冲压设计-冲裁间隙

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1、冲压设计-冲裁间隙在冲裁过程中，材料 受到弯矩的作用，工件产生穹弯， 而不平整 。由 于冲裁变形 的特点， 在冲裁断面 上具有明 显的4个特征区（图23），即“ a 一塌角、b 一光亮带、 c 一断裂带和d 一毛刺。冲裁件的4个特征区在整个断面 上所占比例的大小并非一成不变， 而是随着材料的力学 性能冲裁问隙、 刃口状态等条件的不同而变化的。冲裁问隙的大小对冲裁件质量、模具寿命、计中的一 个重 要的 工艺 参数 。冲裁间隙系指冲裁模的凸模与凹模刃口之间的间隙， 单面间隙用c表示.双面间隙隙用z表示（图27）。材料凹模凸模一、间隙的影响图 2-7 冲 裁 间 隙 示 意 图1 对 冲裁 质量 的

2、影 响冲裁什的 质量 主要是指断 面质量、尺寸精度和 弯曲 度（1）对断面质量 的影响冲裁断面 应平 直、光洁 、圆角小；光亮带应八有一定的比例，毛刺较小，冲裁件表面 应尽可能 平整 ，尺寸应在 图样规定 的公差范围 之内。影 响冲 裁件 质量 的因素有： 凸、凹模 间隙值大小 及其分布 的均匀性 ，模 具刃口锋利 状态，模 具结构与制 造精度、 材料性能等。其中。间隙值大小与分布的均匀程度是主 要因 素。冲裁时， 间隙合适， 可使上下裂纹与最大切应力方向 重合，此时产生的冲裁断面比较平直、光洁、毛刺较小 制件的断面质量较好（图 28b） 。间隙过小或过大将导致 上、下裂纹不重合。间隙过小时，

3、 上、下裂纹中间部分 被第二次 剪切 ，在断面上 产生撕裂 面， 坪形成 第二个光 亮带（图2一8a），在端面出现挤长毛刺。间隙过大.板料 所受弯曲与拉伸均变大， 断面容易撕裂， 使光亮带所占 比例减小.产生较大塌角，粗糙的断裂带斜度增大，毛 刺大而厚，难于除去.使冲裁断面质量下降（图 2 8c） 。图 2-8间 隙对工 件断面质 量的 影响a) 间 隙 过 小b) 间 隙 合 适 c) 间 隙 过 大1断面带 2光 亮 带 3圆角带(2) 对 尺寸 精度 的影 响 冲裁 件的 尺寸 精度 是指 冲裁 件实际尺 寸与 基本尺寸的 差值，差 值越小，精 度越高。 该差值包 括两 方面的偏差 ，一

4、是冲 裁件相对于 凸模或凹 模尺寸之 偏差 ，二是模具 本身的制 造偏差。冲裁件对 于凸 模或凹模尺 寸的偏差 。主要是由 于冲裁 过程中， 材料 受到拉伸、 挤压、弯 曲等作用而 引起的变 形，在工 件脱 模后产生的 弹性恢复 造成的。偏 差值可能 是正的， 也可 能是负的。 影响这一 偏差值的因 素主要是 凸、凹模 间隙 。当间隙值较大时，材料受拉伸作用增大，冲裁 完毕后 因材料的 弹性 恢复，冲件 尺寸向实 体方向收缩 ，使落料件尺 寸小于凹 模尺寸，而冲孔 件的孔径 则大于 凸模 尺寸； 当间隙较 小时 ，材料的弹 性恢复使 落料件尺寸 增大，而 冲孔件的 孔径 则变小。冲 裁件的尺

