板料沖裁工藝探析

張大林 劉炳承

(南昌職業(yè)學(xué)院，江西 南昌 330004)

沖裁是將板料按封閉的輪廓線分離的工序，包括落料和沖孔兩種工序。落料時，沖落部分為成品，而周邊為廢料；沖孔時，沖下部分為廢料，而帶孔的周邊為成品，如圖1所示。

圖1 沖裁

①沖裁變形過程

為了深入了解沖裁工藝，控制沖裁件質(zhì)量，分析沖裁是板料分離的實(shí)際過程是很重要的。這個過程大致可分為三個階段，如圖2所示。

圖2 沖裁變形過程

彈性變形階段：凸模接觸板料并下壓后，板料產(chǎn)生彈性壓縮、彎曲與拉伸等變形。隨著凸模繼續(xù)壓入，材料內(nèi)的應(yīng)力達(dá)到彈性極限。此時，涂抹下的材料略有彎曲，凹模上的材料則向上翹。間隙越大，彎曲和上翹越嚴(yán)重。

塑性變形階段：凸模繼續(xù)向下運(yùn)動，板料中的應(yīng)力值達(dá)到屈服極限，板料金屬產(chǎn)生塑性變形。變形達(dá)到一定程度時，位于凸、凹模刃口處的金屬硬化加劇，出現(xiàn)微裂紋。

斷裂分離階段：凸模再繼續(xù)向下運(yùn)動，已形成的上、下裂紋逐漸擴(kuò)展并向內(nèi)延伸，當(dāng)上、下裂紋相遇重合時，板料便被剪斷分離。

沖裁件分離面的質(zhì)量主要與凸凹模的間隙、刃口鋒利程度有關(guān)，同時也受模具結(jié)構(gòu)、材料性能及板料厚度等因素影響。

②凸凹模間隙

凸凹模間隙不僅嚴(yán)重影響沖裁件的斷面質(zhì)量，也影響著模具壽命、沖裁力和沖裁件的尺寸精度等。間隙過大或過小均將導(dǎo)致上、下裂紋不能相交重合于一線，如圖3所示。間隙過大時，凸模刃口附近的剪裂紋較正常間隙時向內(nèi)錯開一段距離，難以與凹模刃口附近的裂紋匯合，沖裁件被撕開，邊緣粗糙。間隙太小時，凸模刃口附近的裂紋比正常間隙時向外錯開一段距離，這時上、下兩裂紋也不能很好重合。只有間隙值控制在合理范圍內(nèi)，上下裂紋才能基本重合于一線，沖裁件斷口質(zhì)量最好。

圖3 間隙大小對沖裁件斷面質(zhì)量影響

③凸凹模刃口尺寸的確定

凸模和凹模刃口的尺寸取決于沖裁件尺寸和沖模間隙，因此必須正確設(shè)計(jì)沖模刃口尺寸。

沖裁所得的落件和板料孔的斷面均由圓角帶、光亮帶和斷裂帶三部分組成，如圖4所示。其中光亮帶部分為柱形，代表落件和孔的尺寸。落件尺寸決定于凹模刃口尺寸，孔的尺寸決定于凸模刃口尺寸。所以落料時，由工件尺寸確定凹模尺寸，凸模尺寸等于凹模尺寸減去雙邊間隙值。沖孔時，由工件尺寸確定凸模尺寸，凹模尺寸等于凸模尺寸加上雙邊間隙值。

圖4 沖裁件的斷面

沖模在使用過程中有磨損，落料件的尺寸會隨凹模刃口的磨損而增大，而沖孔的尺寸則隨凸模的磨損而減小。為了保證零件的尺寸要求，并提高模具的使用壽命，因此落料時所取凹模刃口尺寸應(yīng)靠近落件公差范圍內(nèi)的最小尺寸，沖孔時所取凸模尺寸刃口的尺寸應(yīng)靠近孔的公差范圍內(nèi)的最大尺寸。不管是落料還是沖孔，沖模間隙均應(yīng)采用合理間隙范圍內(nèi)的最小值。

刃口尺寸確定原則：

a)落料以凹模為基準(zhǔn)，先設(shè)計(jì)凹模尺寸，凹模刃口的名義尺寸取接近或等于落料件的最小極限尺寸，凸模的名義尺寸以凹模尺寸減去最小合理間隙Zmin獲得。

b)沖孔以凸模為基準(zhǔn)，先設(shè)計(jì)凸模尺寸，凸模刃口的名義尺寸取接近或等于孔的最大極限尺寸，凹模的名義尺寸以凸模尺寸加上最小合理間隙Zmin獲得。

c)凸凹模刃口尺寸公差

凸模刃口的制造公差的下偏差按IT6級，凹模刃口的制造公差的上偏差按IT7級，凸模制造精度比凹模制造精度高一級。

︱σd︱+︱σp︱<=Zmax-Zmin

式中σd為凹模上偏差，σp為凸模下偏差。

當(dāng)不滿足上述條件，則采用分割法調(diào)整。

σp=0.4×(Zmax-Zmin) σd=0.6×(Zmax-Zmin)

當(dāng)工件精度等級為IT10級以上時，取x=1；當(dāng)工件精度等級為IT11-13級時，取x=0.75；當(dāng)工件精度等級為IT14級以下時，取x=0.5。

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