小孔冲裁模的设计改进

张敏

【摘 要】本文以实践为基础，讲述了冲压零件试模中常见的问题及模具的改进方法，对提高模具返修质量和提高模具寿命有一定的指导意义。其中，凸模与卸件圈的小间隙配合，夹板与凸模由过盈配合调整为间隙配合，凸模结构和参数的改变，在小孔冲裁模具应用中效果良好，对这一类模具有一定的推广和借鉴作用。

【关键词】小孔冲裁；凸模；断面质量；搭边；冲裁间隙

1 问题的提出

冲压零件如图1示，材料为25CrMoVA，厚度4mm。模具在试模及使用中存在下列问题：

1）孔距30±0.08经常超差。

2）产品外形一侧有毛刺、撕裂严重。

3）冲孔凸模易折断，模具寿命短。

在试模时，孔距30±0.08很难保证，即便试模具合格，模具的寿命也就是200-300件，不是孔距超差，就是凸模断裂。

2 原因分析

模具结构如图2示。影响模具质量的因素较多，牵涉面也较广，针对模具存在的问题，需经过多次试模，再根据试模结果，逐一进行分析和改进。

影响模具质量的主要因素在于模具的设计和制造质量，模具的材料和热处理对模具的质量也有一定的影响。

1.上模板；2.推杆；3.卸件圈；4.凸模；5.卸料板；

6.橡皮；7.下模板；8.打杆；9.推板；10.凸模夹板；

11.凹模；12.定位销；13.凸凹模；14.凸凹模夹板

2.1 孔距超差的原因分析

孔距超差可以从模具的制造和设计方面找原因。制造方面：检查凸模夹板上与凸模配合的孔位置度是否超差，检查所装配的冲孔凸模与凸模夹板端面是否垂直。设计方面：看凸模的强度是否足够，在冲裁时有没有受到保护。

经过实际测量凸模夹板上的相应孔和装配后两个凸模间距，其尺寸均满足图纸要求，同时也说明凸模与夹板垂直度是没有问题的。这时我们注意到冲孔凸模的工作端过于细长，刚性不好，在工作时有可能发生变形，可能会引起孔距超差情况的发生。所以，必须对原凸模结构进行改进。

2.2 产品外形一侧有毛刺、撕裂严重的原因分析

对于冲裁模，冲裁间隙是影响零件断面质量的主要因素，间隙过大或过小都会产生毛刺，只是形式不同，模具间隙过小，冲裁断面会出现二次光亮带，在两个光亮带之间有撕裂带，或者呈现断续的小光斑。模具间隙过大，冲裁断面光亮带较窄，撕裂带斜度较大，冲裁断面毛刺也大。当模具间隙不均匀时，在间隙不合理处也将出现毛刺，断面质量差。

冲裁搭边值的大小也会影响冲裁零件的断面质量，搭边值过小，会使作用在凸模侧表面上的法向应力沿切离周边分布不均，不但降低冲裁件断面质量还降低模具寿命，故必须使搭边的最小宽度大于冲裁时塑性变形区宽度，否则，冲裁时搭边可能变形或被拉断，有时还会被拉入模具间隙中，使零件产生毛刺，甚至损坏模具刃口。

此零件只有一侧有毛刺、撕裂严重，根据经验，可以初步认定是间隙偏向一侧造成的。但当打开模具检查后发现，凸凹模与凹模两侧间隙均为0.4mm，是均匀的。这时我们注意到冲裁零件搭边为2.5mm，可能是搭边有点小，这就造成了产品总是在同一侧出现有毛刺、撕裂严重的情况，应适当增大冲裁搭边。

2.3 冲孔凸模寿命短

模具试模合格后，经常出现在干了二、三百件甚至是几十件零件后，冲孔凸模断裂。造成冲孔凸模寿命短的原因较多，有以下几点：

冲裁间隙不合理，凸模本身结构有缺陷，模具结构局部不合理，这些都可以造成凸模提前失效。

图1示零件料厚与孔径比小于1.5，属于小孔冲裁，冲压工艺性不好。另外，从制造方面来说，模具受到加工误差和装配精度的限制，凸模不可能绝对垂直于凹模平面，间隙也不会绝对的分布均匀，综合这两点，在凸模比较细长时更容易断裂

