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1、冲压毛刺的形成及其控制 作者昊慧敏 摘要：冲压加工中产生毛刺最明显的工序是冲裁，冲裁为冲压加工的第一道工序，应用最广泛，其 质量对后道工序有着重要影响，因此极大地左右着最终成品的性能，为掌握有关毛刺形成及其控制的知识，必须充分了解影响冲裁过程及产生毛刺原因。关键词：冲压加工毛刺形成及其控制 零件在加工过程中，产生的毛刺，对零件的加工精度，装配精度.使用要求，再加工定位.操作安全与外观 质量等许多方面都会产生不良影响，对去毛刺工艺的要求越来越高，使用去毛刺的技术也越来越得到重视。冲压加工中产生毛刺最明显的工序是冲裁，冲裁为冲压加工的第一道工序，应用最广泛，其质量对后道工 序有着重要影响，因此极大
2、地左右着最终成品的性能，为掌握有关毛刺形成及其控制的知识，必须充分了 解影响冲裁过程及产生毛刺原因。1.冲裁过程及断面情况 下图所示为冲裁过程及冲裁断面各部位的名称。图 1(a)冲裁过程(b)冲裁断面 2.毛刺产生的原理 由冲裁过程知在凸模刃口附近，由于位于凹模上面的被加工材料向上反弹，使其内部的拉应力有所缓 和，因此凸模刃口附近的拉应力比凹模刃口附近的拉应力要小，即裂纹首先从拉应力大的凹模一侧发生。随着凸模继图2间隙与毛刺高度 62 一 图3微小裂纹的产生 图1(H)冲裁过程(b)冲裁断面,续下降，凸模一侧也开始发生裂纹。两刃尖附近处于好像打入一斜楔的状态。加工材料与斜楔 中心线越是近于直角
3、，其斜楔的效果越大，料断裂所必需的力也越小。因而间隙大，发生裂纹的时间要早。由于凹模刃口附近发生裂纹的时间先于凸模，因此，零件断口剪切面的长度比孔的剪切面长度短。刀尖附 近为拉应力和压应力的分界处，但最大拉应力发生在距刃尖附近的刃口侧面。这正如图 1W 所示，裂纹 不是产生于刃尖，而是在其侧面。这个裂纹的发生点至刃口端面的距离被称为毛刺高度。随着间隙增大，凹模上面的被加工材料的反弹增大，发生裂纹的位置朝着远离刃口端 面的位置移 动，因此毛刺增大。图 2 定性地说明了毛刺随间隙面变化的趋势。同时，由于发生裂纹位置随刃口的磨损而远离其端面，因此随冲数量的增加，毛刺也要增大。如果冲 头继续下降，由于
4、应力集中效应的作用裂纹继续扩展，从此时起，剪切力减小。另外，由于冲头侧面裂纹和 凹 侧面裂纹会合，使被加工材料断裂面分离。但是，对于加工硬化系数大的因在裂纹扩展过程中裂纹顶 端 产生强烈的加工硬化，其强度明显增加，致使裂纹扩展受到限制(如图 3 所示)，从而会在新的位置产生新 的裂纹。这种微小的裂纹由于凸模的摩擦成为微细的粉末而脱落。裂纹沿板面连成一长线一般称之为 胡须 现象。这种现象常见于质软的铝板、铜板和纯铁等。图 2 间隙与毛刺高度图 3 微小裂纹的产生 3.控制毛刺的原理 最好抑制材料的延展性，使拉力集中便于产生裂纹。控制的主要因素是间隙，若间隙过小，压缩力增 大，就出现延展性，毛刺增
5、大。若间隙过大，拉力不集中，仍然使毛刺增大。选择适当的间隙最好，另外，刃口越锋利，拉力越集中，毛刺也就越小。磨损变圆的刃口使压缩力增 大，毛刺也增大。此外，冲模上装备可靠的压料板效果好，脆性材料效果好。4.控制毛刺的措施 综上分析，导致毛刺产生的原因很多，在不能改变加工对象材料性能的情况下，生产中常采用以下措 施控制毛刺的产生。(1)选择合理的间隙值。在影响冲裁件质量的诸多因素中，间隙是主要因素。因断面质量与裂纹的 走向有关，而裂纹的走向与间隙有关。间隙大小决定着凸、凹模刃口附近板料产生的上、下裂纹是否重合。只有凸、凹模间隙适当时，裂纹才重合，此时零件断面斜度很小，并且比较平直光滑、毛刺小。适
6、当间隙 值见附表 1(单侧)O(2)控制模具刃口的磨损程度。刃口磨损或损坏会变圆，间隙也会由于侧面的磨损而增大，毛刺也 就相应增加。生产过程中模具一般经过初期磨损、正常磨损和异常磨损三个阶段。各种模具在异常磨损之 前，其使用情况是理想的，但常受到冲压制品所要求精度的限制。很多情况下是在正常磨损区域内即达到 所允许的毛刺高度，此时必须再一次进行修磨。(3)选择合适的加工条件。冲压加工条件包括以下内容。模具材料：选择耐磨性好、硬度高的材料。模具淬火硬度越高，模具刃口的硬度越高，毛刺高度越小。模具结构：模具导向装置具有较高的精度，则可保证冲裁时间隙合理，毛刺相应减小。压力机：冲压设备的静态精度和动态
7、精度与毛刺的高度都有很大关系，在静态精度低的冲床上，冲制 的冲件毛刺增加程度明显增大。一方面，由于偏心载荷的作用，滑块垂直运动精度受到破坏，冲压时滑块要倾斜，模具刃口间隙发生 变化，致使模具损伤或者卡死，这时毛刺会急剧增长。为此，冲压过程中要测定滑块倾斜量，并通过调整 滑块调节螺栓和滑板来修正其倾斜值，这样可以控制毛刺异常发生。润滑情况：润滑油对毛刺高度有很大影响。它可缓和加工材料与模具刃口之间的磨擦，同时还可防止 剪切变形所引起的温升，而且可以防止被加工材料粘附在模具刃口上。因此好的润滑情况可以减小毛刺的 产生。5.结束语 上面阐述了冲压毛刺形成的原因及其控制技术等，但在一般的冲裁加工中很难
8、做到完全不产生毛刺。但是如能选择最适当的条件，可将产生的毛刺控制在最小的限度内。表 1 适当间隙值 C 表（单面间隙 C=%）（略）表 2 刃口磨损要素及其影响项目（略）冲裁间隙对丁断面质量影响较大。当冲裁间隙适当时，凸、凹模刃口附 近产生的裂纹在冲裁过程中能重合，此时尽管断面与材料表面不垂直，但还是比 较平直、光滑的。而且毛刺较小，制件的断面质量较好。如图（中）所示。当冲裁间隙过小时，变形区内弯矩小、压应力成分高。上、下裂纹不重合。在两条裂纹之间的材料被第二次剪切。当上裂纹压入凹模时，受到凹模壁的挤压，产生第二光亮带；同时部分材料被挤出，在最后分离时，在表面形成尖锐的挤出 毛刺。如图（左）所示。当冲裁间隙过大时，因为弯矩大，拉应力成分高，易产生裂纹，塑性变形阶 段较早结束。同时上、下裂纹也不重合。分离后得到的断面斜度增大、光亮带窄、断裂带宽，且毛刺乂高乂厚、圆角大、拱弯大、冲裁件质量不理想。如图（右）所示。