普通沖裁件質(zhì)量影響因素及解決辦法

蘭天鵬

（長春職業(yè)技術(shù)學院，吉林　長春，130033）

普通沖裁件質(zhì)量影響因素及解決辦法

蘭天鵬

（長春職業(yè)技術(shù)學院，吉林長春，130033）

本文從材料性能、模具間隙、模具的制造精度、模具刃口鈍利情況等方面分析了對普通沖裁質(zhì)量的影響，并提出了有針對性的解決措施，對提升沖壓件的內(nèi)外在質(zhì)量，提高生產(chǎn)效率有一定的參考價值。。

普通沖裁件，質(zhì)量，影響因素，解決辦法，材料性能，模具間隙，模具制造精度，模具刃口

1　引言

沖壓是日常生產(chǎn)當中非常重要的工序，沖裁件的質(zhì)量對我們非常重要，一般沖裁件的斷面的光亮帶越寬，斷裂帶越窄、圓角及毛刺越小，沖裁件質(zhì)量就越好。沖裁件質(zhì)量指標是指斷面質(zhì)量、尺寸精度及形狀誤差。剪切斷面應垂直光滑，尺寸及制件外形應滿足圖紙要求，表面盡可能平整。下面將對普通沖件質(zhì)量影響因素及解決辦法作簡要分析。

2　沖裁件斷面組成

沖裁件的斷面由圓角帶、光亮帶、斷裂帶和毛刺區(qū)四部分組成。這四部分在沖裁件斷面上所占的比例隨材料的力學性能、模具間隙、刃口銳鈍、模具和設(shè)備導向情況等不同而變化。斷面組成部分見圖1

圓角帶：是光滑的圓弧帶，它是刃口剛壓入材料時，刃口附近的材料牽連拉入產(chǎn)生彎曲和伸長變形的結(jié)果。

圖1　1—毛刺 2—斷裂帶3—光亮帶4—圓角帶

光亮帶： 這個區(qū)域發(fā)生在塑性變形階段。主要是由于板料產(chǎn)生塑性剪切變形時，材料在和模具側(cè)面接觸中被模具側(cè)面擠光而形成的光亮垂直的斷面。通常它占整個斷面的1/2~1/3，是斷面上質(zhì)量最好的部分。

斷裂帶：這個區(qū)域發(fā)生在斷裂分離階段。是表面粗糙且?guī)в绣F度的部分，它是由于刃口處的微裂紋在拉應力作用下不斷擴展斷裂而形成的。

毛刺： 在塑性變形階段的后期產(chǎn)生。凸模和凹模的刃口切入一定深度后，刃口正面材料被壓縮，刃尖部分為高靜水壓力狀態(tài)，使裂紋起點不在刃尖處發(fā)生，而是在距刃尖不遠處的模具側(cè)面產(chǎn)生，因為此處受有拉應力。在拉應力的作用下，裂紋加長，材料斷裂而產(chǎn)生毛刺。裂紋的產(chǎn)生點和刃尖的距離即為毛刺的高度。在普通沖裁中，毛刺的產(chǎn)生是不可避免的。

圓角帶、光亮帶、斷裂帶、毛刺四部分在沖裁斷面上所占的比例隨材料的力學性能、料厚、刃口銳鈍、模具結(jié)構(gòu)及凸、凹模間隙等不同而變化。塑性差的材料，斷裂傾向嚴重，斷裂帶增寬，光亮帶、圓角帶所占比例較小，毛刺也小。塑性好的材料則相反。對于同一種材料這四部分的比例也隨料厚、間隙、刃口鋒利程度、模具結(jié)構(gòu)以及零件輪廓形狀的不同而變化。要想提高沖裁件斷面質(zhì)量，可通過增加光亮帶的高度或采用整形工序來實現(xiàn)。增加光亮帶高度的關(guān)鍵是通過延長塑性變形階段、推遲裂紋的產(chǎn)生來實現(xiàn)。

3　影響沖裁件質(zhì)量的因素

影響有沖裁件質(zhì)量的因素有，沖裁件材料、模具間隙、模具制造精度、刃口的鈍利等等。

沖裁件的尺寸精度，是指沖裁件實際尺寸與基本尺寸的差值（δ），差值越小，則沖裁件精度越高。這個差值包括兩方面：一是模具本身的制造、磨損引起的偏差，二是沖裁件相對于凸、凹模尺寸的偏差。模具制造精度一定時，落料件的尺寸不會與凹?？壮叽缤耆嗟龋瑳_出的孔也不會與凸模刃口尺寸完全相同，因沖裁后材料的擠壓、拉伸、拱彎變形都要產(chǎn)生恢復，從而引起誤差，這時的偏差值δ為：

