小孔沖裁模的設計改進

張敏

【摘 要】本文以實踐為基礎，講述了沖壓零件試模中常見的問題及模具的改進方法，對提高模具返修質量和提高模具壽命有一定的指導意義。其中，凸模與卸件圈的小間隙配合，夾板與凸模由過盈配合調整為間隙配合，凸模結構和參數的改變，在小孔沖裁模具應用中效果良好，對這一類模具有一定的推廣和借鑒作用。

【關鍵詞】小孔沖裁；凸模；斷面質量；搭邊；沖裁間隙

1 問題的提出

沖壓零件如圖1示，材料為25CrMoVA，厚度4mm。模具在試模及使用中存在下列問題：

1）孔距30±0.08經常超差。

2）產品外形一側有毛刺、撕裂嚴重。

3）沖孔凸模易折斷，模具壽命短。

在試模時，孔距30±0.08很難保證，即便試模具合格，模具的壽命也就是200-300件，不是孔距超差，就是凸模斷裂。

2 原因分析

模具結構如圖2示。影響模具質量的因素較多，牽涉面也較廣，針對模具存在的問題，需經過多次試模，再根據試模結果，逐一進行分析和改進。

影響模具質量的主要因素在于模具的設計和制造質量，模具的材料和熱處理對模具的質量也有一定的影響。

1.上模板；2.推桿；3.卸件圈；4.凸模；5.卸料板；

6.橡皮；7.下模板；8.打桿；9.推板；10.凸模夾板；

11.凹模；12.定位銷；13.凸凹模；14.凸凹模夾板

2.1 孔距超差的原因分析

孔距超差可以從模具的制造和設計方面找原因。制造方面：檢查凸模夾板上與凸模配合的孔位置度是否超差，檢查所裝配的沖孔凸模與凸模夾板端面是否垂直。設計方面：看凸模的強度是否足夠，在沖裁時有沒有受到保護。

經過實際測量凸模夾板上的相應孔和裝配后兩個凸模間距，其尺寸均滿足圖紙要求，同時也說明凸模與夾板垂直度是沒有問題的。這時我們注意到沖孔凸模的工作端過于細長，剛性不好，在工作時有可能發生變形，可能會引起孔距超差情況的發生。所以，必須對原凸模結構進行改進。

2.2 產品外形一側有毛刺、撕裂嚴重的原因分析

對于沖裁模，沖裁間隙是影響零件斷面質量的主要因素，間隙過大或過小都會產生毛刺，只是形式不同，模具間隙過小，沖裁斷面會出現二次光亮帶，在兩個光亮帶之間有撕裂帶，或者呈現斷續的小光斑。模具間隙過大，沖裁斷面光亮帶較窄，撕裂帶斜度較大，沖裁斷面毛刺也大。當模具間隙不均勻時，在間隙不合理處也將出現毛刺，斷面質量差。

沖裁搭邊值的大小也會影響沖裁零件的斷面質量，搭邊值過小，會使作用在凸模側表面上的法向應力沿切離周邊分布不均，不但降低沖裁件斷面質量還降低模具壽命，故必須使搭邊的最小寬度大于沖裁時塑性變形區寬度，否則，沖裁時搭邊可能變形或被拉斷，有時還會被拉入模具間隙中，使零件產生毛刺，甚至損壞模具刃口。

此零件只有一側有毛刺、撕裂嚴重，根據經驗，可以初步認定是間隙偏向一側造成的。但當打開模具檢查后發現，凸凹模與凹模兩側間隙均為0.4mm，是均勻的。這時我們注意到沖裁零件搭邊為2.5mm，可能是搭邊有點小，這就造成了產品總是在同一側出現有毛刺、撕裂嚴重的情況，應適當增大沖裁搭邊。

2.3 沖孔凸模壽命短

模具試模合格后，經常出現在干了二、三百件甚至是幾十件零件后，沖孔凸模斷裂。造成沖孔凸模壽命短的原因較多，有以下幾點：

沖裁間隙不合理，凸模本身結構有缺陷，模具結構局部不合理，這些都可以造成凸模提前失效。

圖1示零件料厚與孔徑比小于1.5，屬于小孔沖裁，沖壓工藝性不好。另外，從制造方面來說，模具受到加工誤差和裝配精度的限制，凸模不可能絕對垂直于凹模平面，間隙也不會絕對的分布均勻，綜合這兩點，在凸模比較細長時更容易斷裂

