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1、冲裁间隙对冲压压件质量影响响的实验研究究吕建强，王玲(1. 淮阴工工学院 ， 机械工程学学院 江苏 淮安 2233003)摘要：本文通过过一套刚性卸卸料冲模，以以一组十个不不同尺寸的冲冲头，形成不不同的冲裁间间隙，研究了了在自由冲裁裁状态时，冲冲裁间隙的取取值对冲裁件件尺寸精度、冲冲裁面质量、平平面度的影响响。关键词：冲裁件件；间隙；断断面质量 中图分类号：TTG386.41 文献标识码码：A 文章编号：前言冲裁是利用模具具使板料分离离的冲压工序序，在自由冲裁裁时（即在没没有压板和顶顶出器的情况况下），板料料冲裁变形区区的受力状态态如图1所示。冲裁时时板料最大的的塑性变形集集中在以凸模模与凹模
2、刃口口连线为中线线的纺锤形区区域内（图1-b）所示），纺纺锤形内以剪剪切变形为主主。当凸模与与凹模的间隙隙（以下称冲冲裁间隙）较较小时，纺锤锤形区域的宽宽度将减小，冲冲裁变形将更更接近剪切。由于冲裁间隙的存在，使得板料在受到凸、凹模正压力作用的同时还受到弯矩M的作用。由于弯矩M的影响，材料的变形及受力情况变的非常复杂，且随冲裁间隙的变化及冲裁过程的进行而发生相应的变化。a ）b ）图1 刃口处处的受力情况况由冲裁变形过程程的分析可知知，冲裁过程程的变形是很很复杂的，所所有这些冲裁裁间隙值是主主要的影响因因素。本文从从冲裁间隙值的的变化对冲裁裁件的质量影影响作一次探探讨。研究条件及试验验数据材料
3、为厚2.55mm的08F钢板，正装装下出料刚性性卸料冲模一一副，凹模刃刃口尺寸：，为为了得到不同同的冲裁间隙隙，采用表一一所示凸模刃刃口不同尺寸寸的一组十个个冲头，进行行冲裁比较。表一 凸模刃口参数 组号凸模参考尺寸(mm)相对间隙（Z/t100%）保证间隙Z值12.5%0.0525%0.137.5%0.15410%0.2512.5%0.25615%0.3720%0.4825%0.5930%0.61035%0.7我们对每组冲裁裁出的零件进进行了零件尺尺寸、光亮带带宽度、圆角角带宽度、内内斜角和平面面度的测量，数数据列于表二二。断面的光光亮带、圆角角带情况如图图2所示,端面的圆角角带情况如图图3
4、所示。表二 冲裁件的质量量情况 (mm)组号零件直径（mmm）光亮带宽度(平平均)塌角内斜角（）平面度h/t(%)断面形态134.8261110.3%均匀双光亮带234.8127753.0%13.1%3.757连续岛形双光亮亮带334.8240050.4%13.7%3.782连续岛形双光亮亮带434.8126644.4%14.5%4.568断续岛形双光亮亮带534.8174440.0%15.9%5.494点状岛形双光亮亮带634.8018837.0%16.4%6.252点状岛形双光亮亮带734.8097735.5%17.7%7.132单光亮带834.8091134.6%20.1%9.462单光
