生產(chǎn)中基于沖裁間隙優(yōu)化的斷面品質(zhì)改善探析

沖裁是利用模具使板件的一部分封閉輪廓與另一部分封閉輪廓分離的沖壓工序，沖裁間隙是指沖裁工序中上模刃口和下模刃口尺寸之間的差值，是模具設(shè)計、制造和生產(chǎn)中的重要技術(shù)參數(shù)，因此，為了滿足模具壽命和沖裁件質(zhì)量的要求以及提高生產(chǎn)效率，在實際生產(chǎn)中對沖裁間隙進行管理和優(yōu)化是必要的。

沖裁變形過程分析

彈性變形階段

在此階段，上模刃口與板件接觸后，板件先被壓平，接下來上模和下模刃口分別壓入板件中，由于存在沖裁間隙C，板件受到的上模的合力與下模的合力并不共線，板件因此會受到一個彎矩M

，該彎矩使得板件在彈性受壓的情況下還略有彎曲，隨著上模繼續(xù)下行，材料在刃口部分受到的應(yīng)力會達到彈性極限。

塑性變形階段

伴隨上模的繼續(xù)下行，板件受力增大，材料的應(yīng)力達到屈服極限從而產(chǎn)生塑性變形，隨著塑性變形程度的增加，板件內(nèi)的拉應(yīng)力和彎矩繼續(xù)增大，材料硬化加劇，刃口附近的材料先達到強度極限。

斷裂階段

上模壓入深度繼續(xù)增加，裂紋首先出現(xiàn)在上、下模刃口側(cè)面，此時在彈性和塑性變形階段儲存的應(yīng)變能得以釋放，且沿最大切應(yīng)力方向向材料內(nèi)部擴展，當(dāng)上、下模刃口處的主裂紋重合時，材料便被切斷分離。若刀口間隙不合理，兩條主裂紋無法重合，則會出現(xiàn)第三主裂紋。

沖裁間隙對斷面的影響及其選擇

根據(jù)以上沖裁變形過程分析可知，沖裁件的斷面主要包括塌角R、光亮帶B、斷裂帶和毛刺h，并且具有斷裂角α，如圖2所示。

沖裁間隙對塌角的影響

“一帶一路”合作中，國際化企業(yè)有必要形成專門的企業(yè)社會責(zé)任部門，對部門人員進行專業(yè)培訓(xùn)，能夠讓他們對企業(yè)社會責(zé)任有系統(tǒng)了解，從而在企業(yè)社會責(zé)任的履行過程中進行專業(yè)管理，使相關(guān)資源得到更為有效的利用，獲取相關(guān)社會責(zé)任行為的最大社會效應(yīng)。國際化企業(yè)有必要將社會責(zé)任納入到其長期的發(fā)展戰(zhàn)略，對社會責(zé)任履行的范圍、層次以及重點等進行系統(tǒng)的統(tǒng)籌安排，從而強化企業(yè)的公民意識，構(gòu)建基于科學(xué)分析的企業(yè)社會責(zé)任戰(zhàn)略(樊蓉，2018)，真正的提升企業(yè)的國際品牌形象。

沖裁間隙對光亮帶的影響

相對沖裁間隙可用式(1)表示，即沖裁間隙和板件厚度關(guān)系：

對毛刺的影響

固本拓新--基于傳統(tǒng)住宅的裝配式住宅建筑設(shè)計…………………………………………………… 彭敏，萬莉（7-18）

沖裁間隙的選擇

通過以上對零件斷面質(zhì)量的分析和根據(jù)查閱有關(guān)文獻可知，沖裁間隙與模具壽命和零件斷面質(zhì)量的關(guān)系如圖3所示。權(quán)衡零件斷面質(zhì)量和模具壽命也成為選取沖裁間隙時需要考慮的因素。其中，α是零件斷面質(zhì)量最佳的相對沖裁間隙，β是零件斷面較好的相對沖裁間隙，γ是模具壽命較好的相對沖裁間隙，δ是模具壽命最好的相對沖裁間隙。

在彈性變形階段，刃口附近材料被拉入沖裁間隙形成的自由表面就是塌角，其高度隨著沖裁間隙的增大而增大。由于沖裁間隙存在，使得板件受到來自上、下模刃口的合力不在一條直線上，因此產(chǎn)生一個彎矩M

