[转帖]大间隙冲裁对模具寿命的意义

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<div><div align="center">大间隙冲裁对提高模具寿命的意义</div><div>&nbsp;</div><div align="center">安徽江南机械有限责任公司（安徽合肥&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; 230031）&nbsp;&nbsp;&nbsp; 李为民&nbsp;</div><div>[摘要] 对大间隙冲裁与冲件断面质量、模具磨损的影响进行了分析，并提出了提高模具寿命的具体方法。 <br/>关键词&nbsp;&nbsp; 大间隙冲裁&nbsp; 断面质量&nbsp; 模具寿命</div><div>&nbsp;&nbsp;&nbsp; The Meaning of the Improving for Service life of the Die for the Big-Clearca Blanking</div><div><b>[Abstract]</b>&nbsp; an analysis was made on the influences of big-clearance blanking to the cross section quality of the parts and to the wear of the dies. Concrete methods for increasing&nbsp; the service life of the dies were proposed.</div><div><b>Key words</b>&nbsp; big-clearance blanking ，cross section quality，service life&nbsp;<br clear="all"/></div></div><div><div>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; 近年来，随着科学技术、工业水平的不断提高，冲裁工艺的运用越来越广，材料种类和厚度大大增加，对冲裁件的质量要求也不完全一致，凸、凹模间隙值的确定与冲压件的材料厚度、材料性质等都有关。所谓大间隙，是比技术手册上所列间隙数值增加50%~100%。凸、凹间隙的大小，直接影响到零件的断面质量和模具的磨损，对模具的寿命影响很大。生产实践证明，在产品断面质量允许的情况下，把间隙适当放大，模具的磨损大为减轻，会使模具的寿命成倍的增加。本公司是为轿车配套铰链类零件的专业厂家，对冲裁件断面要求都不高，通过对凸、凹模间隙的逐渐增大，模具寿命得到了大幅度的提高，取得了良好的经济效益。</div></div>

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<div><font size="3">1 &nbsp;&nbsp;&nbsp;间隙对冲裁件断面质量的影响</font></div><div><font size="3">间隙对冲裁件断面质量的影响，主要包括以下几个方面。</font></div><div><font size="3">1.1&nbsp; 对光亮带的影响</font></div><div><font size="3">冲裁时，当凸、凹模刃口压入材料，迫使材料晶格沿剪切方向平行滑移，与凸、凹模壁部相互挤光的平滑断面称为光亮带。因此，光亮带的产生主要是由于挤压力的作用。间隙小，则挤压力大，导致光亮带宽度增加，反之，则减小。同时，光亮带宽度的大小还与材料的种类、厚度、凸、凹摸刃口的锋利程度以及冲裁速度等因素有关，但主要原因是间隙。</font></div><div><font size="3">1.2 对断裂面的影响</font></div><div><font size="3">断裂面即粗糙的断面，产生于冲裁过程第三阶段。断裂面的形状、性质，决定于微裂纹扩大、发展的过程，而微裂纹扩展的过程，决定于应力与应变的状态。冲裁件断面的形成主要由拉应力引起的，间隙大，拉应力也大，则断裂面亦大。</font></div><div><font size="3">1.3&nbsp; 对断面质量的影响</font></div><div><font size="3">断面塌角是在剪切初期至材料发生破裂时形成的。材料的弯曲和拉伸是产生断面塌角的因素之一，随着凸、凹摸间隙的增大，材料的弯曲和拉伸就越严重，塌角就越严重。当然，材料塑性越好，冲裁件外形锐角越小，或刃口变钝，也会使塌角高度增加。</font></div><div><font size="3">1.4&nbsp;&nbsp; 对毛刺的影响</font></div><div><font size="3">&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; 冲裁件出现毛刺，会影响产品质量。当间隙小时，挤压力大。在挤压力的作用下，由于间隙的存在，使冲裁件上下平面周围产生很小的毛刺，随着间隙的增大，毛刺有上升的趋势，这是由于分别从凸模和凹模刃口处产生的两缝隙间形成毛刺和鳞片，并在冲裁件平面周围形成毛刺。当间隙增大，由于凸模刃口和凹模刃口所产生的两条裂纹逐渐相互汇合，毛刺有下降的趋势。如果两条裂纹相互重合，则毛刺可达最小值。这时若再继续增大间隙，因拉伸力增大，使材料拉伸，会在冲裁件上留下因拉断而产生的毛刺，毛刺又有上升的趋势。值得注意的是，塑性好的材料随着间隙的增大，毛刺也随着增加，所以间隙不宜取得过大，否则将会产生很大的毛刺。</font></div><div><font size="3">1.5&nbsp;&nbsp; 对工件尺寸的影响</font></div><div><font size="3">当冲裁较厚材料时，由于产生弹性变形，一般冲裁件外形尺寸大于凹模尺寸，内孔尺寸小于凸模尺寸。增大间隙后，冲裁件靠近模具刃口部分的材料受力更加复杂，除了拉压应力外，还有弯曲应力，这些应力综合作用的结果，使冲裁件断面斜度增大，直线部分（光亮带）减小，再加上弯剪作用，冲裁件外形尺寸一般比凹模小0.02~0.1mm。材料越厚尺寸变小越多，对于精密冲裁零件必须考虑这一因素。</font></div>

