第2章冲裁 24冲裁间隙 冲裁间隙是指冲裁模的凸模和凹模之间的双面间隙,如图2.16所示。 图2.16冲裁间隙 2.2节中已分析了冲裁间隙对冲裁件尺寸精度、形状误差、断面质量和毛刺的影响,下 面主要讨论冲裁间隙对模具寿命及冲裁力、推件力、卸料力的影响 24.1冲裁间隙对模具寿命的影响 冲裁模具的破坏形式主要有磨损、崩刃、折断、啃坏、凹模胀裂等 冲模的寿命是以冲出合格制品的数量来衡量的。224节中已阐明冲模在冲裁一定次数 后因为凸、凹模刃口刃尖磨损而使毛刺増大,因此必须对凸、凹模刃口及时进行刃磨才能 继续正常使用,冲裁模凹模刃口有效直线部分h是有限的(图2.15),所以冲裁模两次刃磨 之间生产的合格品的数量,直接决定模具的总寿命。 图217所示的是在合理的冲裁间隙下,合金工具钢制造的凸、凹模在冲裁一定次数后 的磨损形式。 当冲裁间隙过小时,冲裁过程中挤压作用加剧,垂直力P1,P2和摩擦力μP1,P2增大 (参见图2.4),刃口所受压应力增大,造成刃口端面磨损和变形加剧,同时侧压力P3,P4 及所产生的摩擦力μP3,μP4也同时增大,使刃口侧面磨损也增大,使得凸、凹模在冲裁较 少次数下即出现较大的磨损量,为保证冲裁件毛刺正常,必然增加刃磨次数,从而降低了 模具的总使用寿命。过小的冲裁间隙还是引起凹模涨裂、啃坏等异常破坏的重要原因之 这类异常破坏对模具寿命的影响更大。 当冲裁间隙过大时,板料的弯曲拉伸相应增大,垂直力P1,P2及力偶M也会相应增大 因此同样会加剧凸、凹模端面磨损,且易引起模具崩刃,从而影响模具寿命 综上所述,合理范围内的冲裁间隙是保证模具寿命最主要的工艺参数。当然影响模具 寿命的其他因素还有很多,如模具材料、模具制造精度、模具刃口的粗糙度、制件材料的 力学性能、制件结构工艺性等
第 2 章 冲裁 53 2.4 冲 裁 间 隙 冲裁间隙是指冲裁模的凸模和凹模之间的双面间隙，如图 2.16 所示。 图 2.16 冲裁间隙 2.2 节中已分析了冲裁间隙对冲裁件尺寸精度、形状误差、断面质量和毛刺的影响，下 面主要讨论冲裁间隙对模具寿命及冲裁力、推件力、卸料力的影响。 2.4.1 冲裁间隙对模具寿命的影响 冲裁模具的破坏形式主要有磨损、崩刃、折断、啃坏、凹模胀裂等。 冲模的寿命是以冲出合格制品的数量来衡量的。2.2.4 节中已阐明冲模在冲裁一定次数 后因为凸、凹模刃口刃尖磨损而使毛刺增大，因此必须对凸、凹模刃口及时进行刃磨才能 继续正常使用，冲裁模凹模刃口有效直线部分 h 是有限的(图 2.15)，所以冲裁模两次刃磨 之间生产的合格品的数量，直接决定模具的总寿命。 图 2.17 所示的是在合理的冲裁间隙下，合金工具钢制造的凸、凹模在冲裁一定次数后 的磨损形式。 当冲裁间隙过小时，冲裁过程中挤压作用加剧，垂直力 P1，P2 和摩擦力 μP1，μP2 增大 (参见图 2.4)，刃口所受压应力增大，造成刃口端面磨损和变形加剧，同时侧压力 P3，P4 及所产生的摩擦力 μP3，μP4 也同时增大，使刃口侧面磨损也增大，使得凸、凹模在冲裁较 少次数下即出现较大的磨损量，为保证冲裁件毛刺正常，必然增加刃磨次数，从而降低了 模具的总使用寿命。过小的冲裁间隙还是引起凹模涨裂、啃坏等异常破坏的重要原因之一， 这类异常破坏对模具寿命的影响更大。 当冲裁间隙过大时，板料的弯曲拉伸相应增大，垂直力 P1，P2 及力偶 M 也会相应增大， 因此同样会加剧凸、凹模端面磨损，且易引起模具崩刃，从而影响模具寿命。 综上所述，合理范围内的冲裁间隙是保证模具寿命最主要的工艺参数。当然影响模具 寿命的其他因素还有很多，如模具材料、模具制造精度、模具刃口的粗糙度、制件材料的 力学性能、制件结构工艺性等
