冲裁间隙对冲裁件质量影响的分析

2023-06-26 理论教育版权反馈

【摘要】：在影响冲裁件质量的诸多因素中，间隙是主要的因素之一。表4-5 较小间隙冲裁模具初始用双面间隙（续）注：1.初始间隙的最小值相当于间隙的公称数值。

冲裁凸模和凹模之间的间隙，不仅对冲裁件的质量有极重要的影响，而且还影响模具寿命、冲裁力、卸料力和推件力等。因此，间隙是冲裁凸模与凹模设计的一个非常重要的参数。

1.间隙对冲裁件质量的影响

冲裁件的质量主要通过切断面质量、尺寸精度和表面平直度来判断。在影响冲裁件质量的诸多因素中，间隙是主要的因素之一。

（1）间隙对断面质量的影响冲裁件的断面质量主要指塌角的大小、光面（光亮带）约占板厚的比例、毛面（断裂带）的斜角大小及毛刺高度等。

间隙合适时，冲裁时上、下刃口处所产生的剪切裂纹基本重合。这时光面约占板厚的1/3～1/2，切断面的塌角、毛刺和斜度均很小，完全可以满足一般冲裁的要求。

间隙过小时，凸模刃口处的裂纹比合理间隙时向外错开一段距离。上、下裂纹之间的材料随冲裁的进行将被第二次剪切，然后被凸模挤入凹模洞口。这样，在冲裁件的切断面上形成第二个光面，在两个光面之间形成毛面，在端面出现挤长的毛刺。这种挤长毛刺虽比合理间隙时的毛刺高一些，但易去除，而且毛面的斜度和塌角小，冲裁件的翘曲小，所以只要中间撕裂不是很深仍可使用。

间隙过大时，凸模刃口处的裂纹比合理间隙时向内错开一段距离。材料的弯曲与拉伸增大，拉应力增大，塑性变形阶段较早结束，致使断面光面减小，塌角与斜度增大，形成厚而大的拉长毛刺，且难以去除，同时冲裁件的翘曲现象严重，影响生产的正常进行。

若间隙分布不均匀，则在小间隙的一边形成双光面，大间隙的一边形成很大的塌角及斜度。普通冲裁毛刺的允许高度见表4-3。

表4-3 普通冲裁毛刺的允许高度（单位：mm）

（2）间隙对尺寸精度的影响冲裁件的尺寸精度是指冲裁件的实际尺寸与公称尺寸的差值，差值越小，则精度越高。从整个冲裁过程来看，影响冲裁件的尺寸精度有两大方面的因素：一是多工位级进模本身的制造偏差；二是冲裁结束后冲裁件相对于凸模或凹模尺寸的偏差。

材料性质直接决定了该材料在冲裁过程中的弹性变形量。对于比较软的材料，弹性变形量较小，冲裁后的弹性回复值也较小，因而冲裁件的精度较高，硬的材料则正好相反。

材料的相对厚度越大，弹性变形量越小，因而冲裁件的精度也越高。

冲裁件尺寸越小，形状越简单，则精度越高。这是由于模具精度易保证，间隙均匀，冲裁件的翘曲小，以及冲裁件的弹性变形绝对量小的缘故。

2.间隙对冲裁力的影响

试验证明，随间隙的增大，冲裁力有一定程度的降低，但当单面间隙介于材料厚度的5%～20%范围内时，冲裁力的降低不超过5%～10%。因此，在正常情况下，间隙对冲裁力的影响不是很大。

间隙对卸料力、推件力的影响比较显著。随间隙增大，卸料力和推件力都将减小。一般当单面间隙增大到材料厚度的15%～25%时，卸料力几乎降到零。

3.间隙对模具寿命的影响

冲裁模常以刃口磨钝与崩刃的形式失效。凸、凹模磨钝后，其刃口处形成圆角，冲裁件上就会出现不正常的毛刺。凸模刃口磨钝时，在落料件边缘产生毛刺；凹模刃口磨钝时，所冲孔口边缘产生毛刺；凸、凹模刃口均磨钝时，则制件边缘与孔口边缘均产生毛刺。

