凸、凹模处产生的裂纹“相迎”分离，凸、凹模之间必须存在一个间隙Z，这个间隙叫冲裁间隙。即：凸、凹模工作部分尺寸之差。冲裁间隙又分为：单边间隙和双边间隙。

三、间隙值确定方法

确定凸、凹模合理间隙的方法是根据上下裂纹重合的原则进行计算。如图所示为冲裁过程中开始产生裂纹的瞬时状态，根据图中的几何关系可求的合理间隙Z为

冲裁产生裂纹的瞬时状态

从公式中可以看到，合理的冲裁间隙主要取决于板料厚度t和相对压入深度b/t。当板料厚度t增大时，间隙Z值也加大，而厚度减小时，间隙Z值也相应减小。而相对压入深度b/t的大小与材料性质有关。对于塑性好的材料，光亮带就大，则间隙小;对于硬性材料，间隙要求大。但在冲裁时，厚度t是随板料变化的，故b/t也是随厚度变化的。对于同一种材料，薄料时，间隙小。

可见，板料的厚度是决定间隙的重要因素之一，若设2（1-b/t）tanβ=m，则间隙（双面）为：Z=mt。

系数m的数值，随行业不同而有所差异，根据机械行业实际m值可按如下选择：

纸、皮革、石棉、橡胶：m=0.01～0.02

硬纸板、橡胶板：m=0.02～0.03;

铝、紫铜、纯铁：m=0.04～0.07

硬铝、黄铜、08、10钢及其他低碳钢：m=0.05;

锡磷青铜、中碳钢：m=0.06～0.09

硅钢片、弹簧钢、高碳钢：m=0.07～0.10。

四、冲裁间隙值的合理性判别

当模具制造完成进行试模时，根据它的冲压特征看，光亮带约占板料厚度的1/3左右，毛刺和翘曲均较小时，间隙值较合理。从冲裁力判断间隙值的合理性相对较困难，主要是冲压过程中的冲裁力较难定量确定，但注意到与冲裁力成比例的卸料力、推料力和顶件力的判断还是有可能的。若冲裁过程中，卸料、推料和顶料均较顺畅时，则间隙较合理。若试模时即使未用卸料弹簧也能较轻松地取套在凸模上的板料（或冲入凹模中的板料能轻松地从漏料孔中落下），则间隙可能偏大了点。否则间隙偏小。当然当冲裁件的尺寸精度要求较高时，其合理的冲裁间隙只能由试验确定。

五、冲裁间隙不合理的解决

5.1制造够时凸、凹模的加工精度不够

冲裁件断面上的光亮带宽度分布不均匀，且最大处与最小处不对称，其主要原因是凸、凹模制造过程中就未保证间隙的均匀。这时，某些地方光亮带较宽且毛刺薄而尖锐，可以判断此处间隙偏小。而某些地方光亮带较窄，塌角和斜角等较大且毛刺较厚，则可以判断此处间隙偏大。制造时出现的间隙不均匀，其断面上光亮带的分布是无规律的，有时可能出现间隙偏大（或偏小）的迹象。制造时的间隙不均匀性主要是由于凸、凹模的加工精度不够，加工工艺选择不当所致。采用通用机床配以手工修锉成型加工时容易出现这种情况，但是，随着高精度数控机床的大量使用，这种情况会逐渐减少。在试模时，若出现这种情况，首先判断一下是否有可能重新装配，若有可能的话，重新调整一下凸、凹模间隙的分配情况，将间隙偏大处的间隙调小一点，因为间隙偏大处的修复较困难。对于间隙偏小处，可用油石修磨（修磨凸模角容易，但需考虑冲裁件图样上的要求）调整间隙。

5.2装配时凸、凹模间隙的均匀性

当凸、凹模制造时已较好地保证了冲裁间隙的均匀性，这时间隙的不均匀主要是由于模具装配不当所致，其主要特征是间隙偏大处与间隙偏小处是对称分布的。表现在冲裁件上是某处的光亮带较宽，甚至出现第二光亮带，且毛刺薄而尖锐。而对称位置处的光亮带又较窄，塌角和斜角较大，毛刺较厚。装配时的间隙不均匀，主要是由于操作者的技术水平不高所致。