浅谈冲裁间隙与冲压件质量和冲模寿命的关系

1引言

落料模和冲孔模是一种使材料的一部分沿封闭的轮廓与另一部分脱离的冲裁型式。凸模与凹模的合理间隙是汽车五金冲压件质量和冲模寿命的关键。

2冲裁间隙与冲压件质量

冲裁间隙大了冲压件毛刺就大，冲裁间隙过小冲压件也要出现毛刺。关于间隙的数值，它与材料的厚度及性能有密切关系，目前还没有很准确的理论计算公式，常是通过理论推算、试验和参考有关资料数据而定。

在冲裁过程中，被冲金属发生塑性变形，间隙区的材料越过凸、凹模刃口有径向流动，产生粘滞性摩擦，主要形成冲模的端面磨损，刃口处摩擦系数较大，故磨损较快。当间隙增大时，由于材料发生弯弯，冲模端面与材料的接触面减小，从而使刃口处应力峰值上升，加剧了磨损，使刃口变钝。除此之外，冲模还有侧面磨损，除了由变形过程中材料的横向挤压所引起外，主要是由分离后的材料(冲压件或废料)在卸料(推件)过程中的滑动摩擦引起。每冲一个零件，紧箍在凸模上的冲孔件沿凸模侧面来回滑动两次。当冲孔件被推而脱出凸模时，材料与凸模由面接触而逐渐转为线接触，因而刃口磨损较快。对于凹模，如果落料件为下落式，则每冲一次，受到落料件一次摩擦，因为落料件往往较冲孔件为松，故刃口磨损较凸模缓和。若凹模为锥形刃口，刃口磨损就快些。当然，若落料件为顶出结构，凹模磨损情况与凸模接近。显然，对形成毛刺而言，侧面磨损较之端面磨损影响。

众所周知，冲压件与冲模的尺寸差是随间隙而变的，凸凹模间隙越小，冲压件尺寸越大，凸凹模间隙越大(在范围内)冲压件尺寸越小。据有关资料记载，以冲1.5mm厚的黄铜板为例，当间隙超过25%时，冲孔的尺寸即大于凸模尺寸，当间隙大于9%时，落料尺寸即小于凹模尺寸。显然选取大于上述的间隙值，冲压件对冲模侧面便无滑动摩擦，了因此而引起的磨损，冲模工作过程中，基本上不需要卸料力和推件力。当选用小于上述间隙时，间隙越小过盈量越大，磨损也就越严重。冲压件的塑剪带随间隙的增大而减小，对冲模的施压面积也就减小而减少侧面磨损。由此得出，在冲压件质量许可的情况下，冲压件尺寸与冲模尺寸相同的间隙值为较佳间隙，冲模寿命较高。再大了会增加冲模的端面磨损，而且冲压件质量下降。若对冲压件质量有较，可取较小的间隙，但尽可能不要太小，以便控制冲模侧面磨损。

在生产中，经常会发现冲模间隙会越冲越大。为了增加允许刃磨次数，五金冲压件设计时总是采用初始小间隙以免间隙很快进人毛刺增长区。实际上，间隙变大恰恰是由小间隙引起的(注：也有其它的因素而引起，在此就不加以分析)。试以凸模为例进行分析，若冲模闭合时凸模伸进凹模为一个材料厚度t，则冲孔件(或废料孔)在凸模的2t高度范围内滑动，由于严重的侧面磨损，凸模尺寸逐渐变小，而在刃磨时只磨去钝角部分。同样，凹模尺寸则逐渐变大，到间隙大过限度时，如前所述，即使刃口磨得很锋利也会出现毛刺过长而不得不将冲模报废。为了减少冲模磨损以及防止落料件堵塞在凹模型腔内，通常采用锥形凹模刃口(下落式)结构，但是，这样做不仅加速了凹模刃口的磨损，且使凹模型腔尺寸增大。如设计时适当采用较大间隙，使侧面磨损降到较低限度，使用久了的凸凹模尺寸变化也是极为微小的。

实践证明，适当加大间隙可延迟冲模刃口钝角的出现而成倍地提高刃磨间冲压件数。由于凸凹模侧面基本不受分离了的冲压件、废料件的压力，还有以下众多优点：

(1)防止了粘模现象、降低了对润滑的较，粘模是由于严重摩擦发热而引起的。粘模后毛糙的冲模刃口使冲压件断面上拉出毛刺。严重加剧磨损。

(2)冲压件不再堵塞在凹模型腔内，因此可采用直刃口凹模，这样就增加了冲模刃口，提高了使用率。

(3)采用电火花线切割机床加工后的凸凹模侧面有0.1mm左右的脆性超硬层，若冲模硬度为62HRC，超硬层可达68HRC，但超硬薄层内又有硬度在60HRC以下的软薄层。适当加大间隙后减少了磨损，保护了超硬层，进一步提高了冲模寿命。

(4)可减小凹模的厚度和壁厚，凹模的设计主要根据强度计算。通常考虑到多层工件(废料)胀紧在凹模型腔内，故资料上推荐的厚度及壁厚都较大，凹模所受较大切向拉应力与张力P成正比。适当加大间隙后除了冲裁过程中材料的径向挤压外别无其它径向力。尸的减小降低了，较大值，因此可减小凹模的壁厚及厚度，这样即节约了昂贵的模具材料，也减少了加工时间，尤其是对和加工设备而言，体现出显著的经济效益。

(5)可避免易于发生的凹模胀裂现象。

(6)了拼块凹模的受力条件，拼块凹模采用下落式结构时，型腔内受压张力大。型腔内积件愈多，张力就愈大，型腔容易形成倒锥形，冲压件下落因难。故一般拼块凹模埋人底板很深，且不主张用下落型式。适当加大间隙后可改观冲模结构形式，以使冲模整个结构合理。

(7)减少了“啃刃”现象。凸模在完成冲裁变形的同时还需承受推出工件的附加载荷，型腔内积聚的冲压件愈多，凸模附加载荷就愈大。凸模因受力过大而发生失稳弯曲时就会产生凸凹模的啃刃现象。一般在冲模设计中，校核凸模强度时往往只考虑冲裁力而忽视了附加推件力，汽车冲压件在凸模细长时，问题突出。适当加大间隙后基本可附加推件载荷。

(8)降低了卸料力，避免了庞大的弹性卸料装置，有利于操作。

(9)冲模使用后，凸凹模尺寸变化也不大，容易控制冲压件的尺寸精度以冲压件的质量。

(10)降低了总冲裁力。

可以看出，以上种种优点都是由间隙恰到好处所带来的。但注意的是，要冲模工作时凸凹模间隙均匀，防止带料现象(冲压件被凸模带出凹模刃口)。冲模设计时尽可能采用导柱导套结构，对细长凸模采用联合导向以防止失稳变形，提高下底板刚性，尽量防止热处理件的变形，冲模整体的平行度和垂直度等装配要求，这样才能达到的效果。