紫銅薄板沖裁模的制作探討

龍健輝

摘要：無間隙沖裁模即刀口的單面間隙小于0.02毫米的沖裁模具。它的沖裁范圍通常為薄鉛板、鋁板、紫銅板等軟性金屬材料或綢、布、紙、皮草等非金屬材料。文章根據紫銅薄板沖裁加工中的工藝特性，設計制作了適用于沖裁軟性材料的模具，解決了紫銅薄板沖裁件的質量問題，并且縮短了產品的制造周期。

關鍵詞：紫銅薄板；沖裁模具；模具制作；沖裁加工；沖裁軟性材料 文獻標識碼：A

中圖分類號：TG146 文章編號：1009-2374（2016）36-0090-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.36.045

1 提出問題

通常加工沖裁≤0.5mm的紫銅板類薄件時，采用一般沖裁模具的設計要求設計凹凸模時，會出現沖裁間隙過大、難以沖斷的現象。另外，即使能沖斷，但很多時候工件會黏附在凸模上，不能脫模。

2 分析問題

軟性材料，其硬度較低、韌性較高。硬度較低的材料沖裁時，其表面容易起皺或損壞。韌性較高的材料沖裁時不易沖斷。如圖1中的紫銅薄板沖裁件同時具備了以上兩種特點。因而采用常規模具的常規加工工藝去沖裁薄紫銅板，產品質量肯定難以保證。

一般情況下，沖裁軟性材料，刀口（凸模）必須鋒利。要保證刀口鋒利，除了選用合適的模具材料，與之相配合的凹模間隙大小，也是影響刀口鋒利程度的一個非常關鍵的因素。凹凸模的間隙太大，產品容易起皺，并且不容易沖斷。間隙太小，保證了刀口的鋒利，但沖裁后產生的一些廢屑容易積聚在凹模內，有可能卡死凸模，影響產品加工精度。

3 解決問題

根據以上分析，必須根據具體問題找出相應的解決辦法。為此筆者查閱了相關資料，請教了有此類產品模具制作的同行，確定了解決問題的辦法。針對紫銅薄件工件的工藝特性。首先要選用有一定硬度，能保證熱處理后較鋒利的材料制作刀口（凸模），經反復比較，決定凸模（圖2）加工紫銅板部位選用65Mn這種鋼材，具有較高的硬度（調定后可達45～50HRC，淬火后可達到62HRC以上）；其次是縮小沖裁模凹凸模間的間隙，要求≤0.05mm。為防止沖裁后工件表面產生起皺現象甚至造成工件損壞，頂出機構選用推板將產品整體頂出，推板彈出采用聚氨酯橡膠，沖裁時，在沖裁力的作用下，聚氨酯橡膠被壓縮；凸模向上時，橡膠反作用將推板頂出，從而產品推出。

模具結構根據紫銅薄板硬度低、沖斷力小的特性，模柄與凸模連接部位，采用活動聯接，減少沖裁作用力，如圖3所示是模具裝配圖。

4 模具的加工與裝配

本模具的加工關鍵在于沖孔口（外圓和沖針的加工精度）根據零件的幾何形狀，設計為復合沖裁模，沖孔部分全部為圓形，用車床加工完成。

4.1 凸模加工

凸模加工如圖2所示，經車鉆（鉸）孔后，外圓及兩端留磨余量0.5mm，磨至圖紙尺寸，8個安裝頂針的小孔拋光，保證其加工精度和表面粗糙度。

4.2 凹模加工

凹模加工如圖3所示，同樣有8個小孔，這8個小孔的加工精度是保證沖裁時能與凸模配合精度的關鍵，為保證其加工精度及與凸模的配合，粗車加工后，8個小孔與凸模配鉆后鉸孔，磨削外圓至圖紙尺寸（8個小孔拋光）保證其加工精度和表面粗糙度。

