剪開彎曲缺陷的分析及控制

于位靈，王 浩，黃鑫山，李 亞

（上海工程技術大學高等職業技術學院 上海市高級技工學校，上海200437）

1 引言

在實際生產中，有些需要先剪開再彎曲的制件，其垂直于剪開線方向的尺寸就會大于原始尺寸很多，尤其是剪開部分寬度比較窄時，從而導致因尺寸的超差而得到不合格制件。本文旨在研究造成該尺寸變化的成因理論，通過設計一系列實驗進行驗證，并尋求控制此尺寸的有效措施，達到解決此類生產缺陷的目的。

2 缺陷成因理論分析

在剪開板料時，剪開處形成了兩個斷面，如圖1所示。分析沖裁變形過程，落料時，落料件輪廓尺寸取決于凹模刃口尺寸；沖孔時，孔輪廓尺寸取決于凸模刃口尺寸。圖1所示剪開面Ⅱ為沖孔性質，由凸模產生，故與剪開凸模刃口共面；而剪開面Ⅲ為落料性質，由凹模產生，故與剪開凹模共面[1～3]。

圖1 剪開件中的剪開面

在普通沖裁時，凸模與凹模之間存在一定的沖裁間隙。那么剪開面Ⅱ與面Ⅰ之間的距離和剪開面Ⅲ與面Ⅰ之間距離不是等值，也就是剪開面Ⅲ投影在剪開面Ⅱ上相互交錯重疊，重疊值理論上分析為單邊沖裁間隙。故在剪開后，剪開面Ⅲ不可能再回到與剪開面Ⅱ重合的位置，而是向外側有所偏離，這是因為沖裁變形時凸模和凹模對板料存在側壓力。由于不是切斷，所以剪開根部限制了剪開面Ⅲ的偏離，從而出現了以一定角度向外偏移[4～5]。

剪開后的彎曲工序，如圖2所示。由于彎曲的變形區在剪開根部部位，部分剪開材料需要返回原處，剪開面Ⅰ和剪開面Ⅱ交錯重疊部分相互擠壓，所以彎曲后的制件雙腳外移。沖裁間隙值的大小對移動的量起到了決定作用，沖裁間隙越小，偏移量越小。如果做到沖裁間隙為零值，那么偏移量理論上應該近乎為零。

圖2 彎曲件中的剪開面

3 實驗驗證

3.1 設計實驗制件

為了保證沖裁時材料偏移對實驗結果的影響，故把實驗制件設計成軸對稱形，并且考慮實驗制件的可靠定位，實驗制件毛坯如圖3所示，材料為Q235，料厚為1.5mm，剪開彎曲后如圖4所示。確定剪開凸模刃口斜度為20°，通過計算彎曲件毛坯中性層展開尺寸[6～7]，那么毛坯剪開后尺寸如圖5所示。

圖3 毛坯

圖4 彎曲件

圖5 剪開件

3.2 模具設計及制造

考慮到節約成本，本實驗毛坯采用線切割備料，而不再開落料模，只需設計一副剪開模和一副彎曲模。按照模具圖紙要求進行加工、裝配和試模[8～12]。

3.3 實驗過程

（1）實驗準備。

a.準備好記號筆。

b.準備好至少50個毛坯割片，進行編號。

c.所有割片進行L1-0和L2-0兩個尺寸（見圖6）的測量，尺寸數值記錄下來。

圖6 毛坯待測尺寸

d.剪開模和彎曲模各一副。

e.游標卡尺，百分表等。

（2）剪開實驗。

分別在兩臺壓力機上分別安裝好剪開模和彎曲模，剪開、彎曲同時試沖，以確定剪開段長度，然后按照實驗要求進行剪開和彎曲實驗。剪開件待測尺寸如圖7所示。

圖7 剪開件待測尺寸

測量圖7中所示尺寸，并記錄。注意比較L1-1和L1-0，L2-1也可測量一下，記錄數據并填入表1中。

表1 小沖裁間隙 mm

（3）彎曲實驗。

彎曲后測量L1-2、L3-2（見圖8），并記錄。

圖8 彎曲件待測尺寸

（4）大沖裁間隙實驗。

增大沖裁間隙，重復上述過程，記錄數據并填入表2中。

表2 大沖裁間隙 mm

3.4 實驗結果分析

從實驗數據看，剪開后根部確有變大，越接近剪開頭部，變大越多；待彎曲后，由于剪開部分強行擠回，使得頭部分開更多；間隙越大，尺寸變大越多。

4 措施研究

根據研究結果，現提出兩種剪開、彎曲制件缺陷解決措施，以供生產實際借鑒。

一是在剪開工序時，應當減小凸、凹模之間的間隙值。

二是在確定剪開、彎曲毛坯相關尺寸刃口尺寸時，應取在制件尺寸公差的最小值。這樣經過剪開、彎曲后的制件相關尺寸雖然略有變大，但是尺寸在制件公差要求的范圍內。

以上兩種解決措施同時使用，可以達到最佳的效果。