沖裁側向力改善途徑淺析

整車覆蓋件產品造型復雜，為滿足加工角度常需采用斜楔沖裁。不同于正向沖裁的側向力可通過對稱布置的刃口、防側導板等抵消，同一斜楔上的沖裁刃口絕大部分時候無法做到完全對稱。受廢料排放空間影響，斜楔沖裁的防側導板通常也只能抵消斜面沖裁及斜刃沖裁產生的側向力，切邊間隙產生的側向力還是會傳遞到斜楔滑塊機構。隨著生產數量的增加，經常導致斜楔導板、壓板的不均勻磨損，在生產過程中產生大毛刺，影響制件表面質量，嚴重時影響自動化取件。但手推斜楔滑塊檢查刃口靜態間隙時，卻經常發現切邊凸凹模間隙合理，刃口硬度正常，無明顯磨損及崩刃現象。本文結合沖裁過程中模具受力的維度進行分析，從沖裁側向力的產生原理上對切邊間隙導致的側向力進行分析，并提出針對性優化措施。

非標斜楔切邊過程中的側向力分析

典型非標斜楔側切邊的運動過程

以某車型翼子板側切邊模具為例，圖1為典型的側楔切邊機構剖視圖，工作時，斜楔驅動塊下行，通過驅動導板推動斜楔滑塊向前運動，斜楔滑塊底部的支撐導板，V形導板和斜楔壓板對斜楔滑塊的運動起約束和導向作用。斜楔回程氮氣缸壓縮。隨著斜楔滑塊的前行，斜楔壓料板開始側壓料，側切邊鑲塊完成切邊工作。之后斜楔滑塊在回程氮氣缸的作用下，回到初始位置。完成一個工作循環。

在斜楔驅動塊和斜楔滑塊接觸時，斜楔滑塊沿與接觸面垂直的方向受驅動力F

作用,同時斜楔滑塊向前運動時壓縮回程氮氣缸，斜楔滑塊受到回程力F

，當繼續前行至斜楔壓料板開始工作后，斜楔壓料氮氣缸開始壓縮，斜楔滑塊收到壓料氮氣缸的反作用力F

(圖2)。

圖2中F

和F

形成沿逆時針方向的旋轉力矩，該力矩主要靠斜楔壓板、支撐導板和V形導板來平衡。也是在切邊開始前造成上述部件不均勻磨損的主要原因。側壓料力F

開始作用后，對該旋轉力矩起到一定程度的平衡作用。

因此，避免回程氮氣缸壓力過大，增大斜楔驅動塊和斜楔滑塊的初始接觸面積，使斜楔驅動塊和斜楔滑塊的初始接觸位置盡量靠近F

作用線(減小旋轉力矩)，和選擇適度的斜楔壓料力F

(增大平衡力)，均有助于減小上述旋轉力矩，減輕斜楔壓板和導板的不均勻磨損程度。

開始切邊后的沖裁變形過程

板料沖裁的變形過程分為彈性變形階段、塑性變形階段、斷裂分離階段三個階段。在沖裁起始階段，板料剛與上模刃口接觸時產生彈性變形，受力狀態如圖3中O-C段曲線；當刃口對板料施加的力超過其屈服強度時，板料進入塑性變形階段，此時板料與上模刃口接觸邊緣產生塌角，受力狀態如圖3中C-D段曲線；刃口切入板料一定深度時，板料靠近刃口處出現裂紋，進入斷裂分離階段。至上下模刃口附近產生的裂紋貫通時，板料完全分離。此階段受力狀態如圖3中D-E段曲線。在曲線上的D位置，沖裁力達到最大值，此時板料受力狀態如圖4所示。

從表9的“假設方差相等”行讀取數值，t值是-0.9166，Sig.(雙側)是雙尾T檢驗的顯著性概率0.4112，大于0.05。可以得出結論：直道與彎道的裂縫率無顯著差異，這表明路面裂縫率應該與道路的曲直沒有必然的聯系。