。沖裁間隙越大，板件受到的彎矩也越大，板件所受的彎曲作用也就越大，塌角高度也因此增大。

在塑性變形階段，由于板件在刃口處發(fā)生剪切和彎曲拉伸變形，且以剪切作用為主，從而形成光亮帶，其表面光潔且垂直度好，是理想的板件斷面形狀。光亮帶高度隨著沖裁間隙的增大而減小。但當(dāng)沖裁間隙過小時，上下兩個主裂紋就不會重合，并且會形成狹長的第二光亮帶，第二光亮帶上面有很長的毛刺、不光整的齒狀邊和小錐形體，這些將會形成極易剝離的碎屑，帶入后工序產(chǎn)生壓痕不良，是實際生產(chǎn)時間損失的主要來源之一。而沖裁間隙增加，會使得板件所受拉伸和彎曲作用增大，因此剪切作用被相對削弱，板件容易被拉斷形成斷裂帶，光亮帶高度也因此減小。

現(xiàn)階段，中職學(xué)校中學(xué)生的基礎(chǔ)都比較差，而且他們學(xué)習(xí)的狀態(tài)不太好，如果不及時調(diào)整教學(xué)的現(xiàn)狀，會直接影響著學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和學(xué)生的能力。本文試圖結(jié)合中職機械專業(yè)教學(xué)實際入手，探索提高中職機械專業(yè)教學(xué)質(zhì)量的方法。

C=xt (1)

由圖9可以看出，隨著沖裁間隙增大，光亮帶高度減小。光亮帶光潔平整且垂直于板件，是沖裁的理想斷面。減小的原因是由于板件受到的剪切作用被削弱，容易被撕裂形成斷裂帶，使得斷裂帶高度增加。

根據(jù)實際生產(chǎn)的經(jīng)驗值，在平衡零件斷面質(zhì)量和模具壽命的情況下，車身覆蓋件為鋼板的情況下推薦采用x=6%～8%，車身覆蓋件為鋁板的情況下推薦采用x=10%。

實際生產(chǎn)中快速測定和判斷沖裁間隙的方法

沖裁間隙的測量

測量沖裁間隙的方法種類很多，如可以使用塞尺進行測量，但該方案在測量較為復(fù)雜的刃口形狀時測量效率較低，以及在內(nèi)部的刃口難以進行測量作業(yè)，所以該方法的作業(yè)效率較低。在實際生產(chǎn)中，需要用較快速且簡便的方法測量沖裁間隙，以下介紹一種在生產(chǎn)中可以進行實際運用的方法。本文中車身覆蓋件多采用厚度約為0.7mm的板件，因此以厚度為0.7mm的鋼板進行試驗。需要使用的材料為0.06mm的間隙試紙與紅丹涂料，如圖4所示，通常，刷一層紅丹涂層的厚度為0.01mm至0.02mm。

首先確定合理的沖裁間隙范圍，根據(jù)上文中的結(jié)論，取比例系數(shù)x=6%～8%，可以計算出合理的范圍應(yīng)該在0.04mm至0.06mm。接著卸下壓料板并在壓力機上裝模，并在下模選取測量點，在測量點上均勻地粘貼間隙試紙，如圖5所示。

用0.1 mol/L的鹽酸或氫氧化鈉將復(fù)合溶葡萄球菌酶溶液的pH值分別調(diào)至2、4、6、8、10,在25 ℃溫度下,對致病性金黃色葡萄球菌分別在1、5和10 min 進行定量殺菌試驗,計算其殺菌率。

石門水電站增效擴容工程主要內(nèi)容包括：河床電站、東干渠首電站、西干渠首電站水輪發(fā)電機組及附屬設(shè)備、輔機系統(tǒng)、監(jiān)控保護系統(tǒng)、配電系統(tǒng)及消防系統(tǒng)的機電設(shè)備改造。增效擴容工程完成后，電站總裝機容量由現(xiàn)在的4.26萬kW提高到4.473萬kW，年增加發(fā)電量914萬kWh，較現(xiàn)狀復(fù)核發(fā)電量增加11.7%。項目概算總投資12 883.43萬元。其中，東干、西干渠首電站概算投資1 243.27萬元，作為試點項目計劃于 2011年、2012年實施；河床電站概算投資11 640.16萬元，作為推廣項目計劃于2013年、2014年實施。

分析結(jié)果是否準確取決于流體邊界條件的設(shè)置。該流體的仿真運用的是Fluent模塊，由于仿真時設(shè)置的流體狀態(tài)是在理想狀態(tài)下。在該閥體中流過的介質(zhì)選用水，其密度為1000 kg/m3，動力黏度設(shè)置為0.001055 kg/ms，公稱壓力為1.6 MPa，流體進入的閥體是湍流狀態(tài)，則需要運用k-e模型。入口的速度條件設(shè)置為1.5 m/s，出口為自由出口，壁面條件為靜止壁面[2-3]。