模具凸模材料一般選用T8、Cr12Mo，有時還會選用一些進口材料。熱處理方面，如果淬火硬度過高，凸模就較容易斷裂。如果淬火硬度過低，凸模強度和剛性差，易失穩變形和孔沖不透。通過試模結果顯示，更換不同材料和調整不同的淬火硬度，凸模壽命略有提高，但效果不明顯。

3 解決辦法

3.1 沖孔凸模結構的改變

為了增加凸模強度，提高凸模壽命和保證孔距30±0.08mm，對凸模結構進行了改進。如圖3、圖4示。圖3為設計圖紙上給出的標準凸模，下段是工作部分，中間為與夾板配壓合部分。圖4是（下轉第14頁）（上接第11頁）經過改進后的結構，中間增加了過渡段，工作部分盡可能短，以提高凸模強度和剛性。沖孔凸模的止扣臺也增加了厚度，防止凸模被拔出夾板。沖孔凸模止口臺的退刀槽也改為R1.5，防止熱處理應力集中，產生裂紋。

3.2 沖孔凸模間隙的調整

采用落料和沖孔不同的沖裁間隙，模具落料間隙0.75mm～0.8mm不變，增大沖孔的間隙，沖孔凹模、凸模間隙比落料間隙大了30%左右，即0.9mm～1.0mm。在保證斷面質量前提下，適當加大沖裁間隙可有效的降低沖裁力，可間接地提高凸模的壽命，因此模具壽命也會相應提高。

3.3 沖孔凸模與卸件圈的大間隙配合改成小間隙滑動配合

將卸件圈上與沖孔凸模配合的孔的尺寸進行改動，由0.06mm～0.08mm的間隙，改成了0.02mm的間隙。這樣可以對工作中的凸模起到限定和導向作用，保證正確的孔距。同時，間隙縮小后，對沖孔凸模起到保護作用，使得凸模不易折斷。

3.4 沖孔凸模與夾板由過盈配合改成間隙配合

由于凸模工作部分與卸件圈只有0.02mm的間隙，而凸模在工作中會產生變形，為了防止由于變形而產生的局部過定位而損壞凸模，故將凸模與凸模夾板配合部分由過盈配合改為0.02mm的間隙配合。改成間隙配合還有一個好處，就是裝配時，只需輕輕將凸模推入凸模夾板即可，防止過盈配合時，用力將凸模壓入夾板而造成凸模與夾板不垂直的情況發生。

3.5 卸件圈與凹模的配合改成小間隙滑動配合

卸件圈與凹模的配合間隙由0.06mm～0.08mm改為0.02mm，使卸件圈運動平穩，對凸模起有效保護作用。

3.6 改變沖裁搭邊尺寸

加大沖裁搭邊尺寸，即將搭邊由2.5mm改為4.5mm，解決了產品一側有毛刺、撕裂嚴重的問題。

4 總結

經過多次試模，多次改進，各種問題都得到了很好的解決，模具壽命由原來的兩百多件提高到兩萬多件，解決了生產急需。當其它沖壓零件出現類似問題時，我們也可以借鑒上述方法和措施。

對于小孔沖裁，料厚與孔徑比小于1.5時，沖壓工藝性不好，凸模容易斷裂，在設計時應注意以下幾個方面：

1）小孔沖裁，小孔凹模、凸模的間隙應比正常沖裁間隙大30℅左右。

2）凸模工作部份盡可能縮短，沖孔凸模強度應盡可能提高。

3）沖孔凸模與夾板由過盈配合改成滑動配合。

4）沖孔凸模與卸料板由大間隙改為小間隙，保護凸模。

5）凹模與卸件圈改成小間隙滑動配合。

6）沖孔凸模的材料選用和熱處理也應特別關注。

[責任編輯：田吉捷]