沖裁零件毛刺方向的控制

朱正才

（南京交通職業技術學院，江蘇 南京 211188）

1 沖裁件毛刺的形成

沖裁過程通常可分為彈性變形、塑性變形以及斷裂三個階段。在沖裁過程中，隨著凸模的下壓，凸、凹模間材料產生彈性壓縮，彎曲和拉伸且微擠入凹模；當材料達到屈服極限σs時，材料開始產生塑性剪切變形，同時伴隨著彎曲和拉伸；當材料達到屈服極限σb時，此時材料附近產生微裂紋。當凸模繼續下壓，材料的內應力超過 σb后，微裂紋迅速延伸擴展，直至貫通，沖裁件分離。沖裁時材料的受力情況如圖1所示。在沖裁過程中，由于凸模刃口外側和凹模刃口的外側材料受到拉伸力而引起的拉應力最大，所以裂紋首先從凹模刃口外側產生，繼而在凸模刃口外側產生，并沒有對準凸、凹模的刃口上，如圖2所示。因此，無論凸、凹模之間的間隙取多少，都會在沖件上殘留毛刺，所以，沖裁時毛刺是無法避免的。

圖1 沖裁時材料的受力

圖2 沖裁時板料上的應力狀態

2 沖裁件斷面的特征

沖裁件的斷面特征包括圓角帶a、光亮帶b、斷裂帶c和毛刺d四個部分，如圖3所示。圓角帶又稱塌角，產生在板料不與凸模或凹模相接觸的一面，是由于板料受彎曲、拉伸作用而形成的。光亮帶是由于凸模切入板料，板料擠入凹模時產生塑性剪切變形而形成的。斷裂帶是由于沖裁時產生的裂紋擴張而形成。斷裂帶表面粗糙，并帶有4°～6°的斜角。毛刺是由于裂紋的產生不是正對著凸、凹模的刃口而是在靠近刃口的側面而產生的。

從圖上可以看出，落料件的圓角帶靠在凹模一側，毛刺在凸模一側，而沖孔件的圓角帶靠在凸模一側，毛刺在凹模一側。這就是在模具設計時需要考慮毛刺方向選取的關鍵所在。

圖3 沖裁斷面特征

3 沖裁時減少毛刺高度的方法

對于普通沖裁零件，為了提高其沖裁件質量，減小毛刺高度常用的方法有以下幾點：

（1）合理選取模具間隙。在可能的情況下適當增大模具間隙，可以顯著降低沖裁力，降低凸、凹模刃口對材料的側壓力，降低材料對凸、凹模的摩擦力，提高模具壽命，降低毛刺高度。

（2）提高模具剛度。模具剛度的提高，有利于減小沖裁時模具的變形，保證精度，減少模具刃口的單邊受力，達到均勻磨損，降低毛刺高度。

（3）選用優質模具材料。選用合金鋼制造沖模，能有效降低磨損的程度，從而提高其使用壽命，降低毛刺高度。

（4）提高模具制造精度。降低模具表面的粗糙度，避免沖裁件內外形轉角處的清角，選用較高精度的模架。

4 毛刺方向的控制

通過分析可知，普通沖裁過程中毛刺的產生是不可避免的，毛刺的大小是可以通過多種途徑減小的。對于某些電子產品如電位器零件的接觸工作面，即使是微小的毛刺也是不允許的。且毛刺的減小是要增加成本的。在大批量生產過程中，零件毛刺在正常情況下是逐漸增大的。操作工人無法判斷毛刺增加到什么程度影響制件質量，再加上生產過程中的一些突發因素造成個別零件毛刺大，不合格的零件混入合格零件中，無法全部挑選出來。因此在一般廠家的生產管理條件下，要保證全部零件毛刺很小，是不現實的，也是不經濟的。通過沖裁機理分析，既然沖件毛刺不可避免，但可以通過改變模具結構，控制毛刺方向，把材料在沖裁時產生的圓角帶一側作為零件的工作面，產品的可靠性大為提高。

5 生產中的應用舉例

5.1 零件孔與外形毛刺方向一致

矩形墊片（如圖4所示）要求外形與內孔的毛刺方向一致，另一個零件在其表面上滑動。如果上下平面都有毛刺，則無論在哪一面上滑動都有輕微的阻礙，影響產品的平滑性。所以要求孔與外形毛刺同向。在沖裁工藝設計中，考慮了以下幾種方案。

方案一：采用連續模結構生產，如圖5所示排樣圖。經過分析發現第一步沖孔時，內孔毛刺方向朝下，第三步落料毛刺的方向朝上，故零件上內孔和邊緣的毛刺方向不一致，所以此方案不可行。

方案二：采用兩副模具生產，先落料，再沖孔，雖然可以解決毛刺方向一致的問題，但在實際操作中，落料件放進沖孔模具中時，需要看清毛刺的方向，很麻煩，效率低，故此方案亦不可行。

方案三：采用復合模結構，倒裝、正裝都可以實現沖孔毛刺方向與落料毛刺方向一致，由于零件的平面度有一定要求，故采用正裝復合模結構，滿足了質量及使用要求。

圖4 矩形墊片

圖5 矩形墊片沖裁排樣圖

5.2 零件毛刺方向與凸包反向

在電器元件中，有一類電位器零件，在使用中是通過改變簧片與碳膜片的接觸位置來改變電位器的輸出參數的。如圖6所示是某電位器中的一個電子簧片，需要在彎曲指上打凸包。凸包表面要求光滑、無毛刺、無裂紋、無傷痕，以保證簧片與碳膜片平順地接觸。該制件原來是采用兩副模具生產，第一副模具主要是分步沖孔、沖凸包和落料，第二副模具進行彎曲成形。第一副模具生產的排樣圖如圖7所示。第1步沖圓孔、第2步沖槽孔和第三步切外形毛刺均朝下，第四步沖凸包方向也朝下。其缺點是毛刺方向與凸包方向相同，影響了簧片的正常使用，這是不允許的。

圖6 電子簧片

圖7 電子簧片沖裁排樣圖

圖8 排樣圖

后經反復研究，將毛刺方向和凸包方向反向沖裁，使得毛刺一面在凸包的背面，如圖8所示排樣圖。第四步的沖凸包向上，方向與毛刺相反，這樣毛刺就在凸包的背面，從而控制了毛刺方向與凸包方向相反。但要實現毛刺方向與凸包方向相反，要對模具的結構作很大改變。改變以后的沖壓工藝經過生產實踐，證明改變和控制毛刺方向是正確可行的，這一成果已經用到多種簧片的生產中，提高和保證了產品的質量和使用可靠性。

[1] 李碩本.沖壓工藝學[M].北京：機械工業出版社，1982.

[2] 張福周.彈簧上座零件毛刺去除方法探析及設備開發[J].鍛壓裝備與制造技術，2013，48（10）：112-114.

[3] 林 海.毛刺對后續翻邊或彎曲工序的影響[J].鍛壓裝備與制造技術，1980，15（4）：86-88.