5、亮带934.8071132.0%20.9%10.22单光亮带1034.7781131.4%25.5%13.42单光亮带图2 光亮带带、断面圆角角带图3 端面圆圆角冲裁间隙对冲裁裁件尺寸精度度的影响尺寸精度是指制制件的实际尺尺寸与图样上上标注的基本本尺寸的差值值所能达到的的公差等级。冲冲裁件的外形形尺寸精度主主要受凸、凹凹模刃口尺寸寸制造精度和和冲裁间隙的的影响。若忽略材料的弹弹塑性共存规规律的影响，则则理论上落料料件的尺寸与与凹模孔尺寸寸一致，但是是，由于材料料塑性变形时时具有弹塑性性共存规律，冲冲裁结束后制制件从模具中中脱离出来，原原来在冲裁时时所承受的力力及产生的变变形将发生一一定程度的弹
6、弹性回复，这这使得冲裁件件与凹模的刃刃口尺寸及形形状产生了偏偏差。图4所示，当冲冲裁间隙（ZZ/t值）较较小时，凸、凹凹模刃口周围围的材料，所所受弯矩较小小，此时拉应应力较小，挤挤压应力较大大，凸、凹模模刃口周围材材料的径向呈呈弹性压缩变变形，落料后后因板料的弹弹性恢复使落落料件尺寸将将大于凹模孔孔尺寸，产生生正偏差。随随冲裁间隙（Z/t值）的增大，弯矩逐渐变大，拉应力增大，凸、凹模刃口周围材料的径向呈弹性拉伸变形，落料后因板料的弹性恢复使冲裁件向实体方向收缩，则产生负偏差。由图4变化趋势分析，理论上当冲裁间隙值为一特定值时，偏差可能为零（但这在实际中是不可能的）。图4 零件尺尺寸精度冲裁间隙
7、对冲裁裁件光亮带、圆圆角带的影响响由变形区应力特特征点的分析析可知，凹模模侧壁靠近刃刃口处的静水水压力最低，材材料呈现的塑塑性较差。当当凸模切入板板料一定深度度时，由于加加工硬化和组组织缺陷的增增多，促使材材料塑性进一一步降低。随随着材料内部部的应力达到到强度极限，裂裂纹首先在凹凹模侧壁刃口口处出现。图5-a)所示示，当凸模与与凹模的间隙隙正常时，裂裂纹的发展可可能有两种方方式：一是如如A曲线所示，凹凹模侧壁产生生的裂纹在向向凸模刃口方方向发展的过过程中，因为为进入压应力力区比较困难难，此时在凸凸模刃口侧壁壁也将产生裂裂纹，上、下下裂纹对向发发展，贯通后后便使冲裁件件断裂分离开开来，形成粗粗糙
8、的断裂面面（又称为断断裂带）；第第二种如B曲线所示，凹凹模刃口侧壁壁产生的裂纹纹选择静水压压力较低的路路径发展，且且直接到达凸凸模刃口侧壁壁而贯通。一一般第一种情情况比较多见见。a)b)c)d)图5 冲裁间间隙对冲裁件件断面质量的的影响当冲裁间隙值较较小时，由于于弯曲作用的的减小，冲裁裁变形区的静静水压力明显显增大。从凹凹模刃口侧壁壁产生的裂纹纹在向凸模刃刃口方向发展展的过程中将将进入强压应应力区，使裂裂纹无法继续续扩展而隐没没在材料内部部，成为潜伏伏裂纹。当凸凸模继续下压压时，将发生生二次剪切现现象，冲裁结结束时将形成成明显的第二二光亮带。在在第一与第二二光亮带之间间有区域较小小的断裂带，圆
9、圆角的高度也也很小（如图图画5-b)所示）。图5-c)所示示，随冲裁间间隙增大时，因因为静水压力力作用有所减减弱，下裂纹纹可能向材料料深处发展，形形成较深的潜潜伏裂纹。由由图2、图6可见随冲裁裁间隙增大（Z/t约为5%15%），第一光亮带逐渐减小，同时第二光亮带呈块状分布，并形成逐渐强度较小的尖舌状的断面，称为舌片（或舌翘）。在冲裁中一些舌片的脱落，而粘附在凸、凹模刃口，加大了凸、凹模间的磨料磨损，加剧了凸、凹模的磨损。目前多数观念认为，大间隙可以提高模具使用寿命，这也是采用大间隙以离开产生岛形光亮带的刃口间隙区，减小磨料磨损的影响。当冲裁间隙过大大时，由于弯弯矩的增大，凹凹模刃口侧壁壁处的材