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<div><font size="3">2&nbsp;&nbsp; 间隙对模具磨损的影响</font></div><div><font size="3">关于模具磨损的理论，现在还没有一个完善的说法，在间隙不同的情况下，问题也很复杂。冲压模具在正常的使用过程中，由于不断磨损，模具的表面几何形状发生变化，引起冲裁件表面质量、尺寸、形状都发生变化。磨损事实是许多现象交织在一起而发生，按其磨损的机理可分为四种：磨料磨损、粘接磨损、冲击磨损和疲劳磨损。</font></div><div><font size="3">2.1&nbsp;&nbsp; 间隙与磨料磨损</font></div><div><font size="3">&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; 当冲裁速度较低、间隙适当时，发生的磨损主要是磨料磨损，它是由冲裁件材料中的杂质、材料基体组织中所含的碳化物、氮化物和氧化物等硬质点所造成的机械擦伤，它们在模具表面上划出一条条的沟纹。各种冲压模具都存在着硬质点磨损，但它是冲裁速度较低时模具磨损的主要原因。因为此时冲裁温度较低，其他各种形式的磨损还不显著，一般可以认为，由硬质点磨损产生的磨损量与模具和冲裁件相对滑动距离和冲裁深度成正比。</font></div><div><font size="3">2.2&nbsp; 间隙与粘接磨损</font></div><div><font size="3">&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; 当间隙较小、冲裁速度中等时，模具与冲裁件之间存在着很大的压力和强烈的摩擦，因而它们之间会发生粘接。由于摩擦副之间有相对运动，粘接将产生破裂被一方带走，从而造成粘接磨损。一般来说，冲裁件材料的硬度较模具的材料的硬度低，粘接的破裂多数发生在冲裁件一方。但由于交变应力、接触疲劳、热应力、冲击力以及模具表面结构缺陷等原因，粘接和破裂也可能发生在模具这一方。模具材料的颗粒被工件带走，从而造成模具磨损。粘接磨损一般在中等偏低的冲裁速度下比较严重。研究表明：脆性金属比塑性金属的抗粘接能力强；相同的金属或晶格类型、晶格间距、电子密度、电化学性相近的金属，其粘接倾向大；多相金属比单相金属粘接小；金属化合物比单相固溶体倾向小；化学元素周期表中B族元素与铁的粘接倾向小。</font></div><div><font size="3">2.3&nbsp;&nbsp;&nbsp; 间隙与冲击磨损</font></div><div><font size="3">当间隙较小，冲裁速度较高时，由于冲裁过程的特殊情况，强烈的冲击作用和频繁的挤压、剪切、磨擦下而产生的脆性败坏。这是由于瞬时的冲击载荷超过了模具材料的强度极限或交变的负荷超过了疲劳极限所引起的，一般发生在脆性的模具材料，这种磨损方式还常常和模具的加工制造及热处理产生的内应力、微裂纹等有关，这些内在的缺陷大大降低了模具的强度和寿命。</font></div><div><font size="3">2.4&nbsp;&nbsp; 间隙与疲劳磨损</font></div><div><font size="3">&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; 当间隙较小，冲裁速度较高时，冲压次数达到上万次，经多次的重复工作和模具本身的缺陷所引起的疲劳损坏称为疲劳磨损。若在应力较小的情况下发生较多的是冷疲劳磨损；若在应力较大的情况下经多次的重复工作，由于金属的磨擦挤压而产生的热效应，使模具表面温度升高，有时可达200~400&ordm;C以上，由于存在工作间隙，模具表面会散热降温，在这种冷热交替的作用下，模具表面的应力方向也交替变化，这就导致了热疲劳磨损。冷热疲劳磨损都是在多次的重复工作、反复的挤压磨擦，交变的应力作用和模具本身的缺陷所引起。</font></div>