最后操作壓力機以實際生產(chǎn)速度寸動一行程，目視膠布狀態(tài)以判斷沖裁間隙，操作步驟總結(jié)見表1。

毛刺高度隨著沖裁間隙的增大先平緩增大而后持續(xù)增大。在斷裂階段，由于裂紋是從刃口側(cè)面出現(xiàn)而不是在沖裁間隙的中間，所以斷面必然會產(chǎn)生毛刺。當(dāng)沖裁間隙小于合理值時，板件的上下主裂紋將無法重合而產(chǎn)生較小且難以剝離的毛刺；當(dāng)沖裁間隙大于合理值時，板件被拉伸和彎曲作用帶入沖裁間隙中去，主裂紋出現(xiàn)在距離刃口相對遠的側(cè)面，繼而被拉斷，因此產(chǎn)生的毛刺高度較大，這也是毛刺產(chǎn)生的主要原因之一，也是實際生產(chǎn)中時間損失的主要來源。

沖裁間隙的判斷

完成數(shù)據(jù)測量后，需要讀取和判斷數(shù)據(jù)，判斷的依據(jù)是刃口上間隙試紙的狀態(tài)，根據(jù)膠布狀態(tài)的目視化可以大致判定沖裁間隙，判斷方法見表2。值得一提的是，因為板件厚度的變化會引起結(jié)果在一定范圍內(nèi)的誤差。若板件厚度的變化范圍在0.7mm±0.05mm，該誤差可以忽略不計；若板件厚度的變化范圍超過該數(shù)值，那么表2計算得出的結(jié)果應(yīng)該被重新考量。

斷面質(zhì)量分析和間隙優(yōu)化

沖裁斷面分析

將已經(jīng)測得的沖裁間隙的數(shù)據(jù)記錄，上文中也已經(jīng)提到，目前該試驗用鋼板的合理間隙值應(yīng)該是在0.04mm至0.06mm，但進一步確定沖裁間隙的最優(yōu)值，需要對板件斷面進行分析。本文中使用的工具是型號為Peak2008-50×的50倍放大鏡，如圖7所示，其參數(shù)如表3所示。

本文分析沖裁間隙對板件斷面質(zhì)量影響中，使用厚度為0.7mm的不銹鋼坯料，依次取沖裁間隙為0.03mm、0.04mm、0.05mm、0.06mm、0.07mm的斷面，即相對沖裁間隙為4.3%、5.7%、7.1%、8.5%、10.0%的五組數(shù)據(jù)進行分析，使用Peak2008-50×的50倍放大鏡拍攝其斷面并以塌角高度R、光亮帶高度B和毛刺高度h為分析指標，得到該板件在不同沖裁間隙條件下和以上分析指標的關(guān)系，結(jié)果如表4所示。

下一步在上模均勻涂上一層紅丹涂層。關(guān)于對沖裁間隙的記錄，本文中推薦使用按上模刃口的鑲塊編號進行記錄，如圖6所示，以免對數(shù)據(jù)的記錄造成混亂，降低數(shù)據(jù)采集的真實性。

將測量所得的5組數(shù)據(jù)繪制成散點圖并作回歸，由圖8可以看出隨著沖裁間隙的增大，塌角高度也隨之變大，其原因如同前文所說，由于沖裁間隙變大，板件所受的彎矩變大，彎曲和拉伸作用則越大，使得圓角帶高度變大。

式中，C為沖裁間隙(mm)；x為比例系數(shù)；t為板件厚度(mm)。

但由于不同主體在回應(yīng)鄉(xiāng)村問題時采取不同的策略，差異化的鄉(xiāng)建模式有各自的優(yōu)點和運用局限（表2）。鄉(xiāng)建沒有統(tǒng)一的模板，應(yīng)基于不同村莊的自然、社會、經(jīng)濟、文化背景，從而探索出適應(yīng)自身發(fā)展的道路[19，20]。任何一種鄉(xiāng)村實踐，都不可能面面俱到，需要分清主次、懂得取舍，在傳承過去、踐行現(xiàn)在、發(fā)展未來之間取得平衡

而隨著沖裁間隙減小時，光亮帶高度增大，這是由于板件所受到的彎曲和拉伸作用減弱，受到的剪切作用增強，其塑性變形階段被延長，另外，在這種間隙條件下沖裁，上、下主裂紋不能重合，會產(chǎn)生二次分離，沖裁件通過下模側(cè)壁產(chǎn)生摩擦形成第二光亮帶，且第二光亮帶表面易被剝離，如圖10所示。這種表面會在后工序受力時被剝離并部分附著在壓料板表面，該碎屑在模具進行下一沖程時便會在板件上留下壓痕，壓痕不良的產(chǎn)生會產(chǎn)生大量故障時間，極大程度上降低生產(chǎn)效率。

