沖裁間隙的合理選擇、判別及對策

張煥云

【摘 要】國際模具協會專家認為：模具是金屬加工業的帝王。冷沖壓是一種生產效率較高、少或無切削的加工方法在各行各業中廣泛應用。沖裁模設計是否合理直接影響到沖壓件質量、生產效率及經濟效益。沖裁間隙的選擇是沖裁模設計的一個重要組成部分，是影響沖裁效果的重要因素，沖裁間隙的取值不同對沖裁件的質量、沖裁力和模具壽命等都有很大的影響。

一、沖裁過程

沖裁模一般是在室溫下使板料分離，而且受力集中于刃口附近。其正常失效形式為磨損。根據沖裁變形機理，沖裁過程分為三個變形階段，在“彈性變形—塑性變性—雙向裂紋的產生—雙向裂紋擴展、相迎、分離”的連續復雜的變形過程，除了剪切變形外，同還存在壓縮、拉伸、彎曲等多種變形和極大的摩擦力，使沖裁斷面有明顯的塌角、光面、毛面和毛刺四個部分。

二、沖裁間隙

在沖裁變形的斷裂分離階段，裂紋的產生、擴展是沿著最大剪切應力的方向進行的，而最大剪切應力的方向并不是平行的，而是偏離一個角度β。為了使凸、凹模處產生的裂紋“相迎”分離，凸、凹模之間必須存在一個間隙Z，這個間隙叫沖裁間隙。即：凸、凹模工作部分尺寸之差。沖裁間隙又分為：單邊間隙和雙邊間隙。

三、間隙值確定方法

確定凸、凹模合理間隙的方法是根據上下裂紋重合的原則進行計算。如圖所示為沖裁過程中開始產生裂紋的瞬時狀態，根據圖中的幾何關系可求的合理間隙Z為

沖裁產生裂紋的瞬時狀態

從公式中可以看到，合理的沖裁間隙主要取決于板料厚度t和相對壓入深度b/t。當板料厚度t增大時，間隙Z值也加大，而厚度減小時，間隙Z值也相應減小。而相對壓入深度b/t的大小與材料性質有關。對于塑性好的材料，光亮帶就大，則間隙小;對于硬性材料，間隙要求大。但在沖裁時，厚度t是隨板料變化的，故b/t也是隨厚度變化的。對于同一種材料，薄料時，間隙小。

可見，板料的厚度是決定間隙的重要因素之一，若設2（1-b/t）tanβ=m，則間隙（雙面）為：Z=mt。

系數m的數值，隨行業不同而有所差異，根據機械行業實際m值可按如下選擇：

紙、皮革、石棉、橡膠：m=0.01～0.02

硬紙板、橡膠板：m=0.02～0.03;

鋁、紫銅、純鐵：m=0.04～0.07

硬鋁、黃銅、08、10鋼及其他低碳鋼：m=0.05;

錫磷青銅、中碳鋼：m=0.06～0.09

硅鋼片、彈簧鋼、高碳鋼：m=0.07～0.10。

四、沖裁間隙值的合理性判別

當模具制造完成進行試模時，根據它的沖壓特征看，光亮帶約占板料厚度的1/3左右，毛刺和翹曲均較小時，間隙值較合理。從沖裁力判斷間隙值的合理性相對較困難，主要是沖壓過程中的沖裁力較難定量確定，但注意到與沖裁力成比例的卸料力、推料力和頂件力的判斷還是有可能的。若沖裁過程中，卸料、推料和頂料均較順暢時，則間隙較合理。若試模時即使未用卸料彈簧也能較輕松地取套在凸模上的板料（或沖入凹模中的板料能輕松地從漏料孔中落下），則間隙可能偏大了點。否則間隙偏小。當然當沖裁件的尺寸精度要求較高時，其合理的沖裁間隙只能由試驗確定。

五、沖裁間隙不合理的解決

5.1制造夠時凸、凹模的加工精度不夠

沖裁件斷面上的光亮帶寬度分布不均勻，且最大處與最小處不對稱，其主要原因是凸、凹模制造過程中就未保證間隙的均勻。這時，某些地方光亮帶較寬且毛刺薄而尖銳，可以判斷此處間隙偏小。而某些地方光亮帶較窄，塌角和斜角等較大且毛刺較厚，則可以判斷此處間隙偏大。制造時出現的間隙不均勻，其斷面上光亮帶的分布是無規律的，有時可能出現間隙偏大（或偏小）的跡象。制造時的間隙不均勻性主要是由于凸、凹模的加工精度不夠，加工工藝選擇不當所致。采用通用機床配以手工修銼成型加工時容易出現這種情況，但是，隨著高精度數控機床的大量使用，這種情況會逐漸減少。在試模時，若出現這種情況，首先判斷一下是否有可能重新裝配，若有可能的話，重新調整一下凸、凹模間隙的分配情況，將間隙偏大處的間隙調小一點，因為間隙偏大處的修復較困難。對于間隙偏小處，可用油石修磨（修磨凸模角容易，但需考慮沖裁件圖樣上的要求）調整間隙。

5.2裝配時凸、凹模間隙的均勻性

當凸、凹模制造時已較好地保證了沖裁間隙的均勻性，這時間隙的不均勻主要是由于模具裝配不當所致，其主要特征是間隙偏大處與間隙偏小處是對稱分布的。表現在沖裁件上是某處的光亮帶較寬，甚至出現第二光亮帶，且毛刺薄而尖銳。而對稱位置處的光亮帶又較窄，塌角和斜角較大，毛刺較厚。裝配時的間隙不均勻，主要是由于操作者的技術水平不高所致。

六、結束語

本人根據實際工作，對沖裁模中凸、凹模刃口間隙的選擇、合理性的判別及解決方法幾個方面進行了闡述。通過實踐證明，這些方法是合理、有效的，對延長模具壽命具有顯著的經濟效益。

（作者單位：河北省石家莊市6410工廠汽車改裝分廠）