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<div><font size="3">3&nbsp;&nbsp; 扩大间隙范围提高模具寿命</font></div><div><font size="3">&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; 在间隙变化的过程中，不同厚度的相同材质，或相同厚度的不同材质，其各质量因素与磨损方式都在进行着自己的演变。因此，一个间隙值不可能同时满足多个因素的要求，只能在不同的质量要求前提下，各取所需，尽可能的提高模具寿命。</font></div><div><font size="3">3.1&nbsp;&nbsp;&nbsp; &nbsp;&nbsp;间隙影响凸、凹模硬度的分布</font></div><div><font size="3">在间隙试验过程中，有意让凹模变钝，不刃磨凹模，只刃磨凸模，最后使得凹模刃口几乎变成圆角，但冲出的零件产生的毛刺仍然很小。这就充分说明，落料时凸模刃口的锋钝对冲裁件断面质量和毛刺的产生起着决定作用。冲孔时则反之，凹模刃口则必须锋利。因此在设计制造模具时应考虑：落料模、凸模硬度要高于凹模硬度，而冲孔模则凹模硬度高于凸模硬度。复合模中凸凹模硬度最高，落料凹模和冲孔模次之。</font></div><div><font size="3">3.2&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; 间隙的分布与模具结构</font></div><div><font size="3">随着模具间隙的增大，如何保证凸、凹模刃口周围间隙分布均匀，对模具的寿命影响较大。通过生产实践，发现间隙的大小不仅随材料性质和厚度变化而不同，而且与冲裁模的结构有关系。如某电器用t=0.5mm的硅钢片来作铁芯。当铁芯模具间隙Z≥t*25%时，倒装式复合模小圆孔废料便随凸模回升而上跳，这样就不能连续冲压，一般直径较大的孔不容易出现这种情况。因此设计倒装式复合模时冲孔的间隙要选小一此，而落料部分的间隙可选大些。可见间隙的分布与模具结构也有关联。</font></div><div><font size="3">3.3&nbsp;&nbsp;&nbsp; 间隙影响冲裁力的大小</font></div><div><font size="3">在一定范围内，随着间隙的增大，冲裁力几乎按比例减小，因而模具刃口所承受的应力与模具刃口的磨擦力也就减小，模具寿命随之提高。从降低冲裁力和脱料力来提高模具寿命出发，间隙增大可提高模具寿命2~5倍。但是增大间隙后，弯曲力矩也增大，如果没有足够的压料力和顶料力，冲裁件的上翘和凹陷变形就会增加，冲裁断面的质量也会下降，并增加材料对凸模和凹模的侧向挤压力，增加冲裁过程中的摩擦。对于冲孔来说，由于反向弹性回跳，使冲孔废料发生上跳现象，冲压操作不安全，所以片面追求增大间隙提高寿命也是不可取的。</font></div>

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<div><font size="3">4&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; 间隙值的合理选择</font></div><div><font size="3">&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; 根据冲裁件的断面质量、模具的磨损方式及冲件尺寸精度要求，对间隙值合理选择是提高模具寿命的有效措施之一。</font></div><div><font size="3">（1）钢板对间隙敏感性较强，建议取Z=t*20%左右为宜。从目前生产中出现的问题来看，凡是Z〈t*10%的模具，冲件有毛刺，零件质量差，模具寿命低。改成大间隙后，零件质量显著提高，模具寿命也显著提高。</font></div><div><font size="3">（2）铜材料对间隙敏感性差，间隙的范围可取（8%~30%，但考虑冲裁力、卸料力及模具寿命等多种因素，建议在冲裁件没有特殊要求的情况下，一般黄铜件凸、凹模间隙取Z=（15%~25%）t较合适。</font></div><br clear="all"/><div><div><font size="3">（3）紫铜、软铝等材料，建议采用小间隙，因为这些材料抗剪强度低，冲裁件的冲裁力不会很大，模具刃口受力情况也不十分恶劣，能保持一定寿命，而零件断面光亮度也好，可取Z=（5%~10%）t。</font></div><div><font size="3">（4）过去在生产中，由于间隙超差而报废的模具，可进行分析，凡是落料模、凹模尺寸不超差而由于凸模尺寸超差间隙增大时，完全不必报废。对于冲孔模，如果凸模尺寸合格，由于凹模尺寸超差间隙增大时也可以应用。这样模具废品率可以大大下降。</font><font size="3">&nbsp;</font></div></div><div><font size="3">&nbsp;</font></div><div><font size="3">参考文献：实用模具设计与制造手册&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; 许发樾主编</font></div><div><font size="3">&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;冷冲模技术问答&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp; 彭建声主编</font></div><div><font size="3">作者简介：李为民，工程师，从事模具设计和冲压工艺及机械加工工艺编制工作</font></div><div><font size="3">通讯地址:安徽省合肥市玉兰大道1号，安徽江南机械有限责任公司 工程部</font></div>

shouxi

<p>又系统的学习一次了!</p>

zhaoyafei1

真是好东西啊

Mould5920

<font size="6">好贴，我收藏了！</font>

750730

<h3>好东西</h3>