落料δ＝零件外形實際尺寸－凹模尺寸

沖孔δ＝零件孔實際尺寸－凸模尺寸

偏差值可能是正的，也可能是負的。影響偏差值的主要因素是凸、凹模的間隙。沖件卸載后彈性變形的恢復引起一定的尺寸變化。在間隙Z合理,忽略回彈的情況下，無論是沖出的孔還是落下的料，其尺寸都有大、小兩部分。小部分的尺寸等于凸模尺寸，而大的部分尺寸等于凹模尺寸。

對于孔來說，小的部分尺寸是有用的，這部分最光滑，孔與其它零件配合也是靠這部分尺寸，其大小與凸模尺寸一樣。因而得出：沖孔尺寸等于凸模尺寸。對于落料件來說，大的部分尺寸是有用的，同樣也可以得到：落料尺寸等于凹模尺寸的結(jié)論。此外零件形狀簡單，誤差小。零件小，其相對誤差大，絕對誤差小。零件大時，相對誤差小，絕對誤差大。換句話說大零件易保證精度。

影響沖件質(zhì)量的因素具體如下：

3.1材料性能的影響

材料性質(zhì)、厚度與軋制方向的影響 沖裁時材料的彈性變形量決定于材料性質(zhì)。塑性好的材料，沖裁時裂紋出現(xiàn)得較遲，板料被剪切的深度較大，光亮帶所占比例大多角，毛刺和拱彎也較大，斷裂帶較窄。塑性差的材料則與上述現(xiàn)象相反。軟鋼的彈性變形量較小，沖裁后彈性回復量小，沖裁件的尺寸精度較高。而硬鋼則相反。板料經(jīng)軋制后其機械、物理性能在板平面內(nèi)出現(xiàn)各向異性。這就造成了同一零件由于各方向回彈不同而各向偏差值不同。

3.2模具間隙的影響

間隙對偏差值的影響規(guī)律與間隙大小變化時變形區(qū)應力狀態(tài)產(chǎn)生不同變化有關(guān)，變形區(qū)應力狀態(tài)不同，彈性回復的大小和方向也就不同。凸、凹模間隙對零件尺寸精度影響的一般規(guī)律如圖2所示。曲線與δ=0的橫軸交點表明零件尺寸與模具尺寸一致，交點右邊表示間隙較大時，沖孔孔徑大于凸模直徑，落料件尺寸小于凹模尺寸。這是因為間隙較大時，變形區(qū)材料的拉應力較大，沖裁后材料必然收縮的緣故。交點左邊表示間隙較小時，沖孔孔徑小于凸模直徑，落料件尺寸大于凹模尺寸。因為間隙較小時，變形區(qū)材料的橫向壓應力較大，沖裁后材料必然伸展。

圖2　間隙對沖裁精度的影響

間隙過小時,凸模刃口附近的裂紋比正常間隙時向外錯開一段距離，上、下裂紋產(chǎn)生后，各自進入凸、凹模端面的壓應力區(qū)而停止發(fā)展，不重合。且上、下裂紋之間的材料隨凸模繼續(xù)下壓將產(chǎn)生第二次剪切，出現(xiàn)第二光亮帶。在兩個光亮帶之間形成斷裂帶，或者呈現(xiàn)斷續(xù)的小光斑，在沖裁件端面出現(xiàn)擠長的毛刺，但容易去除。由于間隙小，彎曲、拉伸小，裂紋產(chǎn)生遲，光亮帶變寬，且零件拱彎小，斷面斜度和圓角小，只要中間撕裂不是很深，仍可應用。

當間隙過大時，凸模刃口處的裂紋較正常間隙向里錯開一段距離，上、下裂紋也不重合。裂紋間的材料產(chǎn)生第二次拉裂，零件斷面出現(xiàn)兩個斜度，這時材料的彎曲與拉伸大，拉應力大，材料的塑性變形階段結(jié)束較早，致使光亮帶較窄，圓角與斜度較大，拱彎厲害，毛刺大。