加工工藝的關鍵是保證凹、凸模8個小孔的位置精度和配合時，外圓刀口配合精度，上述二者的位置精度必須保持一致。

4.3 模具的安裝與調試

按沖模裝配圖（如圖4所示）各部分位置裝配關系依次組裝。模具組裝完畢后，用手動試驗各部分檢查配合精度，模具配合部分是否活動暢順，如有阻滯，進行休整。

模具初次調試：模具修整完畢后，把模具裝上沖床，用人工手動調整，進行試沖，檢查是否滿足零件的加工要求。試沖應在調質前進行，用0.5mm厚的硬紙板進行多件試沖，以檢查模具的加工精度和配合精度，檢查沖裁成型的產品是否滿足符合圖紙技術要求。

試沖過程中，若發現問題，應根據不同情況進行修（調）整。試沖裁產品合格后，將凹凸模調質處理、拋光，再組裝到沖床上。模具再次安裝后，再調試，首先調整凹模凸模的配合精度；其次是調整凸模進入凹模腔的深度，深度最好不超過1mm，能將紫銅板沖斷即可。檢查、調整頂出器活動情況，聚氨酯橡膠彈性及推板行程是否能可靠的頂出產品。

經上述工序后，模具經調試生產，切口平整，無折皺、劃傷等影響外觀的缺陷。但出現新的問題，產品連續多次沖裁后，有時出現工件黏附在凸模上，不能自動頂出，致使有些工件不能沖斷的現象。

經多次反復試沖檢查，發現由于產品黏附在凸模上，致使刀口部分不鋒利。同時，多件產品黏附在凸模上不能頂出，造成已沖的產品與紫銅板間的間距太大，有個別沖裁件沖壞，用小刀把黏附在凸模的產品拿下來，重新試沖，又能沖裁出合格產品。多次重試，結果一樣。

是什么原因導致產品部不能自動脫落，難道頂出機構設計和制作存在間隙？換用0.5mm冷軋薄板試沖，頂出機構工作正常，沖件每件都能自動彈出脫落。經過仔細對比分析，我意識到，可能跟材料的硬度有關。再換用0.5mm純鋁薄板，結果與紫銅薄板一樣，還是不能自動脫模。

為什么沖裁硬度較高的材料，能自動彈出脫落，而沖裁軟材料時會出現工件黏附凸模的現象。純鋁與紫銅一樣，都是硬度不高的金屬材料。不能脫落的工件毫無例外都緊緊黏附在凸模上，需用薄小刀片輔助，才能切出。

查閱資料后得知，沖裁軟材料時，凸模向下沖裁時，因材料較軟，會排去材料中間的空氣，使凸模與材料之間形成真空狀態，致使沖裁后的工件緊緊黏附在凸模上不能自行脫落。

找到了產生問題的原因，就要采取相應的措施解決。

要解決紫銅薄板工件黏附凸模的問題，必須消除沖裁后工件與凸模的真空狀態，凸模與工件之間的真空產生是在沖裁過程中，由于凸模向下運動的作用沖向較軟的紫銅薄板，二者接觸后，排走了二者之間的空氣。只要采取一定的措施，使兩者之間保持一定的壓力或常壓狀態就能消除真空。經仔細觀察，其實工件是黏附在推板上。針對這一現象，在推板上均勻鉆6個Φ2的小孔，使排出的空氣進入孔中，真空就不能產生。

經改裝試沖后，黏附現象大大改善，由于Φ2孔太小，真空狀態不能完全消除。

為徹底消除黏附現象，決定對推板進行改造，采用梅花型推板作為頂出器（如圖5所示）梅花形頂出器，中間有幾條梅花型的槽。沖裁時，排出的空氣大部分進入槽內，消除了真空現象，沖好的工件順利彈出脫模。

經過一系列的改進措施，紫銅薄板工件沖裁加工的產品完全符合圖紙技術要求，投入大批量生產。

5 結語

通過紫銅薄板工件沖裁模具的制作，使筆者從中學到了不少知識、增長了見識、開闊了視野，CAD和PRO/E操作水平比以前有了很大提高，同時較全面地掌握了Word的編輯功能，也積累了相應模具制造的經驗。完成過程中遇到許多的問題，在眾多師友的幫助下得以解決，使筆者加深了對知識的理解，同時也避免了在解決問題過程中走彎路。

參考文獻

[1] 李云程.模具制造工藝學[M].北京：機械工業出版 社，2001.

[2] 郝濱海.沖壓模具簡明設計手冊[M].北京：化學工 業出版社，2005.

（責任編輯：蔣建華）