中压工艺与模具设计 凹模端面(mm) 凸模端面(mm) 0000次 04 0.6 图2.17凸、凹模的磨损形式 2.42冲裁间隙对冲裁力及卸料力、推件力、顶件力的影响 如图2.18所示,当间隙减小时,凸模压入板料的情况接近挤压状态,板料所受拉应力 减小,压应力增大,板料不易产生裂纹,因此最大冲裁力增大;当间隙增大时,板料所受 拉应力增大,材料容易产生裂纹,因此冲裁力迅速减小;当间隙继续增大时,凸、凹模刃 口产生的裂纹不相重合,会发生二次断裂,冲裁力下降变缓。 低碳钢 铝合金 间隙(Z/1)×1009 图2.18间隙大小对冲裁力的影响 如图2.19所示,当间隙增大时,冲裁件光亮带变窄,落料尺寸小于凹模尺寸,冲孔尺 寸大于凸模尺寸,因此卸料力、推件力或顶件力迅速减小:间隙继续增大时,制件产生较
54 冲压工艺与模具设计 图 2.17 凸、凹模的磨损形式 2.4.2 冲裁间隙对冲裁力及卸料力、推件力、顶件力的影响 如图 2.18 所示，当间隙减小时，凸模压入板料的情况接近挤压状态，板料所受拉应力 减小，压应力增大，板料不易产生裂纹，因此最大冲裁力增大；当间隙增大时，板料所受 拉应力增大，材料容易产生裂纹，因此冲裁力迅速减小；当间隙继续增大时，凸、凹模刃 口产生的裂纹不相重合，会发生二次断裂，冲裁力下降变缓。 图 2.18 间隙大小对冲裁力的影响 如图 2.19 所示，当间隙增大时，冲裁件光亮带变窄，落料尺寸小于凹模尺寸，冲孔尺 寸大于凸模尺寸，因此卸料力、推件力或顶件力迅速减小；间隙继续增大时，制件产生较
第2章冲裁 大拉断毛刺,卸料力、顶件力又会增大。 不锈钢 间隙(z/)×100% 图2.19间隙大小对卸料力的影响 243合理冲裁间隙的选用 设计模具时,选择一个合理的冲裁间隙,可获得冲裁件断面质量好、尺寸精度高、模 具寿命长、冲裁力小的综合效果。生产实际中,一般是以观察冲裁件断面状况来判定冲裁 间隙是否合理,即塌角带和断裂带小、光亮带能占整个断面的1/3左右,不出现二次光亮 带、毛刺高度合理,得到这种断面状况的冲裁间隙就是在合理的范围内。 确定合理冲裁间隙主要有理论计算法、查表法、经验记忆法。 理论计算法 理论计算法确定冲裁间隙的依据是:在合理间隙情况下,冲裁时板料在凸、凹模刃口 处产生的裂纹成直线会合,从图220所示的几何关系,得出计算合理间隙的公式 Z=2/(1-b/n)tan B 图2.20合理间隙的理论值 由上式可知,合理间隙取决于板料厚度1、相对切入深度b、裂纹方向角β三个因素 β是一个与板料的塑性或硬度有关的值,但其变化不大,所以影响合理间隙值大小主要取 决于前两个因素。由2.1.3中分析已知,材料塑性愈好或硬度愈低,则光亮带所占的相对宽
第 2 章 冲裁 55 大拉断毛刺，卸料力、顶件力又会增大。 图 2.19 间隙大小对卸料力的影响 2.4.3 合理冲裁间隙的选用 设计模具时，选择一个合理的冲裁间隙，可获得冲裁件断面质量好、尺寸精度高、模 具寿命长、冲裁力小的综合效果。生产实际中，一般是以观察冲裁件断面状况来判定冲裁 间隙是否合理，即塌角带和断裂带小、光亮带能占整个断面的 1/3 左右，不出现二次光亮 带、毛刺高度合理，得到这种断面状况的冲裁间隙就是在合理的范围内。 确定合理冲裁间隙主要有理论计算法、查表法、经验记忆法。 1. 理论计算法 理论计算法确定冲裁间隙的依据是：在合理间隙情况下，冲裁时板料在凸、凹模刃口 处产生的裂纹成直线会合，从图 2.20 所示的几何关系，得出计算合理间隙的公式： Z=2t(1－b/t)tan (2-10) 图 2.20 合理间隙的理论值 由上式可知，合理间隙取决于板料厚度 t、相对切入深度 b/t、裂纹方向角 三个因素。 是一个与板料的塑性或硬度有关的值，但其变化不大，所以影响合理间隙值大小主要取 决于前两个因素。由 2.1.3 中分析已知，材料塑性愈好或硬度愈低，则光亮带所占的相对宽