10、料所所受的拉应力力将明显增大大，材料的塑塑性变得较差差。如图5-d)所示，在在凸模切入板板料深度不大大时，凹模刃刃口侧壁处的的裂纹提前产产生，这时凸凸模刃口侧壁壁往往不产生生裂纹。凹模模刃口侧壁处处的裂纹一般般发展不大就就停止了，当当凸模下压达达到一定程度度时，裂纹至至凸模刃口侧侧壁处的材料料才逐渐缩颈颈直至断裂。所所得的冲裁件件的圆角高度度、断裂带高高度及斜角明显增大，光光亮带宽度大大大减小（如如图6所示）。图6 圆角带、光光亮带与冲裁裁间隙的变化化关系冲裁间隙对冲裁裁件平面度的的影响图1-a)所示示,由于凸、凹凹模之间存在在间隙，板料料在受到凸、凹凹模正压力作作用的同时还还受到冲裁力力与间
11、隙形成成的弯矩M的作用。弯弯矩M使板料产生生了弯曲变形形，造成凹模模口外的板料料上翘，凸模模端面下的板板料下凹，影影响冲裁件的的平面度。图图7为凸模与零零件接触变形形情况，由图图可见凸模仅仅在刃口处很很小的一般范范围内与零件件有接触痕迹迹，这也验证证了图1-a）所述冲裁裁时凸、凹模模与板料仅在在刃口附近的的狭小区域内内保持接触。因因此凸、凹模模作用于上、下下板面的正压压力的分布是是不均匀的，越越靠近刃口压压力越大，这这也是凸、凹凹模的磨损主主要集中于刃刃口处及崩刃刃产生的主要要原因。图7 凸模与与零件接触痕痕迹由于板料的弯曲曲变形，对凸凸、凹模刃口口的侧壁产生生了挤压作用用，同时刃口口侧壁也对
12、材材料产生了反反挤压。反挤挤压形成了弯弯矩M，其方向与与弯矩M相反，阻止止了板料的进进一步弯曲变变形。因此自自由冲裁时冲冲压制件虽有有一定的不平平整度，但程程度有限。冲冲裁间隙过大大时，对制件件的平整度也也有较大的影影响。这是由由于间隙越大大，弯曲作用用就越大，从从而引起的板板料翘曲变形形就越严重。如如图8所示，当冲冲裁间隙不超超过20%时，制制件平整度基基本能满足一一般性的使用用要求。图8 零件平平面度结束语冲模间隙较小时时，落料件的的尺寸接近于于凹模，甚至至大于凹模尺尺寸，且零件件光亮带尺寸寸大、零件也也较平整，零零件精度高，但但此时零件和和模口的接触触面积和接触触应力增加，将将使凸、凹模
13、模的磨损急剧剧增加，影响响模具的使用用寿命。一般般在满足零件件质量要求的的前提下应尽尽量取较大的的冲裁间隙，以以提高模具的的使用寿命。当当零件的质量量要求较高时时，可设置压压料装置，以以减小刃口处处的弯矩，减减小零件的不不平度，增加加光亮带宽度度，确需取较较小冲裁间隙隙时，凸、凹凹模应选用特特殊的模具材材料，同时要要提高凸、凹凹模刃口处的的硬度和降低低粗糙度。在剪切变形时，由由于凸、凹模模与材料接触触面的相对运运动而产生了了摩擦力，刃刃口侧壁的摩摩擦力对板料料断裂分离过过程的影响要要比端面的摩摩擦力大得多多，但其影响响机制尚需进进一步研究。另另外，摩擦力力对凸、凹模模刃口造成的的磨损是影响响模具寿命的的重要因素之之一。由冲裁件的断裂裂特点，冲裁裁中凸模不必必进入凹模，这这样不仅可以以防止发生啃啃刃现象，同同时可以减少少凸模刃口侧侧面的磨损，提提高凸模修磨磨的质量。