普通冲裁件质量影响因素及解决办法

兰天鹏

（长春职业技术学院，吉林　长春，130033）

普通冲裁件质量影响因素及解决办法

兰天鹏

（长春职业技术学院，吉林长春，130033）

本文从材料性能、模具间隙、模具的制造精度、模具刃口钝利情况等方面分析了对普通冲裁质量的影响，并提出了有针对性的解决措施，对提升冲压件的内外在质量，提高生产效率有一定的参考价值。。

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1　引言

冲压是日常生产当中非常重要的工序，冲裁件的质量对我们非常重要，一般冲裁件的断面的光亮带越宽，断裂带越窄、圆角及毛刺越小，冲裁件质量就越好。冲裁件质量指标是指断面质量、尺寸精度及形状误差。剪切断面应垂直光滑，尺寸及制件外形应满足图纸要求，表面尽可能平整。下面将对普通冲件质量影响因素及解决办法作简要分析。

2　冲裁件断面组成

冲裁件的断面由圆角带、光亮带、断裂带和毛刺区四部分组成。这四部分在冲裁件断面上所占的比例随材料的力学性能、模具间隙、刃口锐钝、模具和设备导向情况等不同而变化。断面组成部分见图1

圆角带：是光滑的圆弧带，它是刃口刚压入材料时，刃口附近的材料牵连拉入产生弯曲和伸长变形的结果。

图1　1—毛刺 2—断裂带3—光亮带4—圆角带

光亮带： 这个区域发生在塑性变形阶段。主要是由于板料产生塑性剪切变形时，材料在和模具侧面接触中被模具侧面挤光而形成的光亮垂直的断面。通常它占整个断面的1/2~1/3，是断面上质量最好的部分。

断裂带：这个区域发生在断裂分离阶段。是表面粗糙且带有锥度的部分，它是由于刃口处的微裂纹在拉应力作用下不断扩展断裂而形成的。

毛刺： 在塑性变形阶段的后期产生。凸模和凹模的刃口切入一定深度后，刃口正面材料被压缩，刃尖部分为高静水压力状态，使裂纹起点不在刃尖处发生，而是在距刃尖不远处的模具侧面产生，因为此处受有拉应力。在拉应力的作用下，裂纹加长，材料断裂而产生毛刺。裂纹的产生点和刃尖的距离即为毛刺的高度。在普通冲裁中，毛刺的产生是不可避免的。

圆角带、光亮带、断裂带、毛刺四部分在冲裁断面上所占的比例随材料的力学性能、料厚、刃口锐钝、模具结构及凸、凹模间隙等不同而变化。塑性差的材料，断裂倾向严重，断裂带增宽，光亮带、圆角带所占比例较小，毛刺也小。塑性好的材料则相反。对于同一种材料这四部分的比例也随料厚、间隙、刃口锋利程度、模具结构以及零件轮廓形状的不同而变化。要想提高冲裁件断面质量，可通过增加光亮带的高度或采用整形工序来实现。增加光亮带高度的关键是通过延长塑性变形阶段、推迟裂纹的产生来实现。

3　影响冲裁件质量的因素

影响有冲裁件质量的因素有，冲裁件材料、模具间隙、模具制造精度、刃口的钝利等等。

冲裁件的尺寸精度，是指冲裁件实际尺寸与基本尺寸的差值（δ），差值越小，则冲裁件精度越高。这个差值包括两方面：一是模具本身的制造、磨损引起的偏差，二是冲裁件相对于凸、凹模尺寸的偏差。模具制造精度一定时，落料件的尺寸不会与凹模孔尺寸完全相等，冲出的孔也不会与凸模刃口尺寸完全相同，因冲裁后材料的挤压、拉伸、拱弯变形都要产生恢复，从而引起误差，这时的偏差值δ为：

落料δ＝零件外形实际尺寸－凹模尺寸

冲孔δ＝零件孔实际尺寸－凸模尺寸

偏差值可能是正的，也可能是负的。影响偏差值的主要因素是凸、凹模的间隙。冲件卸载后弹性变形的恢复引起一定的尺寸变化。在间隙Z合理,忽略回弹的情况下，无论是冲出的孔还是落下的料，其尺寸都有大、小两部分。小部分的尺寸等于凸模尺寸，而大的部分尺寸等于凹模尺寸。

对于孔来说，小的部分尺寸是有用的，这部分最光滑，孔与其它零件配合也是靠这部分尺寸，其大小与凸模尺寸一样。因而得出：冲孔尺寸等于凸模尺寸。对于落料件来说，大的部分尺寸是有用的，同样也可以得到：落料尺寸等于凹模尺寸的结论。此外零件形状简单，误差小。零件小，其相对误差大，绝对误差小。零件大时，相对误差小，绝对误差大。换句话说大零件易保证精度。

影响冲件质量的因素具体如下：

3.1材料性能的影响

材料性质、厚度与轧制方向的影响 冲裁时材料的弹性变形量决定于材料性质。塑性好的材料，冲裁时裂纹出现得较迟，板料被剪切的深度较大，光亮带所占比例大多角，毛刺和拱弯也较大，断裂带较窄。塑性差的材料则与上述现象相反。软钢的弹性变形量较小，冲裁后弹性回复量小，冲裁件的尺寸精度较高。而硬钢则相反。板料经轧制后其机械、物理性能在板平面内出现各向异性。这就造成了同一零件由于各方向回弹不同而各向偏差值不同。

