冲压设计-冲裁间隙

冲压设计-冲裁间隙

在冲裁过程中，材料受到弯矩的作用，工件产生穹弯，而不平整。由于冲裁变形的特点，在冲裁断面上具有明

显的4个特征区(图2—3)，即“a一塌角、b一光亮带、

c一断裂带和d一毛刺。冲裁件的4个特征区在整个断面

上所占比例的大小并非一成不变，而是随着材料的力学

性能．冲裁问隙、刃口状态等条件的不同而变化的。

冲裁问隙的大小对冲裁件质量、模具寿命、计中的一个重要的工艺参数。

冲裁间隙系指冲裁模的凸模与凹模刃口之间的间隙，单面间隙用c表示．双面间隙隙用z表示(图2—7)。

图2-7 冲裁间隙示意图

一、间隙的影响

1．对冲裁质量的影响

冲裁什的质量主要是指断面质量、尺寸精度和弯曲度。

(1)对断面质量的影响冲裁断面应平直、光洁、圆角小；光亮带应^有一定的比例，毛刺较小，冲裁件表面应尽可能平整，尺寸应在图样规定的公差范围之内。影响冲裁件质量的因素有：凸、凹模间隙值大小及其分布的均匀性，模具刃口锋利状态，模具结构与制造精度、材料性能等。其中。间隙值大小与分布的均匀程度是主要因素。

冲裁时，间隙合适，可使上下裂纹与最大切应力方向重合，此时产生的冲裁断面比较平直、光洁、毛刺较小，制件的断面质量较好(图2—8b)。间隙过小或过大将导致上、下裂纹不重合。间隙过小时，上、下裂纹中间部分被第二次剪切，在断面上产生撕裂面，坪形成第二个光亮带(图2—8a)，在端面出现挤长毛刺。间隙过大．板料所受弯曲与拉伸均变大，断面容易撕裂，使光亮带所占比例减小．产生较大塌角，粗糙的断裂带斜度增大，毛刺大而厚，难于除去．使冲裁断面质量下降(图2 8c)。

图2-8间隙对工件断面质量的影响

a) 间隙过小b) 间隙合适c) 间隙过大

1—断面带2—光亮带3—圆角带

(2)对尺寸精度的影响冲裁件的尺寸精度是指冲裁件实际尺寸与基本尺寸的差值，差值越小，精度越高。该差值包括两方面的偏差，一是冲裁件相对于凸模或凹模尺寸之偏差，二是模具本身的制造偏差。

冲裁件对于凸模或凹模尺寸的偏差。主要是由于冲裁过程中，材料受到拉伸、挤压、弯曲等作用而引起的变形，在工件脱模后产生的弹性恢复造成的。偏差值可能是正的，也可能是负的。影响这一偏差值的因素主要是凸、凹模间隙。

当间隙值较大时，材料受拉伸作用增大，冲裁完毕后，

因材料的弹性恢复，冲件尺寸向实体方向收缩，使落料

件尺寸小于凹模尺寸，而冲孔件的孔径则大于凸模尺寸；当间隙较小时，材料的弹性恢复使落料件尺寸增大，而冲孔件的孔径则变小。冲裁件的尺寸变化量的大小还与材料性能、厚度、轧制方向、冲件形状等因素有关。模具制造精度及模具刃口状态也会影响冲裁件质量。

(3)对弯曲的影响冲裁过程中由于材料受到弯矩作用而产生弯曲，若变形达到弹性弯曲．冲裁件脱模后即使回弹．工件仍残留有一定弯曲度。这种弯曲程度随凸、凹模间隙的大小、材料性能及材料支撑方法而异。

mm的冲件的实验所图2—9为1.6mm厚的钢板上冲制20

求得的凸、凹模刃口双面间隙与冲件曲率半径的关系。

图2—9 间隙与冲裁曲率半径的关系

2．对模具寿命的影响

冲裁模具的寿命是以冲出合格制品的冲裁次数来衡量的，可再分为两次刃磨间的寿命与全磨损后总的寿

命。

在冲裁过程中，模具刃口处所受的压力非常大．使模具刃口和板材的接触面之间出现局部附着现象，产生附着磨损，其磨损量与接触压力．相对滑动距离成正比，与材料屈服强度成反比。它被认为是模具磨损的主要形式。

当间隙减小时，接触压力(垂直力、侧压力、摩擦力)会增大，摩擦距离增长，摩擦发热严重，导致模具磨损加剧(图2—10)，使模具与材料之间产生粘结现象．还会引起刃口的压缩疲劳破坏，使之崩刃。间隙过大时．板料弯曲拉伸相对增加，使模具刃口端面上的正压力增大，容易产生崩刃或产生塑性变形，使磨损加剧。可见间隙过小与过大都会导致模具寿命降低。因此，间隙合适或适当增大模具问隙，可使凸、凹模侧面与材料间摩擦减小，并减缓间隙不均匀的不利因素，从而提高模具寿命。

从图2—10可看出，凹模端面磨损比凸模大，这是因为凹模端面上材料的滑动比较自由，而凸模下面的材料沿板面方向滑动受到限制的原因。而凸模侧面的磨损最大，是因为凸模侧面受到卸料作用的长距离摩擦，加剧了侧壁的磨损。若采用较大间隙，可使孔径在冲裁后的回弹增大，减小卸料时与凸模侧面的摩擦。从而减小凸模侧面的磨损。

