超薄制件的冲裁

摘要：超薄制件的冲裁问题关键在于模具的设计和制造。模具的设计应从制件的形状、尺寸、精度要求及产品的生产批量等方面进行分析，结合上面选择模具的结构、模具的间隙以及加工工作零件的加工路线予以制造和装配、调试。文章论述了超薄制件的冲裁过程和模具的制造与装配调试。

关键词：超薄制件；精度控制；间隙配合；制造加工

中图分类号：TG386文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2012）01-0035-02

一、概述

振动片的形状和尺寸精度如图1所示，振动片的产量为100000片/月，振动片的材料是不锈钢（1Cr18Ni9Ti），材料厚度为0.03mm。振动片的技术要求是：工件应平整且毛刺应很小，一般肉眼看无明显毛刺。根据技术要求和图纸的尺寸来分析，振动片的几何形状简单没有加工的难度，但是工件的加工技术难度在于材料的厚度为0.03mm。从材料的厚度来说工件冲裁为超薄件的冲裁，且材料的力学性能与一般碳钢相差较大，加工质量要求高，难度大。要冲裁出该制件的关键在于如何从模具的设计精度、模具结构、模具的间隙选择以及模具的加工和装配、调试等全面考虑。

二、模具的设计

（一）制品分析

从图纸的几何形状上来分析，该工件的几何形状比较简单，加工和制造的难度不大，但从制件的材料和冲裁的断面质量要求来分析则其加工和制造就有一定的难度，另外材料为不锈钢不同于一般的碳钢，它存在强度高、韧性好、硬度高、抗剪强度较高等力学的问题。工件的厚度为0.03mm这对于模具的间隙的要求和制造又是一个比较大的难题，这是我们应该重视的问题。

（二）确定凸凹模间隙

首先确定模的冲裁性质是落料，落料从冲裁的机理来讲它是从弹性变形开始到塑性变形、断裂告终，其裂纹首先在凹模刃口侧面产生，此时凸模的行程比：凸模接触板料开始的压下深度与材料厚度之比为20%，裂纹产生后先向废料侧发展，主裂纹暂停发展然后裂纹前端附近依次重新产生微小裂纹，微小裂纹的根部汇成主裂纹直到主裂纹成长到凸模侧产生的裂纹重合而使材料断裂。由其机理可知，冲裁时裂纹不一定从两刃口同时发生，上下裂纹是否重合与凸凹模间隙值大小有关，当凸凹模间隙控制在一定合理值范围内时，由凸凹模刃口沿最大剪应力方向产生裂纹将互相重合此时制件的断面质量从塌角、光亮带、断裂带、毛刺都较为合理，且冲裁的力较小，从尺寸精度来说，凸凹模间隙，材料性质，工件的形状与尺寸都对其有影响，但是凸凹模间隙影响较大，所以确定模具的间隙值是该模具的又一个重要环节。根据有关资料和本人多年的实践经验，确定振动片凸凹模的模具间隙为Zmax=0.003mm，Zmin=0.0027mm。

（三）模具结构设计

模具的间隙确定后，选择模的结构冲裁模由各种模块构成模具的上下往复运动由导柱、导套导向，工作零件凸凹模分别紧固在固定定板内或上下模座上，卸料机构由卸料板、卸料螺钉、橡胶、弹簧、顶料杆、推料块等构成。主要作用是将成品或废料从模具中顶出，确保下一循环的冲裁顺利进行。综合上面的分析振动片的模具如果用敞开模具的形式，模具的间隙应由机床的导轨来保证，这样应对冲床导轨精度需达到很高的要求才能完成生产任务。而采用导柱模的形式，采用一般的冲床就可以完成生产任务，但是这样模具的制造成本增加，加工的复杂程度同比之下也增加了，从振动片这类超薄的工件来说用导柱模是可取的。卸料的问题根据图纸和技术要求采用弹性卸料，它可以起到压料的作用，而制品的卸出则以下卸料的形式来处理。

（四）排样设计及冲裁力的计算

考虑到材料是比较特殊的超薄不锈钢板料，它的来源是从外国进口，经济价值较高，排样值得认真考虑的问题。从产量、排样、搭边和定位综合考虑，本人设计按图2来排样、搭边和定位。

冲裁力的计算：

根据 Q=β·L·τ·t

=1.3×85.048×110×0.03

=364.86（kg）

三、模具的制造与装配调试

从模具的设计方面来看，该模具的结构比较简单，但从间隙方面来考虑在制造方面就有较高的难度，主要问题是在工作零件的制造。首先是选择模具的材料，凸模与凹模从模具的角度要有一定的硬度差，所以凹模选择Cr12，而凸模则选择高速钢。加工方面由于振动片的形状不是简单的旋转体，用普通的内外圆磨床加工不了，所以采用数控线切割机床来加工，而根据数控线切割原理它对圆的加工是展成法数控线切割对凹模的加工也能一次加工达到要求。故采用线切割到一定的尺寸（留0.02mm的加工余量）后采用研磨的方法来达到加工的目的。具体的方法是首先加工凹模，如图3所示：

同时加工出工艺互助零件，并用组合的方法加工出研磨棒，如图4所示。

研磨是研磨棒与凹模和工艺互助零件同时进行研磨，在研磨的过程用内径表（千分表）对凹模进行反复多次测量，直到凹模的加工尺寸达到图纸的要求。然后通过工艺互助零件再对凸模进行研磨加工并控制尺寸达到所需间隙。凸模加工完成后采用过盈的配合把它装配在凸模固定板上，并装上弹簧和卸料板。导柱装配在凸模固定板上，凹模加工后装配上定位零件并装配在凹模座上，如图5所示：

四、结语

通过上述设计和制造振动片顺利的产生，由于模具的设计比较合理，关键的模具间隙从设计到制造得到有效的控制，生产出来的产品得到客户的认同，同时也说明了超薄件的冲裁关键的问题在于模具的设计精度和间隙控制制造的工艺和合理的装配控制。

参考文献

[1]王考培．冲压设计资料[M]．机械工业出版社，2007.

[2]湖南省机械工程学会锻压分会．冲压工艺[M]．湖南科学技术出版社，1986．

[3]冯炳尧．模具设计与制造简明手册[M]．上海科学技术出版社，2011．

作者简介：胡志国（1977-），男，湖北孝感人，广东省潮州市技工学校机械讲师，硕士，研究方向：机械制造。

（责任编辑：陈 倩）