3.2模具间隙的影响

间隙对偏差值的影响规律与间隙大小变化时变形区应力状态产生不同变化有关，变形区应力状态不同，弹性回复的大小和方向也就不同。凸、凹模间隙对零件尺寸精度影响的一般规律如图2所示。曲线与δ=0的横轴交点表明零件尺寸与模具尺寸一致，交点右边表示间隙较大时，冲孔孔径大于凸模直径，落料件尺寸小于凹模尺寸。这是因为间隙较大时，变形区材料的拉应力较大，冲裁后材料必然收缩的缘故。交点左边表示间隙较小时，冲孔孔径小于凸模直径，落料件尺寸大于凹模尺寸。因为间隙较小时，变形区材料的横向压应力较大，冲裁后材料必然伸展。

图2　间隙对冲裁精度的影响

间隙过小时,凸模刃口附近的裂纹比正常间隙时向外错开一段距离，上、下裂纹产生后，各自进入凸、凹模端面的压应力区而停止发展，不重合。且上、下裂纹之间的材料随凸模继续下压将产生第二次剪切，出现第二光亮带。在两个光亮带之间形成断裂带，或者呈现断续的小光斑，在冲裁件端面出现挤长的毛刺，但容易去除。由于间隙小，弯曲、拉伸小，裂纹产生迟，光亮带变宽，且零件拱弯小，断面斜度和圆角小，只要中间撕裂不是很深，仍可应用。

当间隙过大时，凸模刃口处的裂纹较正常间隙向里错开一段距离，上、下裂纹也不重合。裂纹间的材料产生第二次拉裂，零件断面出现两个斜度，这时材料的弯曲与拉伸大，拉应力大，材料的塑性变形阶段结束较早，致使光亮带较窄，圆角与斜度较大，拱弯厉害，毛刺大。

当模具间隙不均匀时，在间隙不合理处将出现毛刺，断面质量差。因此模具设计制造与安装时必须保证间隙均匀。

3.3模具的制造精度的影响

模具导向装置精度高，压力机滑块导向精确可靠，则可保证冲裁时间隙合理，冲裁件断面质量就好。

此外，模具的磨损和弹性变形对冲裁件的尺寸精度也有影响，且影响到模具间隙及材料的应力状态。因而模具磨损量及变形量对零件的质量起综合性影响。冲裁次数及落料件尺寸变化的关系如图3所示。模具开始使用时，由于磨损的剧增，零件尺寸变化比较剧烈。以后随冲裁次数增加，磨损稳定，零件尺寸逐渐变大。对于冲孔件，在经过模具磨损稳定阶段后零件尺寸将逐渐变小。冲裁中要注意及时返修模具。计算模具刃口尺寸时应考虑模具磨损及弹性变形对冲裁件尺寸精度的影响。

图3　冲裁件尺寸与冲裁次数的关系

3.4模具刃口钝利情况的影响

图4　钝刃口对毛刺的影响

当模具刃口磨损成圆角变钝时，刃口与材料接触的面积增加，应力集中效应减轻，挤压作用大，延缓了裂纹的产生，制件圆角大,光亮带宽，但裂纹发生点要由刃口侧面向上移动，毛刺高度加大，即使间隙合理，也仍会产生较大的毛刺。凸模磨钝，落料件产生毛刺；凹模磨钝，冲孔件产生毛刺。如果凸、凹模都钝，则落料件与冲孔件都出现毛刺，见图4。

4　解决办法

废料本质上就是成形孔的反像。即位置相反的相同部位。通过检查废料，可以判断上下模间隙是否正确。如果间隙过大，废料会出现粗糙、起伏的断裂面和一窄光亮带区域。间隙越大，断裂面与光亮带区域所成角度就越大。如果间隙过小，废料会呈现出一小角度断裂面和一宽光亮带区域。过大间隙形成带有较大卷边和边缘撕裂的孔，令剖面稍微有一薄边缘突出。太小的间隙形成带稍微卷边和大角度撕裂，导致剖面或多或少地垂直于材料表面。一个理想的废料应有合理的圆角带和均匀的光亮带。这样可保持冲压力最小并形成一带极少毛刺的整洁圆孔。从这点来看，通过增大间隙来延长模具寿命是以牺牲成品孔质量换取的。模具的间隙与所冲压的材料的类型及厚度有关。不合理的间隙可以造成以下问题：

如间隙过大，所冲压工件的毛刺就比较大，冲压质量差。如果间隙偏小，虽然冲孔的质量较好，但模具的磨损比较严重，大大降低模具的使用寿命，而且容易造成冲头的折断。

间隙过大或过小都容易在冲头材料上产生粘连，从而造成冲压时带料。过小的间隙容易在冲头底面与板料之间形成真空而发生废料反弹。

合理的间隙可以延长模具寿命，卸料效果好，减小毛刺和翻边，板材保持洁净，孔径一致不会刮花板材，减少刃磨次数，保持板材平直，冲孔定位准确。

[1]刘建超,张宝忠.冲压模具设计与制造[M].高等教育出版社,2010,1

[2]王嘉.冷冲模设计与制造实例[M].机械工业出版社, 2009,9

[3]薛啓翔.冲压模具设计制造难点与窍门[M].机械工业出版社, 2003,3

General influence factors and solutions of the quality of general blanking parts

Lan Tianpeng
（Changchun Vocational Institute of Technology, Changchun, Jilin, 130033）

This paper analyzes the effect of material properties, mold gap, mold manufacturing precision, die cutting edge blunt, and puts forward some specific measures to improve the quality of stamping parts, improve the production efficiency of a certain reference value.

General blanking parts, quality, influencing factors, solution, material properties, mold gap, mold manufacturing precision, die cutting edge