中压工艺与模具设计 度b就愈大,反之,材料塑性愈差或硬度愈高,则bt就愈小 综上所述,板料愈厚,塑性愈差或硬度愈高,则合理冲裁间隙就愈大:板料愈薄,塑 性愈好或硬度愈低,则合理冲裁间隙愈小 迄今为止,理论计算法尚不能在实际工作中发挥实用价值,但对影响合理间隙值的各 因素作定性分析还是很有意义的。 2.查表法 在生产实际中,合理间隙值是通过查阅由实验方法所制定的表格来确定的。由于冲裁 间隙对断面质量、制件尺寸精度、模具寿命、冲裁力等的影响规律并非一致,所以并不存 在一个能同时满足断面质量、模具寿命、尺寸精度及冲裁力的要求的绝对合理的间隙值 因此各行业甚至各工厂所认为的合理间隙值并不一致。一般讲,取较小的间隙有利于提高 冲裁件的断面质量和尺寸精度,而取较大的间隙值则有利于提高模具寿命、降低冲裁力。 表24列出了汽车拖拉机行业常用的较大初始间隙表:表25列出了电器仪表行业所用的较 小初始间隙数值。 表2.4冲裁模初始双面间隙值(汽车拖拉机行业用〕 mm 08、10、35 16Mn 40、50 板料厚度t 09Mn、Q235 <0.5 极小间隙 004000600400.06000400600.0400060 0.6 00480.072 00480.0720.048 0.072 0.0480072 0064009200640.09200640092 0.0900.12000900.126|0.0900.260.0900.126 0.1000.1400.1000.14001000.1400.0900.126 01260.18001320.1800.1320.180 0.240 0.17002400.1700.23 220 02200.3200.2200.320 0.2600.3800.26 2. 02800.4000.2800400 2.5 0.3600.5000.3800.5400.380 2.75 0.400 042006000.4200.600 0.4800660 3. 0.5400.7400580078005800.780 06800.9200.6800.920 0.720 0.9401.280 0.780 1.320 1.08014400.840 2001.140 1.500 0.9401.300 1680 注:1.冲裁皮革、石棉和纸板时,间隙取08钢的25% 2.zmn相当于公称间隙
56 冲压工艺与模具设计 度 b/t 就愈大，反之，材料塑性愈差或硬度愈高，则 b/t 就愈小。 综上所述，板料愈厚，塑性愈差或硬度愈高，则合理冲裁间隙就愈大；板料愈薄，塑 性愈好或硬度愈低，则合理冲裁间隙愈小。 迄今为止，理论计算法尚不能在实际工作中发挥实用价值，但对影响合理间隙值的各 因素作定性分析还是很有意义的。 2. 查表法 在生产实际中，合理间隙值是通过查阅由实验方法所制定的表格来确定的。由于冲裁 间隙对断面质量、制件尺寸精度、模具寿命、冲裁力等的影响规律并非一致，所以并不存 在一个能同时满足断面质量、模具寿命、尺寸精度及冲裁力的要求的绝对合理的间隙值。 因此各行业甚至各工厂所认为的合理间隙值并不一致。一般讲，取较小的间隙有利于提高 冲裁件的断面质量和尺寸精度，而取较大的间隙值则有利于提高模具寿命、降低冲裁力。 表 2.4 列出了汽车拖拉机行业常用的较大初始间隙表；表 2.5 列出了电器仪表行业所用的较 小初始间隙数值。 