板厚t/mm

图2-10 间隙与磨损的关系

模具刃口磨损，导致刃口的钝化和间隙增加，使制件尺寸精度降低．冲裁能量增大，断面粗糙，毛刺增大。为了提高模具寿命．一般需采用较大间隙．若制件要求精度不高时．采用合理大间隙，模具寿命可以提高。若采用小间隙，就必须提高模具硬度与制造精度，对冲模刃口进行充分润滑，以减少磨损。

3．对冲裁力的影响

一般认为。增大间隙可以降低冲裁力，而小间隙则使冲裁力增大。当间隙合理时，上下裂纹重合，最大剪切力较小。而小间隙时，材料所受力矩和拉应力减小，压应力增大，材料不易产生撕裂．上下裂纹不重合又产生二次剪切，使冲裁力、冲裁功有所增大；增大间隙时材料所受力矩与拉应力增大，材料易于剪裂分离，故最

大冲裁力有所减小，如对冲裁件质量要求不高，为降低冲裁力、减少模具磨损，倾向于取偏大的冲裁间隙。

二、间隙的确定

由以上分析可见，冲裁间隙对冲裁件质量、冲裁力、模具寿命等都有很大的影响，设计模具时应选用合理间隙值。但分别符合这些要求的合理间隙值并不相同，只是彼此接近。生产中通常是选择一个适当的范围作为合理间隙。这个范围的最小值称为最小合理间隙(m in z )，最大值称最大合理间隙(m ax z )。考虑到生产过程中的磨损使间隙变大，故设计与制造模具时，通常采用最小合理间隙m in z 值。确定合理间隙值有两种方法：

1．理论确定法

理论确定法的主要依据是保证裂纹重合，以获得良好的冲裁断面。图2—1l 是冲裁过程中开始产生裂纹的瞬时状态。

图 2—

11 合理冲裁间隙的确定

由图中几何关系可得出计算合理间

隙的公式：

ββtg t h t tg h z )/1(2)(200-=-=

（2-1）

式中 t —板料厚度(mm)；

t h /0—产生裂纹时凸模相对压入

深度(mm)；

β—裂纹与垂线间的夹角。

由上述可知，间隙z 与板材厚度、相对压入深度t h /0、

裂纹方向角β有关。而0h 、β又与材料性质有关，表2—

1为常用材料的t h /0与β的近似值。由表可知，影响间隙

值的主要因素是板材力学性能及其厚度，板料越厚、越硬或塑性越筹，

t h /0值越小，合理间隙值越大。材料越软．t h /0值越大．合理间隙值越小。

表2-1

t h /0与 β的值 (单位： mm)

因为计算法在生产中使用不方便，故目前普遍使用查表选取法。

2．查表选取法

综上所述，间隙的选取主要与材料的种类、厚度有关，由于多种冲压件对其断面质量和尺寸精度的要求不同，以及生产条件的差异，在实际生产中很难有一种统一的间隙数值．而应区别情况、分别对待，在保证冲裁件断面质量和尺寸精度的前提下，使模具寿命最高。国内工厂常用的间隙值见表2—2、表2—3、表2—4。表2—2～表2—4给出了汽车、拖拉机、电器仪表和机电行业推荐的几种间隙值。

表2-2 冲裁模初始双面间隙)2(c z z = (单位：mm)

注：1.冲裁皮革、石棉和纸板时，间隙取08钢的25％

2.“c ”为单面间隙

表2-3 冲裁模初始双面间

隙)2(c z z =

注：1.初始间隙的最小值相当于间隙的公称函数值。

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.在使用过程中，由于模具工作部分的磨损，间隙将有所增加，因而间隙的 使用最大数值要超过列表值。

4.“c ”为单面间隙。

表2-4 冲裁模刃口

双面间隙 )2(c z z

表2-5是原机械工业部的《冲裁间隙》指导性年纪书文件（JB/Z271—1986）推荐的间隙值。该文件将间隙分成三类。其中第一类适用于对断面质量与冲裁件精度均要求高的工件，但模具寿命较低。第二类适用于断面质量，冲裁件精度要求一般，及需继续变形的工件。第三类适用于断面质量、冲裁精度均要求不高的工件，但模

具寿命较长。

表2-5冲模单面间隙比值c/t（单位％）

注：1.本表适用于厚度为10mm以下的金属材料。考虑到料厚对间隙比值的影响，将料厚分为0.1～1.0mm；1.2～3.0mm，3.5～6mm；7.0～10mm 四当，当料厚为0.1～1.0mm时，各类间隙比值取下限值。并以次为基数，随着料厚的增加，再逐挡递增（0.5～1.0）%t（有色金属和低碳钢取小值，中碳钢和高碳钢取大值。）

2. 凸、凹模的制造偏差和磨损均使间隙变大，故新模具应取最小间隙值。

3. 其它金属材料的间隙比值可参照表中抗剪切强度相近的材

料选取。

4. 非金属材料：红纸板、胶、胶布板的间隙比值分二类；相当于表中Ⅰ类时，取（0.5～2）%t；相当于Ⅱ类时，取（＞2～4）%t。纸、皮革、云母纸的间隙比值取（0.25～0.75）%t。