模具凸模材料一般选用T8、Cr12Mo，有时还会选用一些进口材料。热处理方面，如果淬火硬度过高，凸模就较容易断裂。如果淬火硬度过低，凸模强度和刚性差，易失稳变形和孔冲不透。通过试模结果显示，更换不同材料和调整不同的淬火硬度，凸模寿命略有提高，但效果不明显。

3 解决办法

3.1 冲孔凸模结构的改变

为了增加凸模强度，提高凸模寿命和保证孔距30±0.08mm，对凸模结构进行了改进。如图3、图4示。图3为设计图纸上给出的标准凸模，下段是工作部分，中间为与夹板配压合部分。图4是（下转第14页）（上接第11页）经过改进后的结构，中间增加了过渡段，工作部分尽可能短，以提高凸模强度和刚性。冲孔凸模的止扣台也增加了厚度，防止凸模被拔出夹板。冲孔凸模止口台的退刀槽也改为R1.5，防止热处理应力集中，产生裂纹。

3.2 冲孔凸模间隙的调整

采用落料和冲孔不同的冲裁间隙，模具落料间隙0.75mm～0.8mm不变，增大冲孔的间隙，冲孔凹模、凸模间隙比落料间隙大了30%左右，即0.9mm～1.0mm。在保证断面质量前提下，适当加大冲裁间隙可有效的降低冲裁力，可间接地提高凸模的寿命，因此模具寿命也会相应提高。

3.3 冲孔凸模与卸件圈的大间隙配合改成小间隙滑动配合

将卸件圈上与冲孔凸模配合的孔的尺寸进行改动，由0.06mm～0.08mm的間隙，改成了0.02mm的间隙。这样可以对工作中的凸模起到限定和导向作用，保证正确的孔距。同时，间隙缩小后，对冲孔凸模起到保护作用，使得凸模不易折断。

3.4 冲孔凸模与夹板由过盈配合改成间隙配合

由于凸模工作部分与卸件圈只有0.02mm的间隙，而凸模在工作中会产生变形，为了防止由于变形而产生的局部过定位而损坏凸模，故将凸模与凸模夹板配合部分由过盈配合改为0.02mm的间隙配合。改成间隙配合还有一个好处，就是装配时，只需轻轻将凸模推入凸模夹板即可，防止过盈配合时，用力将凸模压入夹板而造成凸模与夹板不垂直的情况发生。

3.5 卸件圈与凹模的配合改成小间隙滑动配合

卸件圈与凹模的配合间隙由0.06mm～0.08mm改为0.02mm，使卸件圈运动平稳，对凸模起有效保护作用。

3.6 改变冲裁搭边尺寸

加大冲裁搭边尺寸，即将搭边由2.5mm改为4.5mm，解决了产品一侧有毛刺、撕裂严重的问题。

4 总结

经过多次试模，多次改进，各种问题都得到了很好的解决，模具寿命由原来的两百多件提高到两万多件，解决了生产急需。当其它冲压零件出现类似问题时，我们也可以借鉴上述方法和措施。

对于小孔冲裁，料厚与孔径比小于1.5时，冲压工艺性不好，凸模容易断裂，在设计时应注意以下几个方面：

1）小孔冲裁，小孔凹模、凸模的间隙应比正常冲裁间隙大30℅左右。

2）凸模工作部份尽可能缩短，冲孔凸模强度应尽可能提高。

3）冲孔凸模与夹板由过盈配合改成滑动配合。

4）冲孔凸模与卸料板由大间隙改为小间隙，保护凸模。

5）凹模与卸件圈改成小间隙滑动配合。

6）冲孔凸模的材料选用和热处理也应特别关注。

[责任编辑：田吉捷]