表 2.4 冲裁模初始双面间隙值 Z(汽车拖拉机行业用) mm 板料厚度 t 08、10、35 09Mn、Q235 16Mn 40、50 65Mn Zmin Zmax Zmin Zmax Zmin Zmax Zmin Zmax ＜0.5 极 小 间 隙 0.5 0.040 0.060 0.040 0.060 0.040 0.060 0.040 0.060 0.6 0.048 0.072 0.048 0.072 0.048 0.072 0.048 0.072 0.7 0.064 0.092 0.064 0.092 0.064 0.092 0.064 0.092 0.8 0.072 0.104 0.072 0.104 0.072 0.104 0.064 0.092 0.9 0.090 0.120 0.090 0.126 0.090 0.126 0.090 0.126 1.0 0.100 0.140 0.100 0.140 0.100 0.140 0.090 0.126 1.2 0.126 0.180 0.132 0.180 0.132 0.180 1.5 0.132 0.240 0.170 0.240 0.170 0.230 1.75 0.220 0.320 0.220 0.320 0.220 0.320 2.0 0.246 0.360 0.260 0.380 0.260 0.380 2.1 0.260 0.380 0.280 0.400 0.280 0.400 2.5 0.360 0.500 0.380 0.540 0.380 0.540 2.75 0.400 0.560 0.420 0.600 0.420 0.600 3.0 0.460 0.640 0.480 0.660 0.480 0.660 3.5 0.540 0.740 0.580 0.780 0.580 0.780 4.0 0.640 0.880 0.680 0.920 0.680 0.920 4.5 0.720 1.000 0.680 0.960 0.780 1.040 5.5 0.940 1.280 0.780 1.100 0.980 1.320 6.0 1.080 1.440 0.840 1.200 1.140 1.500 6.5 0.940 1.300 8.0 1.200 1.680 注：1. 冲裁皮革、石棉和纸板时，间隙取 08 钢的 25%。 2. Zmin 相当于公称间隙
第2章冲裁 表2.5冲裁模初始双面间隙值z(电器仪表行业用) mm 10、15、20、30钢Q215、Q235钢 8(软) 材料名称65Mm(退火) 硅钢 纯铜(硬) L2l~LF2防锈铝 磷青铜(硬) H62、H65(硬) LY12 磷青铜、铍青铜硬铝LY2(退火 铍青铜(硬) H62、H68 铜母线、铝母线 力学HBs|[≥190 140~190 70~140 性能 ≥600MPa I 400MPa--600MPa300MPa-400MPa<300MPa 始用间隙Z 板料厚度t 0.04 0.08 0.10 06 0.04 00250.045 0.0450075 1.0 0.13 0.16 0.13 0.095 1.2 0.21 0.24 0.13 0.16 0.10 0.27 0.10 1.8 0.34 0.31 0.20 0.24 0.30 0.34 0 0.39 0.18 0.24 3.0 0.62 0.49 0.55 0.42 0.29 0.27 4.0 0.68 0.76 0.50 0.58 0.32 1.00 08 0.36 5.0 1.13 0.90 1.00 0.42 0.52 6.0 140 1.50 0.82 0.92 0.53 注:1.Zm应视为公称间隙 2.一般情况下,其Zmx可适当放大。 表中所列Zm和Zmα只是指新制造模具初始间隙的变动范围,并非磨损极限。从表中 可以发现,当板料厚度t很薄时,Zmx-Zm的值很小,以至于现有的模具加工设备难以达 到,因此很薄的板料的冲裁工艺性是很差的,对模具的制造精度要求也是很高的。当然,实 践中可以在模具结构和模具加工工艺上采取一些特殊措施来满足无(小)间隙冲裁的要求。 3.经验记忆法 这是一种比较实用的、易于记忆的确定合理冲裁间隙的方法。其值用下式表达: (2-11) 式中:Z——合理冲裁间隙 板料厚度 记忆系数,参考数据如下 软态有色金属 m=4%~8% 硬态有色金属、低碳钢、纯铁 n=6%~10% 中碳钢、不锈钢、可伐合金 mr=7%~14 高碳钢、弹簧钢 nr=12% 硅钢 n=5%~10%
