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冲裁间隙的合理选择、判别及对策

2020-04-12张焕云

科学导报·学术 2020年63期
关键词:毛刺裂纹间隙

张焕云

【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。

六、结束语

本人根据实际工作,对冲裁模中凸、凹模刃口间隙的选择、合理性的判别及解决方法几个方面进行了阐述。通过实践证明,这些方法是合理、有效的,对延长模具寿命具有显著的经济效益。

(作者单位:河北省石家庄市6410工厂汽车改装分厂)

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