沖裁過程中的受力分析及沖裁側向力計算

δ%：沖裁間隙占料厚的百分比。

一般在斜楔切邊中很難設置對稱的刃口來實現側向力自我平衡，同時為了保證廢料下落空間，通常也難以在刀背處設置平衡刃口，但可以通過以下途徑嘗試減小切邊側向力。

t：板料厚度/mm；

一般沖裁情況下，破裂角β的值一般在4°～11°，但由于汽車沖壓件的毛刺有嚴格的質量要求，對沖裁間隙控制比較嚴格，實際破裂角在一個更小的范圍區間內。

而采用波浪刃口切邊時，按大眾標準39V-961規定，沖裁力波浪刃口高度差取H=1.5t

由田間調查表（1）可見，處理前期發苗較慢，6月15日和29日調查較對照低0.49cm和2.2cm;而7月11日調查看較對照高出21.1cm，說明后期長勢強，說明與秸稈腐熟發揮肥效有關。另有通過對照與處理地上部植株干鮮重稱量來看，對照6月15日和29日測鮮重和干重分別高于處理，鮮重高 13.2g和17.75g，干重高 0.29g和1.79g；而到 7月11日測量處理的干重和鮮重均高于對照；干重高0.4g，鮮重高1.8g。

常見刃口斷面形式及沖裁受力矢量合成情況如圖5、圖6所示。

在圖3中受力曲線的D位置，即圖5中上模切入板料的深度達到h

(板料靠近刃口處開始出現裂紋)時，圖6中的正向沖裁力P以及刃口側向擠壓力F同時達到最大值。刃口受到的最大側向力為F與T的合力。

王淦緒先生在《沖裁中材料受力分析》一文中闡述了破裂角、剪切擠入正向深度h

/t與刃口間隙百分比z/2t的關系，見公式3。

t：板料厚度；

z/2：單邊料厚間隙；

τ

：最大剪切強度/MPa(對于常用汽車鋼板，一般可近似取τ

=0.8σ

)；

根據凸凹模受力平衡原理，王淦緒先生又推導出了最大側向力計算公式，見公式(4)。

其次，經濟發展水平能夠影響基本公共服務水平。經濟發展程度較高的城市，把主要資源投入經濟發展，其基本公共服務水平未必很高。然而，經濟發展水平較低的城市，其基本公共服務水平卻普遍較低。在中國當今的社會經濟發展體制下，經濟發展水平較低的地方，往往會首先把主要資源投入經濟發展，投入對經濟增長拉動較大的項目中，而對于與GDP關系不大的民生類項目的投入則缺乏應有的動力。反過來說，經濟發展水平較低的地區，財政收入也直接制約了各項基本公共服務財政支出的規模。

F：側向力；

P：沖裁力；

在沖裁過程中，刃口作用下的材料受力狀態較為復雜，由于沖裁間隙的存在，同時會產生正向沖裁力P，側向沖裁力F和板料拉伸力T。

非標斜楔切邊側向力減小及平衡方法

減小斜楔切邊側向力的方法

L：切邊長度/mm；

⑴減小沖裁力。

根據公式(4)～(5) ，切邊間隙一定時，切邊側向力的大小和沖裁力大小成正比。因此，減小沖裁力可減小刃口所受側向力。在工藝設計階段減小同一斜楔上的切邊長度和采用波浪刃口都是有效減小沖裁力的手段。

3)要判斷 12∶00至14∶00 建筑的遮擋情況，需計算3個時刻(即 12∶00 、 13∶00和14∶00)的日照情況，近似模擬該時間段內的陰影范圍，如果在這3個時刻都沒有遮擋，則建筑間距滿足日照要求。最后，通過分析陰影與建筑物的空間疊加關系，找出不符合日照標準的建筑物。