第 2 章 冲裁 57 表 2.5 冲裁模初始双面间隙值 Z(电器仪表行业用) mm 材料名称 45 T7、T8(退火) 65Mn(退火) 磷青铜(硬) 铍青铜(硬) 10、15、20、30 钢 硅钢 H62、H65(硬) LY12 Q215、Q235 钢 08、10、15 钢 纯铜(硬) 磷青铜、铍青铜 H62、H68 H62、H68(软) 纯铜(软) L21~LF2 防锈铝 硬铝 LY12(退火) 铜母线、铝母线 力学 性能 HBS ≥190 140~190 70~140 ≤70 b ≥600MPa 400MPa ~600MPa 300MPa ~400MPa ≤300MPa 板料厚度 t 始 用 间 隙 Z Zmin Zmax Zmin Zmax Zmin Zmax Zmin Zmax 0.3 0.04 0.06 0.03 0.05 0.02 0.04 0.01 0.03 0.5 0.08 0.10 0.06 0.08 0.04 0.06 0.025 0.045 0.8 0.12 0.16 0.10 0.13 0.07 0.10 0.045 0.075 1.0 0.17 0.20 0.13 0.16 0.10 0.13 0.065 0.095 1.2 0.21 0.24 0.16 0.19 0.13 0.16 0.075 0.105 1.5 0.27 0.31 0.21 0.25 0.15 0.19 0.10 0.14 1.8 0.34 0.38 0.27 0.31 0.20 0.24 0.13 0.17 2.0 0.38 0.42 0.30 0.34 0.22 0.26 0.14 0.18 2.5 0.49 0.55 0.39 0.45 0.29 0.35 0.18 0.24 3.0 0.62 0.65 0.49 0.55 0.36 0.42 0.23 0.29 3.5 0.73 0.81 0.58 0.66 0.43 0.51 0.27 0.35 4.0 0.86 0.94 0.68 0.76 0.50 0.58 0.32 0.40 4.5 1.00 1.08 0.78 0.86 0.58 0.66 0.36 0.45 5.0 1.13 1.23 0.90 1.00 0.65 0.75 0.42 0.52 6.0 1.40 1.50 1.00 1.20 0.82 0.92 0.53 0.63 8.0 2.00 2.12 1.60 1.72 1.17 1.29 0.76 0.88 注：1. Zmin 应视为公称间隙。 2. 一般情况下，其 Zmax 可适当放大。 表中所列 Zmin 和 Zmax 只是指新制造模具初始间隙的变动范围，并非磨损极限。从表中 可以发现，当板料厚度 t 很薄时，Zmax－Zmin 的值很小，以至于现有的模具加工设备难以达 到，因此很薄的板料的冲裁工艺性是很差的，对模具的制造精度要求也是很高的。当然，实 践中可以在模具结构和模具加工工艺上采取一些特殊措施来满足无(小)间隙冲裁的要求。 3. 经验记忆法 这是一种比较实用的、易于记忆的确定合理冲裁间隙的方法。其值用下式表达： Z=mt (2-11) 式中：Z——合理冲裁间隙； t——板料厚度； m——记忆系数，参考数据如下： 软态有色金属 m=4%~8%； 硬态有色金属、低碳钢、纯铁 m=6%~10%； 中碳钢、不锈钢、可伐合金 m=7%~14%； 高碳钢、弹簧钢 m=12%~24%； 硅钢 m=5%~10%；