小孔沖裁模的設(shè)計(jì)改進(jìn)

張敏

【摘 要】本文以實(shí)踐為基礎(chǔ)，講述了沖壓零件試模中常見的問題及模具的改進(jìn)方法，對(duì)提高模具返修質(zhì)量和提高模具壽命有一定的指導(dǎo)意義。其中，凸模與卸件圈的小間隙配合，夾板與凸模由過盈配合調(diào)整為間隙配合，凸模結(jié)構(gòu)和參數(shù)的改變，在小孔沖裁模具應(yīng)用中效果良好，對(duì)這一類模具有一定的推廣和借鑒作用。

【關(guān)鍵詞】小孔沖裁；凸模；斷面質(zhì)量；搭邊；沖裁間隙

1 問題的提出

沖壓零件如圖1示，材料為25CrMoVA，厚度4mm。模具在試模及使用中存在下列問題：

1）孔距30±0.08經(jīng)常超差。

2）產(chǎn)品外形一側(cè)有毛刺、撕裂嚴(yán)重。

3）沖孔凸模易折斷，模具壽命短。

在試模時(shí)，孔距30±0.08很難保證，即便試模具合格，模具的壽命也就是200-300件，不是孔距超差，就是凸模斷裂。

2 原因分析

模具結(jié)構(gòu)如圖2示。影響模具質(zhì)量的因素較多，牽涉面也較廣，針對(duì)模具存在的問題，需經(jīng)過多次試模，再根據(jù)試模結(jié)果，逐一進(jìn)行分析和改進(jìn)。

影響模具質(zhì)量的主要因素在于模具的設(shè)計(jì)和制造質(zhì)量，模具的材料和熱處理對(duì)模具的質(zhì)量也有一定的影響。

1.上模板；2.推桿；3.卸件圈；4.凸模；5.卸料板；

6.橡皮；7.下模板；8.打桿；9.推板；10.凸模夾板；

11.凹模；12.定位銷；13.凸凹模；14.凸凹模夾板

2.1 孔距超差的原因分析

孔距超差可以從模具的制造和設(shè)計(jì)方面找原因。制造方面：檢查凸模夾板上與凸模配合的孔位置度是否超差，檢查所裝配的沖孔凸模與凸模夾板端面是否垂直。設(shè)計(jì)方面：看凸模的強(qiáng)度是否足夠，在沖裁時(shí)有沒有受到保護(hù)。

經(jīng)過實(shí)際測量凸模夾板上的相應(yīng)孔和裝配后兩個(gè)凸模間距，其尺寸均滿足圖紙要求，同時(shí)也說明凸模與夾板垂直度是沒有問題的。這時(shí)我們注意到?jīng)_孔凸模的工作端過于細(xì)長，剛性不好，在工作時(shí)有可能發(fā)生變形，可能會(huì)引起孔距超差情況的發(fā)生。所以，必須對(duì)原凸模結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)。

2.2 產(chǎn)品外形一側(cè)有毛刺、撕裂嚴(yán)重的原因分析

對(duì)于沖裁模，沖裁間隙是影響零件斷面質(zhì)量的主要因素，間隙過大或過小都會(huì)產(chǎn)生毛刺，只是形式不同，模具間隙過小，沖裁斷面會(huì)出現(xiàn)二次光亮帶，在兩個(gè)光亮帶之間有撕裂帶，或者呈現(xiàn)斷續(xù)的小光斑。模具間隙過大，沖裁斷面光亮帶較窄，撕裂帶斜度較大，沖裁斷面毛刺也大。當(dāng)模具間隙不均勻時(shí)，在間隙不合理處也將出現(xiàn)毛刺，斷面質(zhì)量差。

沖裁搭邊值的大小也會(huì)影響沖裁零件的斷面質(zhì)量，搭邊值過小，會(huì)使作用在凸模側(cè)表面上的法向應(yīng)力沿切離周邊分布不均，不但降低沖裁件斷面質(zhì)量還降低模具壽命，故必須使搭邊的最小寬度大于沖裁時(shí)塑性變形區(qū)寬度，否則，沖裁時(shí)搭邊可能變形或被拉斷，有時(shí)還會(huì)被拉入模具間隙中，使零件產(chǎn)生毛刺，甚至損壞模具刃口。

此零件只有一側(cè)有毛刺、撕裂嚴(yán)重，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，可以初步認(rèn)定是間隙偏向一側(cè)造成的。但當(dāng)打開模具檢查后發(fā)現(xiàn)，凸凹模與凹模兩側(cè)間隙均為0.4mm，是均勻的。這時(shí)我們注意到?jīng)_裁零件搭邊為2.5mm，可能是搭邊有點(diǎn)小，這就造成了產(chǎn)品總是在同一側(cè)出現(xiàn)有毛刺、撕裂嚴(yán)重的情況，應(yīng)適當(dāng)增大沖裁搭邊。