5、寸变化量的 大小还与 材料 性能 、厚 度、 轧 制方 向、 冲件 形状 等 因素 有关 。模 具制造精 度及 模具刃口状 态也会影 响冲裁件质 量。(3) 对弯曲的影 响 冲裁过程中 由于 材料受到 弯矩 作用而产 生弯 曲，若变形 达到弹性 弯曲冲裁 件脱模后 即使回弹 工 件仍残留有 一定弯曲 度。这种弯 曲程度随 凸、凹模 间隙 的大小、材 料性能及 材料支撑方 法而异。 图 29为 1.6mm 厚的钢板上冲制 20mm 的冲件的实验所 求得的凸 、凹 模刃口双面 间隙 与冲 件曲 率半径 的关系。1200固定支持冲件600200自山支持Xx -0481216 20间隙(%)图 2 9

6、 间隙与 冲裁 曲率 半径 的 关系2对模具 寿命 的影响冲裁模具的 寿命 是以冲出 合格制品 的冲裁次数 来衡 量的，可 再分 为两次刃磨 间的寿命 与全磨损后 总的寿 命。在冲裁过 程中，模具刃 口处所受 的压 力非常大使 模具刃口和板 材的接触面 之间出现 局部 附着现 象，产生 附着 磨损，其磨 损量 与接 触压 力相 对滑 动距 离成 正比， 与材料屈 服强 度成反比。 它被认为 是模具磨损 的主要形 式。当间隙减 小时，接触压 力（垂直 力、侧压力、摩擦 力）会增大，摩擦 距离增长，摩擦发热严重，导 致模具磨 损加剧（图 2 10） ，使模具与材料 之间产生粘 结现象还 会引起刃口

7、的压缩疲劳破坏，使之崩刃。间隙 过大时板 料弯曲拉 伸相 对增加，使模具刃口 端面 上的正 压力增大， 容易产生 崩刃 或产生塑性 变形，使 磨损加剧。 可见间隙 过小与过 大都 会导致模具 寿命降低 。因此，间 隙合适或 适当增大 模具 问隙，可使凸、 凹模侧面 与材料间摩 擦减 小，并 减缓间隙 不均 匀的不利 因素，从而 提高模具 寿命。从图 210 可看出 ，凹模 端面磨损 比凸 模大， 这是 因为凹模 端面 上材料的滑 动比较自 由，而凸模 下面的材 料沿板面 方向 滑动受到限 制的原因 。而凸模侧 面的磨损 最大，是 因为 凸模侧面受 到卸料作 用的长距离 摩擦，加 剧了侧壁 的磨

8、 损。若采用 较大间隙 ，可使孔径 在冲裁后 的回弹增 大， 减小卸料时 与凸模侧 面的摩擦。 从而减小 凸模侧面 的磨 损。200盯60120 瘵 趣8040N凹模面磨损Cm说凸模面磨损I凸模侧面磨损I10.51板 厚 t/mm图 2-10 间隙 与磨损的关 系模具刃口磨 损， 导致刃口 的钝化和 间隙增加， 使制 件尺寸精度降低冲裁能量增大，断面粗糙，毛 刺增大 为了提高 模具 寿命一般 需采用较 大间隙若 制件要求 精度不高 时 采用合理大 间隙，模 具寿命可以 提高。若 采用小间 隙， 就必须提高 模具硬度 与制造精度 ，对冲模 刃口进行 充分 润滑，以减 少磨损。3对冲 裁力的影 响

9、一般认为。增大间隙 可以 降低冲裁 力，而小间 隙则 使冲裁力 增大 。当间隙合 理时，上 下裂纹重合 ，最大剪 切力较小 。而 小间隙时， 材料所受 力矩和拉应 力减小， 压应力增 大， 材料不易产 生撕裂 上下裂纹不 重合又产 生二次剪 切， 使冲裁力、 冲裁功有 所增大；增 大间隙时 材料所受 力矩 与拉应力增 大，材料 易于剪裂分 离，故最大冲裁力 有所 减小，如对 冲裁件质 量要求不高 ，为降低 冲裁力、 减少 模具磨损， 倾向于取 偏大的冲裁 间隙。二、间隙的确定由以上分 析可 见，冲裁间 隙对冲裁 件质量、冲 裁力、 模具寿命 等都 有很大的影 响，设计 模具时应选 用合理间 隙

