模具間隙對沖裁件質量的影響分析

周娟利

（西安航空職業技術學院，陜西 西安 710089）

模具間隙對沖裁件質量的影響分析

周娟利

（西安航空職業技術學院，陜西 西安 710089）

文章簡述了沖裁變形過程和沖裁間隙的概念。提出沖裁件質量評定方法。分析了沖裁間隙大小對沖裁件質量影響的因果關系，闡述了沖裁缺陷產生原因及其預防措施。

沖裁；沖裁間隙；影響；缺陷；措施

沖裁是一個瞬間完成的復雜變形過程。除了剪切變形外，同時還存在拉伸、壓縮、彎曲等變形，以及存在很大的摩擦力。在分析沖裁變形機理時，常將沖裁過程分為彈性變形、塑性變形和斷裂分離三個階段。

彈性變形階段：其變形區主要集中在凸、凹模刃口連線附近，如圖1a所示。此時，凸模端面下方及凹模端面上方一段板料受刃口附近高度集中的非均布力作用而處于拉伸加彎曲變形狀態。隨著沖裁的進一步進行，凹模刃口材料首先出現塑性變形，然后凸模刃口材料進入塑性狀態，隨后上、下兩個塑性變形區沿刃口連線向內擴展，如圖1b所示。

塑性變形階段：由于凸、凹模存在間隙，變形復雜，還伴有較大的彎曲、拉伸、壓縮等變形，如圖1c所示。

圖1 沖裁加工一般過程

斷裂分離階段：即上下裂紋擴展會合，使板料斷裂分離，如圖1d所示。

沖裁間隙是指沿沖裁凸模與凹模刃口尺寸的公差值。它是沖裁工序取得成功的重要因素之一。是沖模設計和制造過程一個極其重要的參數。沖裁間隙不僅影響沖裁力、沖裁功、卸料力的大小，而且還影響沖裁件斷面質量、尺寸精度、模具結構、模具壽命、制模工藝及生產成本。因此，要想獲得高質量的沖裁零件，就必須對模具間隙進行全面深入得研究探討。

1 沖裁件質量評定方法

沖裁件質量評定主要包括圓角、光亮帶、斷裂帶、毛刺及翹曲變形和斜角等參數，如圖2所示。圓角是產生在板料與凸模（凹模）接觸的一面，是因板料受到拉伸、彎曲等變形而形成。圓角一般宏觀尺寸很小，對沖裁件使用產生的影響很小。相反，圓角的存在，具有倒角的作用，有利于沖裁件的使用。

圖2 沖裁件斷面特征

光亮帶是由于凸模切入板料或板料被擠入凹模時在壓應力和剪應力作用下形成。它是測量沖裁件尺寸和外形的關鍵。光亮帶比例越大，越有利于沖裁件尺寸精度的保持性和斷面質量的提高。但普通沖裁工藝光亮帶不可能太大，雖說間隙偏小時光亮帶會增加，但同時會帶來沖裁件斷面上的潛裂紋缺陷及劇烈的摩擦造成模具壽命下降，其危害更大。故在正常沖裁工藝條件下，光亮帶寬度約占板料厚度的1/2～3/4左右，材料塑性越好，光亮帶比例越大。

斷裂帶是凸模進入板料或板料被擠入凹模一定深度時，由于拉應力和剪應力的作用在凸凹模刃口附近產生裂紋并逐漸擴展、迎合、分離而形成的。斷裂帶表面粗糙，且存在一定斜角。因此，它對沖裁件質量帶來不利影響。普通沖裁工藝中斷裂帶的存在是不可避免的，但應盡量縮小斷裂帶的比例。一般情況下，沖裁間隙增大，則斷裂帶寬度增加、沖裁質量下降。因此，對沖裁件質量有更高要求時，應采用緊密沖裁或增加整修工序等沖壓工藝。

毛刺通常在斷裂分離后的沖裁件上出現，它是普通沖裁不可避免的沖壓缺陷。毛刺的存在對沖裁件使用極為不利。一般情況下，衡量毛刺大小的方法是用毛刺高度表示（如圖2所示）。沖裁件上毛刺越小越好，正常生產條件下，毛刺高度應小于板料高度的10%。

斜角是斷裂分離時因最大剪切力方向與沖壓方向不平行而產生的一種缺陷。斜角是伴隨著斷裂帶而同時存在的，并且與斷裂帶有成正比例的變化規律。正常沖壓條件下，斜角值約為4°～6°。間隙對斜角影響較大，間隙偏大時，斜角會增大，斜角的存在與斷裂帶對沖裁件影響是一樣的。它的存在破壞了沖裁件側面的完整性，影響沖裁件的斷面質量，因此，斜角越小，沖裁件質量越好。

翹曲是在沖裁變形過程中由于變形區的彎曲、拉伸作用而形成的，是沖裁后板料平面出現較明顯的平面度誤差的一種沖壓缺陷。自由沖裁時，沖裁件翹曲較大。在沖裁過程中能夠有足夠的壓邊力的頂料力時，沖裁件翹曲會明顯較小。間隙對翹曲也有較大影響，間隙增大，則翹曲會明顯增大。