2.3 沖孔凸模壽命短

模具試模合格后，經(jīng)常出現(xiàn)在干了二、三百件甚至是幾十件零件后，沖孔凸模斷裂。造成沖孔凸模壽命短的原因較多，有以下幾點(diǎn)：

沖裁間隙不合理，凸模本身結(jié)構(gòu)有缺陷，模具結(jié)構(gòu)局部不合理，這些都可以造成凸模提前失效。

圖1示零件料厚與孔徑比小于1.5，屬于小孔沖裁，沖壓工藝性不好。另外，從制造方面來說，模具受到加工誤差和裝配精度的限制，凸模不可能絕對(duì)垂直于凹模平面，間隙也不會(huì)絕對(duì)的分布均勻，綜合這兩點(diǎn)，在凸模比較細(xì)長時(shí)更容易斷裂

模具凸模材料一般選用T8、Cr12Mo，有時(shí)還會(huì)選用一些進(jìn)口材料。熱處理方面，如果淬火硬度過高，凸模就較容易斷裂。如果淬火硬度過低，凸模強(qiáng)度和剛性差，易失穩(wěn)變形和孔沖不透。通過試模結(jié)果顯示，更換不同材料和調(diào)整不同的淬火硬度，凸模壽命略有提高，但效果不明顯。

3 解決辦法

3.1 沖孔凸模結(jié)構(gòu)的改變

為了增加凸模強(qiáng)度，提高凸模壽命和保證孔距30±0.08mm，對(duì)凸模結(jié)構(gòu)進(jìn)行了改進(jìn)。如圖3、圖4示。圖3為設(shè)計(jì)圖紙上給出的標(biāo)準(zhǔn)凸模，下段是工作部分，中間為與夾板配壓合部分。圖4是（下轉(zhuǎn)第14頁）（上接第11頁）經(jīng)過改進(jìn)后的結(jié)構(gòu)，中間增加了過渡段，工作部分盡可能短，以提高凸模強(qiáng)度和剛性。沖孔凸模的止扣臺(tái)也增加了厚度，防止凸模被拔出夾板。沖孔凸模止口臺(tái)的退刀槽也改為R1.5，防止熱處理應(yīng)力集中，產(chǎn)生裂紋。

3.2 沖孔凸模間隙的調(diào)整

采用落料和沖孔不同的沖裁間隙，模具落料間隙0.75mm～0.8mm不變，增大沖孔的間隙，沖孔凹模、凸模間隙比落料間隙大了30%左右，即0.9mm～1.0mm。在保證斷面質(zhì)量前提下，適當(dāng)加大沖裁間隙可有效的降低沖裁力，可間接地提高凸模的壽命，因此模具壽命也會(huì)相應(yīng)提高。

3.3 沖孔凸模與卸件圈的大間隙配合改成小間隙滑動(dòng)配合

將卸件圈上與沖孔凸模配合的孔的尺寸進(jìn)行改動(dòng)，由0.06mm～0.08mm的間隙，改成了0.02mm的間隙。這樣可以對(duì)工作中的凸模起到限定和導(dǎo)向作用，保證正確的孔距。同時(shí)，間隙縮小后，對(duì)沖孔凸模起到保護(hù)作用，使得凸模不易折斷。

3.4 沖孔凸模與夾板由過盈配合改成間隙配合

由于凸模工作部分與卸件圈只有0.02mm的間隙，而凸模在工作中會(huì)產(chǎn)生變形，為了防止由于變形而產(chǎn)生的局部過定位而損壞凸模，故將凸模與凸模夾板配合部分由過盈配合改為0.02mm的間隙配合。改成間隙配合還有一個(gè)好處，就是裝配時(shí)，只需輕輕將凸模推入凸模夾板即可，防止過盈配合時(shí)，用力將凸模壓入夾板而造成凸模與夾板不垂直的情況發(fā)生。

3.5 卸件圈與凹模的配合改成小間隙滑動(dòng)配合

卸件圈與凹模的配合間隙由0.06mm～0.08mm改為0.02mm，使卸件圈運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，對(duì)凸模起有效保護(hù)作用。

3.6 改變沖裁搭邊尺寸

加大沖裁搭邊尺寸，即將搭邊由2.5mm改為4.5mm，解決了產(chǎn)品一側(cè)有毛刺、撕裂嚴(yán)重的問題。

4 總結(jié)

經(jīng)過多次試模，多次改進(jìn)，各種問題都得到了很好的解決，模具壽命由原來的兩百多件提高到兩萬多件，解決了生產(chǎn)急需。當(dāng)其它沖壓零件出現(xiàn)類似問題時(shí)，我們也可以借鑒上述方法和措施。

對(duì)于小孔沖裁，料厚與孔徑比小于1.5時(shí)，沖壓工藝性不好，凸模容易斷裂，在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意以下幾個(gè)方面：

1）小孔沖裁，小孔凹模、凸模的間隙應(yīng)比正常沖裁間隙大30℅左右。

2）凸模工作部份盡可能縮短，沖孔凸模強(qiáng)度應(yīng)盡可能提高。

3）沖孔凸模與夾板由過盈配合改成滑動(dòng)配合。

4）沖孔凸模與卸料板由大間隙改為小間隙，保護(hù)凸模。

5）凹模與卸件圈改成小間隙滑動(dòng)配合。

6）沖孔凸模的材料選用和熱處理也應(yīng)特別關(guān)注。

[責(zé)任編輯：田吉捷]