由于材料的弯曲变形，材料对模具的反作用力主要集中于凸、凹模刃口部分。当间隙过小时，垂直力和侧压力将增大，摩擦力增大，加剧模具刃口的磨损；随后二次剪切产生的金属碎屑又加剧刃口侧面的磨损；冲裁后卸料和推件时，材料与凸、凹模之间的滑动摩擦还将再次造成刃口侧面的磨损，使得刃口侧面的磨损比端面的磨损大。

4.冲裁模间隙值的确定

在多工位级进模中，凸模与凹模间每侧的间隙称为单面间隙，两侧间隙之和称为双面间隙。如无特殊说明，冲裁间隙就是指双面间隙。

（1）间隙值确定原则从上述的冲裁分析中可看出，找不到一个固定的间隙值能同时满足冲裁件断面质量最佳，尺寸精度最高，翘曲变形最小，模具寿命最长，冲裁力、卸料力、推件力最小等各方面的要求。因此，在冲压实际生产中，主要根据冲裁件断面质量、尺寸精度和模具寿命这几个因素给间隙规定一个范围值。只要间隙在这个范围内，就能得到合格的冲裁件和较长的模具寿命。这个间隙范围就称为合理间隙，合理间隙的最小值称为最小合理间隙，最大值称为最大合理间隙。设计和制造时，应考虑到冲裁凸、凹模在使用中会因磨损而使间隙增大，故应按最小合理间隙值确定模具间隙。

（2）间隙值确定方法确定凸、凹模合理间隙的方法有理论法和查表法两种。

1）理论法。用理论法确定合理间隙值，是根据上下裂纹重合的原则进行计算。图4-5所示为冲裁过程中开始产生裂纹的瞬时状态，根据图中几何关系可求得合理间隙Z为

式中 t———材料厚度（mm）；

h₀———产生裂纹时凸模挤入材料深度（mm）；

h₀/t———产生裂纹时凸模挤入材料的相对深度，见表4-4；

β———剪切裂纹与垂线间的夹角，见表4-4。

图4-5 冲裁产生裂纹的瞬时状态

表4-4 h₀/t与β值

由式（4-1）可知，合理间隙Z主要取决于材料厚度t和凸模挤入材料的相对深度h₀/t，然而h₀/t不仅与材料塑性有关，而且还受料厚的综合影响。因此，材料厚度越大、塑性越低的硬脆材料，则所需间隙值Z就越大；料厚越薄、塑性越好的材料，则所需间隙值Z就越小。

2）查表法。由于理论计算法在生产中使用不方便，故常用查表法来确定间隙值。有关间隙值的数值，可在一般冲压手册中查到。对于尺寸精度、断面垂直度要求高的制件，应选用较小间隙值，见表4-5。对于断面垂直度与尺寸精度要求不高的制件，以提高模具寿命为主，应采用大间隙值，见表4-6、表4-7。

表4-5 较小间隙冲裁模具初始用双面间隙

（续）

注：1.初始间隙的最小值相当于间隙的公称数值。

2.初始间隙的最大值是考虑到凸模和凹模的制造公差所增加的数值。

3.本表适用于电子电器等行业尺寸精度和断面质量要求高的冲裁件。

表4-6 冲裁模初始双面间隙（汽车、拖拉机行业）（单位：mm）

（续）

表4-7 冲裁模初始双面间隙（电器、仪表行业）（单位：mm）

（续）

注：有*处均指无间隙。

按冲裁件尺寸精度、剪切面质量、模具寿命和力能消耗等主要因素，将金属板料冲裁间隙分成五类，即Ⅰ类（小间隙）、Ⅱ类（较小间隙）、Ⅲ类（中等间隙）、Ⅳ类（较大间隙）和V类（大间隙）。

Ⅰ类冲裁间隙适用于冲裁件剪切面、尺寸精度要求高的场合；Ⅱ类冲裁间隙适用于冲裁件剪切面、尺寸精度要求较高的场合；Ⅲ类冲裁间隙适用于冲裁件剪切面、尺寸精度要求一般的场合，因残余应力小，能减小破裂现象，故适用于继续塑性变形的工件的场合；Ⅳ类冲裁间隙适用于冲裁件剪切面、尺寸精度要求不高的场合，以利于提高冲模寿命；V类冲裁间隙适用于冲裁件剪切面、尺寸精度要求较低的场合。

冲裁间隙对冲裁件质量影响的分析

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