開拓光潔沖裁技術(shù)

文／涂光祺·北京機(jī)電研究所

開拓光潔沖裁技術(shù)

文／涂光祺·北京機(jī)電研究所

最近南方某廠來(lái)電咨詢開展精沖的相關(guān)事宜，不過(guò)根據(jù)廠家的介紹，筆者認(rèn)為該廠目前采用光潔沖裁更為適宜，光潔沖裁不需要專用的精沖設(shè)備，投資省、見效快，有利于推廣。此外，它不需要強(qiáng)力壓邊，比精沖工藝更節(jié)能、節(jié)材，凸、凹模的壽命也更高。

沖裁工藝分析

如圖1所示為各種沖裁工藝的間隙取值示意圖。圖中負(fù)間隙沖裁的實(shí)質(zhì)是沖裁—整修復(fù)合工藝過(guò)程，一般凸模的尺寸比凹模尺寸大（0.1～0.2）t；小間隙沖裁和精密沖裁都可獲得剪切面光潔的零件，前者通過(guò)接近于零的小間隙使材料的變形區(qū)處于純剪切的應(yīng)力狀態(tài)，后者通過(guò)V形環(huán)強(qiáng)力壓邊使材料的變形區(qū)處于三向受壓的應(yīng)力狀態(tài)，提高材料的塑性；普通沖裁的間隙在（7％～11％）t之間，低碳鋼取下限值，高碳鋼取上限值，普通沖裁主要用于為后續(xù)成形工序制坯。

圖1 各種沖裁時(shí)凸模刃口的位置

強(qiáng)力壓邊精沖工藝

強(qiáng)力壓邊精沖工藝20世紀(jì)20年代發(fā)明，但直到50年代才進(jìn)入實(shí)用階段。當(dāng)時(shí)精沖模具的凸模和凹模的間隙需要在淬火前配做，淬火后變形大、廢品率高、修配工作量大，嚴(yán)重制約了精沖技術(shù)的發(fā)展。60年代出現(xiàn)了電火花加工和線切割加工，它們是在模塊已經(jīng)淬硬的情況下進(jìn)行的，從根本上改變了淬火變形的困擾，促進(jìn)了精沖技術(shù)的發(fā)展。此時(shí)國(guó)外精沖壓力機(jī)的制造廠家已經(jīng)迅速增加到了10多家，并且主要集中在瑞士和日本，這些廠家還利用自產(chǎn)的自動(dòng)精沖壓力機(jī)大批量生產(chǎn)精沖零件。

強(qiáng)力壓邊精沖工藝在我國(guó)一開始就是引進(jìn)和自主開發(fā)同步進(jìn)行的，20世紀(jì)60年代起步，70年代開始用于生產(chǎn)，前期在儀器儀表、辦公機(jī)械、電器開關(guān)等行業(yè)應(yīng)用，80年代開始進(jìn)入汽車、摩托車等行業(yè)。生產(chǎn)精沖零件的廠家超過(guò)30多家，分布在全國(guó)各大、中城市。

70年代初，筆者發(fā)明的液壓模架可使普通壓力機(jī)也實(shí)現(xiàn)精沖，且投資省、見效快，深受廠家的歡迎，促進(jìn)了精沖技術(shù)在我國(guó)的推廣。據(jù)北京機(jī)電研究所趙彥啟教授估計(jì)，采用液壓模架生產(chǎn)的精沖件每年的產(chǎn)值可達(dá)4～5億人民幣。

由上述可以看出，長(zhǎng)期以來(lái)強(qiáng)力壓邊精沖技術(shù)在國(guó)內(nèi)外均占據(jù)著主導(dǎo)的地位。

光潔沖裁

在強(qiáng)力壓邊精沖技術(shù)正如日中天的時(shí)候，卻出現(xiàn)了美國(guó)的擠出精沖（Gripflow Stamping）和德國(guó)的集成精沖（Integral Fineblanking），它們都可用專用的精沖壓力機(jī)來(lái)進(jìn)行大批量的生產(chǎn)。這種精沖技術(shù)和強(qiáng)力壓邊精沖技術(shù)的主要區(qū)別是：

⑴壓邊圈上沒有V形環(huán)齒，為平面形狀，沖裁開始前和沖裁過(guò)程中平面壓邊圈均壓緊材料，保持材料和沖裁方向垂直。

⑵沖裁間隙取值比強(qiáng)力壓邊精沖更小。

以前將這種精沖工藝稱為平面壓邊精沖，但這顯然是不確切的。工件光潔的剪切面主要是采用接近于零的小間隙，使沖裁時(shí)材料的變形區(qū)處于純剪切的應(yīng)力狀態(tài)而獲得的，因此這種工藝應(yīng)稱為小間隙沖裁或小間隙光潔沖裁（簡(jiǎn)稱為光潔沖裁）。

F. Rotter給出了光潔沖裁的試驗(yàn)結(jié)果，如圖2所示。落料試樣直徑為φ70mm，4種材料分別為10鋼、30鋼、20CrMn、42CrMo，試樣材料厚度t分別為6mm和11mm；沖裁間隙分別為0.015mm和0.045mm；反壓力P3為200kN。兩種材料厚度和兩種沖裁間隙交叉試驗(yàn)獲得4組試驗(yàn)數(shù)據(jù)，分別示于圖2a、b、c、d。

從圖2可以看出，光潔沖裁落料，當(dāng)材料厚度t=6mm、間隙c=0.015mm時(shí)，各種材料均可達(dá)到100％的剪切面完好率；而當(dāng)c=0.045mm時(shí)，要用塑性好的材料10鋼、20CrMn才能達(dá)到完整的剪切面完好率。當(dāng)材料厚度t=11mm時(shí)，無(wú)論間隙c為0.045mm還是0.015mm，都只有塑性較好的材料10鋼、20CrMn才能獲得完整的剪切面完好率。所以目前在國(guó)內(nèi)外強(qiáng)力壓邊精沖仍都占據(jù)主導(dǎo)的地位，應(yīng)重視這種狀況并使其延續(xù)下去。

圖2 光潔沖裁剪切面完好率（落料）

幾點(diǎn)看法和建議

⑴由于可長(zhǎng)期穩(wěn)定生產(chǎn)且技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果顯著，

⑵充分利用慢走絲線切割機(jī)床、數(shù)控點(diǎn)位坐標(biāo)磨床和連續(xù)軌跡坐標(biāo)磨床等先進(jìn)的設(shè)備加工出光潔沖裁所需用的模具。

⑶建議相關(guān)的政府部門或者行業(yè)組織挑選幾家對(duì)光潔沖裁技術(shù)有興趣且條件較好的企業(yè)進(jìn)行試生產(chǎn)，取得一定的結(jié)果后再在行業(yè)內(nèi)推廣。

⑷在相關(guān)的技術(shù)和工藝成熟后可以考慮光潔沖裁專用壓力機(jī)的開發(fā)。由于光潔沖裁間隙的取值接近于零，所以這種技術(shù)對(duì)設(shè)備滑塊的導(dǎo)向精度要求很高，可以考慮采用導(dǎo)向精度極高的臺(tái)階式內(nèi)阻尼靜壓導(dǎo)軌。

光潔沖裁通過(guò)接近于零的小間隙使材料的變形區(qū)處于純剪切的應(yīng)力狀態(tài)而獲得剪切面光潔的零件，它不需要專用的精沖設(shè)備，投資省、見效快，有利于推廣。