由圖11可以看出，隨著沖裁間隙增大，毛刺高度也隨之增大。毛刺的存在是沖裁件的品質(zhì)不良之一，將對沖裁件的正常使用產(chǎn)生影響。由前文分析可知，沖裁間隙較小時，板件的上、下裂紋將在最大切應(yīng)力方向上互相重合，毛刺高度較小，容易清除。沖裁間隙較大時，板料的彎曲與拉伸增大，裂紋容易在離上、下模刃口稍遠的側(cè)面上生成，板料易被撕裂，因此產(chǎn)生的毛刺高度較大，難以去除。毛刺的出現(xiàn)會浪費大量的生產(chǎn)時間，降低生產(chǎn)效率，也是重要管理項目之一。

沖裁間隙優(yōu)化

本文中主要關(guān)注的參數(shù)為光亮帶高度和毛刺高度，因此針對這兩個參數(shù)，對沖裁間隙進行優(yōu)化。由表4可知，該試驗板件在沖裁間隙為0.06mm，即相對沖裁間隙為8.5%時，光亮帶高度占板件厚度的1/3，此時圓角高度和毛刺高度都處于理想狀態(tài)，既不會產(chǎn)生壓痕碎屑，也不會產(chǎn)生高度較大的毛刺。而在實際生產(chǎn)中，沖裁間隙不可能嚴格按照該值進行管理，因為壓痕和毛刺不良并不能完全去除，而是在一定間隙范圍內(nèi)具有良品條件，品質(zhì)上達到生產(chǎn)條件即可。

本文在試驗中以光亮帶高度占板件厚度比值，即光亮帶相對高度為依據(jù)，并結(jié)合沖裁間隙可得出其是否處于良品間隙范圍內(nèi)。在實際生產(chǎn)中可以以此間隙范圍推行優(yōu)化，如表5所示。

雖然我國當(dāng)前地方政府債務(wù)風(fēng)險整體可控，但是地方政府債務(wù)問題日益凸顯。財政部公布數(shù)據(jù)顯示，截至2017年12月底，全國地方政府債務(wù)余額164706億元，而2016年底地方政府債務(wù)余額是153200億元，同比增長7.5%，高于我國GDP的增長速度。政府債務(wù)規(guī)模在不斷快速擴大，地方政府通過擔(dān)保、掛賬、欠款和違約等行為產(chǎn)生的大規(guī)模隱性債務(wù)難以進行統(tǒng)計、監(jiān)測、評估和控制，吳盼文（2013）、牛霖琳等（2016）、張平（2017）等學(xué)者著重強調(diào)了隱性債務(wù)給區(qū)域金融帶來的重大隱患。建立一個科學(xué)合理的政府債務(wù)統(tǒng)計、監(jiān)測、分析的框架，防范債務(wù)迅速擴張的風(fēng)險轉(zhuǎn)移到區(qū)域金融體系是當(dāng)務(wù)之急。

根據(jù)上表的間隙范圍對使用該試驗板件的其中兩套模具進行優(yōu)化管理，并追蹤其生產(chǎn)表現(xiàn)。圖12所示為從12月8日起對沖裁間隙進行優(yōu)化管理后的毛刺故障統(tǒng)計，經(jīng)過一段時間的生產(chǎn)后，其故障率有所下降并趨于穩(wěn)定。圖13所示為從12月8日起對沖裁間隙進行優(yōu)化管理后的壓痕故障統(tǒng)計，經(jīng)過一段時間的生產(chǎn)后，其故障率有所下降并趨于穩(wěn)定。

結(jié)束語

本文簡要分析了沖裁變形過程以及沖裁件斷面的結(jié)構(gòu)及影響因素，并介紹了一種在實際生產(chǎn)中可以快速簡便獲得沖裁間隙的方法，該方法使用了0.06mm的間隙試紙與紅丹涂料結(jié)合，通過模具沖裁刃口的目視化以快速判斷沖裁間隙。在此基礎(chǔ)上對牌號為GX220BDL+ZF，板料厚度為0.7mm的不銹鋼板在不同沖裁間隙下的斷面分析，以光亮帶相對高度確定了沖裁間隙的優(yōu)化方案，改善了生產(chǎn)中沖裁間隙小于合理值導(dǎo)致的壓痕不良問題和沖裁間隙大于和合理值導(dǎo)致的毛刺不良問題，并通過后續(xù)的生產(chǎn)追蹤確認了其故障率下降并趨于穩(wěn)定。