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關于刃口最大側向力的計算，相關文獻研究較少，且說法不統一。一些文獻中，規定了側向力取沖裁力的1/3的估算方法；劉仲穎先生在《切邊沖孔模設計標準》中提出了刃口間隙側向力取沖裁力乘以單邊沖裁間隙占料厚百分比的的工程算法；在公式3中代入0.7mm汽車鋼板常用沖裁間隙及h

正常值范圍后，再將β值代入公式4計算出的切邊側向力結果與劉仲穎先生提出的算法結果接近。而根據孫繼剛先生在《沖壓過程中的側向力及其平衡》文中的分析，側向力取沖裁力1/3更接近無壓料板的情況下沖裁側向力的算法。因此，在本文的研究中，采用劉仲穎先生提出的公式5的算法作為切邊刃口側向力的定量計算方法。

沖裁力本身與沖裁間隙無關，但同樣根據公式(5)，小的沖裁間隙可以減小側向力分量。但沖裁間隙過小會導致雙光亮帶等副作用，甚至影響刃口的使用壽命，因此，通過沖裁間隙可實際減小的側向力有限。

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⑵減小沖裁間隙。

⑶適當增加壓邊力，提升壓料功能區著色率，保證壓料板邊緣距離刃口間隙不要過大。

根據岳學虎等人在《沖裁過程中壓邊力對沖裁質量的影響》一文中有限元分析的結果，一定程度上增大壓邊力，能有效減小塌角，一定程度上增加光亮帶寬度，減小剪切角β的實際值，進而減小沖裁力在刃口側向力上的分量[公式(4)]；因此，提升壓料板在切邊壓料功能區著色率，保證壓料板與刃口間隙(即保證壓邊量)，有助于減少側切刃口所受側向力。但壓邊力并非越大越好，當切邊力大到一定程度時，板料在壓邊力作用下產生塑性流動，反而會增大塌角和剪切角。

平衡斜楔切邊側向力的方法

斜楔切邊側向力無法完全抵消，可考慮通過以下方式，在一定程度上平衡斜楔切邊的側向力，減少側向力對模具壽命和沖壓件質量的影響程度。

⑴加長斜楔滑塊底部支撐面的長度，在保證排廢料空間的前提下，使支撐點盡量靠近刃口所受側向力的作用線。從而減小斜楔滑塊所受切邊側向力的力矩(圖7)。

⑵通過適當增加側壓料氮氣缸的壓力，通過加大壓料力減小實際側向力的同時，一定程度上平衡斜楔滑塊受切邊側向力產生的力矩。

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⑶保證斜楔壓板和斜楔滑塊底面的平行度，以及斜楔壓板和斜楔滑塊的導滑間隙。

斜楔壓板是約束斜楔滑塊受側向力矩產生的主要部件，保證斜楔壓板、導板、V形導板與斜楔滑塊的間隙，可在很大程度上抵消切邊側向力產生的力矩，保證刃口動態間隙不會過分增大。根據陳華娟等人在《沖模斜楔機構的導向改進》一文中提到的試驗結果，燒結型導板的耐磨性要遠遠高于普通的石墨銅導板。在非標斜楔中采用燒結型導板，有助于減少斜楔壓板等部件的磨損程度，保證合理的導滑間隙及防側性能。

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⑷加大波浪刃口高度差，做成局部先切入的形式。并在先切入位置刀背做防側，通過此種方式抵消切邊側向力。

⑸當側切刃口附近有型面時，可增大刃口附近的側壓料面積，通過型面來抵消側向力。

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結束語

⑴通過分析斜楔在開始切邊前的運動過程和受力狀態，提出了在斜楔運動起始階段減少斜楔滑塊所受旋轉力矩，減輕斜楔導板和壓板不均勻磨損的方法和途徑。

⑵通過沖裁過程的受力分析，結合前人研究結論，對切邊側向力的計算方式進行了考證，找出更適合常用汽車外覆蓋件切邊側向力的計算方法。并據此分析了減小切邊側向力的方法。

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⑶結合斜楔滑塊在沖裁過程中受力情況，總結了平衡斜楔滑塊所受側向力矩的方法。