當模具間隙不均勻時，在間隙不合理處將出現(xiàn)毛刺，斷面質(zhì)量差。因此模具設(shè)計制造與安裝時必須保證間隙均勻。

3.3模具的制造精度的影響

模具導向裝置精度高，壓力機滑塊導向精確可靠，則可保證沖裁時間隙合理，沖裁件斷面質(zhì)量就好。

此外，模具的磨損和彈性變形對沖裁件的尺寸精度也有影響，且影響到模具間隙及材料的應力狀態(tài)。因而模具磨損量及變形量對零件的質(zhì)量起綜合性影響。沖裁次數(shù)及落料件尺寸變化的關(guān)系如圖3所示。模具開始使用時，由于磨損的劇增，零件尺寸變化比較劇烈。以后隨沖裁次數(shù)增加，磨損穩(wěn)定，零件尺寸逐漸變大。對于沖孔件，在經(jīng)過模具磨損穩(wěn)定階段后零件尺寸將逐漸變小。沖裁中要注意及時返修模具。計算模具刃口尺寸時應考慮模具磨損及彈性變形對沖裁件尺寸精度的影響。

圖3　沖裁件尺寸與沖裁次數(shù)的關(guān)系

3.4模具刃口鈍利情況的影響

圖4　鈍刃口對毛刺的影響

當模具刃口磨損成圓角變鈍時，刃口與材料接觸的面積增加，應力集中效應減輕，擠壓作用大，延緩了裂紋的產(chǎn)生，制件圓角大,光亮帶寬，但裂紋發(fā)生點要由刃口側(cè)面向上移動，毛刺高度加大，即使間隙合理，也仍會產(chǎn)生較大的毛刺。凸模磨鈍，落料件產(chǎn)生毛刺；凹模磨鈍，沖孔件產(chǎn)生毛刺。如果凸、凹模都鈍，則落料件與沖孔件都出現(xiàn)毛刺，見圖4。

4　解決辦法

廢料本質(zhì)上就是成形孔的反像。即位置相反的相同部位。通過檢查廢料，可以判斷上下模間隙是否正確。如果間隙過大，廢料會出現(xiàn)粗糙、起伏的斷裂面和一窄光亮帶區(qū)域。間隙越大，斷裂面與光亮帶區(qū)域所成角度就越大。如果間隙過小，廢料會呈現(xiàn)出一小角度斷裂面和一寬光亮帶區(qū)域。過大間隙形成帶有較大卷邊和邊緣撕裂的孔，令剖面稍微有一薄邊緣突出。太小的間隙形成帶稍微卷邊和大角度撕裂，導致剖面或多或少地垂直于材料表面。一個理想的廢料應有合理的圓角帶和均勻的光亮帶。這樣可保持沖壓力最小并形成一帶極少毛刺的整潔圓孔。從這點來看，通過增大間隙來延長模具壽命是以犧牲成品孔質(zhì)量換取的。模具的間隙與所沖壓的材料的類型及厚度有關(guān)。不合理的間隙可以造成以下問題：

如間隙過大，所沖壓工件的毛刺就比較大，沖壓質(zhì)量差。如果間隙偏小，雖然沖孔的質(zhì)量較好，但模具的磨損比較嚴重，大大降低模具的使用壽命，而且容易造成沖頭的折斷。

間隙過大或過小都容易在沖頭材料上產(chǎn)生粘連，從而造成沖壓時帶料。過小的間隙容易在沖頭底面與板料之間形成真空而發(fā)生廢料反彈。

合理的間隙可以延長模具壽命，卸料效果好，減小毛刺和翻邊，板材保持潔凈，孔徑一致不會刮花板材，減少刃磨次數(shù)，保持板材平直，沖孔定位準確。

[1]劉建超,張寶忠.沖壓模具設(shè)計與制造[M].高等教育出版社,2010,1

[2]王嘉.冷沖模設(shè)計與制造實例[M].機械工業(yè)出版社, 2009,9

[3]薛啓翔.沖壓模具設(shè)計制造難點與竅門[M].機械工業(yè)出版社, 2003,3

General influence factors and solutions of the quality of general blanking parts

Lan Tianpeng
（Changchun Vocational Institute of Technology, Changchun, Jilin, 130033）

This paper analyzes the effect of material properties, mold gap, mold manufacturing precision, die cutting edge blunt, and puts forward some specific measures to improve the quality of stamping parts, improve the production efficiency of a certain reference value.

General blanking parts, quality, influencing factors, solution, material properties, mold gap, mold manufacturing precision, die cutting edge