2 沖裁間隙與沖壓件質量關系分析

間隙對沖裁件的影響顯而易見。此處所指的間隙，一方面是間隙值的大小，另一方面是間隙的均勻性，其影響規律分析如下：

根據沖裁件斷面變化可分為六種情況：沖裁間隙適中時（圖3a），這種斷面分光邊和毛邊兩部分，并帶有圓角R和毛刺X，毛刺有拉伸應力產生，毛邊部分有斜度α；當間隙增大時（圖3b），圓角增大，斜角α略增大，毛刺X正常；如果間隙繼續增大（圖3c），則圓角R和斜角α顯著增大，毛刺X也增大，且伴隨有工件變形產生；間隙如果較正常值偏小（圖3d），則毛邊部分出現光亮點，斜度α及圓角R減小，毛刺X正常；間隙如果再小一些（圖3e），斷面出現兩層光邊，圓角R變的很小，幾乎沒有斜度，毛刺X有所增大；如圖3f所示是在小間隙下的特殊情況——擠光，這主要是因為凹模刃口壁有倒錐形或表面粗糙在沖裁件上產生壓應力形成的。

圖3 沖裁間隙

綜上分析，沖裁間隙增大或減小，沖壓件斷面質量都會變差，只有選擇合理的間隙值，才能獲得理想的斷面質量。合理的間隙值目前還沒有精確的理論計算方法，需要通過理論推算、實驗分析和參考有關資料而定。

當凸模和凹模配合間隙不均勻時，也會影響沖裁件斷面質量，這時會出現一部分斷面質量好、而另一部分斷面出現過大毛刺（間隙過大或過小均有）；此外，不均勻的間隙分配，還會使部分刃口磨鈍，造成斷面質量下降和沖裁力增大等。因此，合理的沖裁間隙應能保證沖裁件斷面無撕裂和毛刺。

3 沖裁件缺陷及預防措施

（1）毛刺是普通沖裁過程中不可避免的一種缺陷形式，毛刺高度值一般為板料厚度的10%左右，如制件對毛刺有更高要求時，可選用精修或沖裁后整修、滾打、壓倒角等工藝措施。對生產批量不大的沖裁件，可采用增加銼修工藝去毛刺的方法。如果是由于間隙不均勻產生的毛刺，必須通過修整模具工作狀態予以解決。

（2）斜角也是普通沖裁工藝不可避免的沖壓缺陷。當對沖壓件斷面質量要求較高，不允許存在明顯斜角和粗糙帶時，可采用精密沖裁或沖裁后擠壓等后續工序，能有效提高沖裁件斷面質量和尺寸精度。

（3）翹曲是由于凸凹模間隙偏大造成的一種沖壓缺陷。對于普通沖裁工藝，間隙偏大時一般修復較為困難。模具刃口不鋒利也容易使沖裁件產生翹曲。解決方法是在模具結構設計增加壓料和頂料裝置，可以減小翹曲變形。此外，若對沖壓件表面平整度要求較高時，可增加校平或整形工序予以解決。

（4）二次剪切面是由于沖裁過程中間隙偏小而產生的。二次剪切面在第二次光亮帶處有潛裂紋存在，會影響斷面質量。消除二次剪切面的有效方法是增大沖裁間隙，可通過研磨凸模或凹模來增大間隙值。

4 結束語

沖裁間隙主要取決于材料牌號、板料厚度、模具結構等因素。沖裁間隙是影響沖壓件質量的主要因素之一，決定著沖裁件斷面質量、尺寸精度、工藝沖裁力和模具壽命等方面。要想獲得優質的沖壓件和合理的沖裁工藝，必須分析研究沖裁間隙對沖壓生產過程的影響。

[1]姜奎華.沖壓工藝與模具設計[M].北京：機械工業出版社，2012.

[2]王孝培.沖壓手冊（第三版）.北京：機械工業出版社，2012.

[3]張 磊，等.沖裁間隙與速度對沖裁件質量影響的實際研究[J].模具制造，2011，（3）：23-25.

[4]李曉超，等.多工位沖模調試生產問題的分析[J].模具工業，2015，（6）：33-37.

[5]鐘筱良.淺談沖裁間隙與沖壓件質量和沖模壽命的關系.模具制造，2010，（6）：42-44.

Influence analysis of die clearance to the quality of blanking parts

ZHOU Juanli
（Xi'an Aeronautical Polytechnic Institute,Xi'an 710089,Shaanxi China）

The deformation of blanking process and the concept of blanking clearance have been described. The evaluation method of the quality of blanking parts has been put forward.The causality relationship about influence of blanking clearance to the quality of blanking parts has been analyzed,as well as the reason for blanking defects and preventive measures.

Blanking clearance;Defects;Evaluation;Measures

TG386.2

A

10.16316/j.issn.1672－0121.2016.04.033

1672－0121（2016）04－0113－03

2016－03－07；

2016－04－27

周娟利（1983－），女，碩士，教研室主任，從事機械制造及其自動化研究。E－mail：jlzhou520＠163.com