10、值。但 分别 符合这些要求的合理 间隙值并不 相同，只 是彼此接 近。 生产中通常 是选择一 个适当的范 围作为合理间隙。这个范围的最小值称为最小合理间隙(Z min )，最 大值 称最 大合 理间 隙( zmax) 。考虑到生 产过程中的 磨损使 间隙 变大 ，故 设计与制造 模具时， 通常采用最 小合 理间 隙Zmin值。确定合理间隙值有两种方法：1理 论确 定法理论确定 法的 主要依据是 保证裂纹 重合 ， 以获 得良好 的冲裁断 面。 图 21l 是冲裁过程 中开 始产生裂 纹的 瞬 时状 态。图 2 11 合理冲裁 间隙 的确定由图 中几何关 系可得出 计算 合理间隙的 公式 ：Z

11、= 2(-h)TgB = It(1 - h / T)TgB00(2-1)式中t 一板料厚度(mm)；h0 /t 产生裂纹时凸模相对压入深度(mm)；卩一裂纹与垂线间的夹角。由上述可知，间隙 z 与板 材厚 度、相对压入深 度 h0/t裂纹方向角卩有关。而h0、卩又与材料性质有关，表21为常用材料的ho/1与的近似值。由表可知，影响间隙值的主要 因素是板 材力学性能 及其厚度 ，板料越厚 、越硬或塑性越筹，h0/1值越小，合理间隙值越大。材料越 软.h0/1值越大.合理间隙值越小。表2-1ho/1与0的值（ 单位： mm）% z/o1xVt22=t 44t5 07 70 57 65 56 5硬中

12、钢5 06 60 56 55 85 4004 75 47 54 44 835253o4因为计算 法在 生产中使用 不方便， 故目前普遍 使用查 表选 取法 。2查表选 取法综上所述，间隙的选取主要与材料的种类、厚度有关， 由于多种 冲压 件对其断面 质量和尺 寸精度的要 求不同， 以及生产 条件 的差异，在 实际生产 中很难有一 种统一的 间隙数值而应区别情况、分别对待， 在保证冲裁件断 面质量和 尺寸 精度的前提 下， 使模 具寿命最高 。国内工 厂常用的间隙值见表22、表23、表24。表22 表 24 给出了 汽车、拖拉 机、电 器仪表和机电行 业推 荐 的几种间 隙值。表2-2冲裁模初始

13、双面间隙Z（Z二2c）（单位:mm）材料厚度08s 10s 09Mn.Q235As B316Mn40,5065MnEjninzhwkEjninmhi小于d极小间隙0.50.040.0600.0400.0600.0400.0600.0400.60.0-40.0720.0480.0720.040.0720.0430.70.0640.0920.0640.0920.0640.0920.0640.80.0720.1040.0720.1040.0720.1040.0640.90.0900.1260.0900.1260.0900.1260.0901.00.1000.1400.1000.1400.1000.1

14、400.0901.20.1260.1S00.1320.1800.1320.1801.50.1320.2400.1700.2400.1700.2301.750.2200.3200.2200.3200.2200.3202.00.2%0.3600.2600.3800.2600.3802.10.2600.3S00.2800.4000.2800.4002.50.3600.5000.3800.5400.3800.5402.75d.m0.5600.4200.600.4200.6003.00.00.6400.-4800.6600.4800.6603.50.5-400.7400.800.7800.5800.78

15、04.00.640O.SSO0.6800.9200.6800.9204.50.7201.0000.6800.9600.7801.0405.50.9-401.2S00.7801.1000.9801.3206.01.0S01.440O.S401.2001.1401.5006.50.9401.3008.01.2001.680注：1. 冲 裁皮 革、 石棉 和 纸板时，间隙取 08 钢 的 25 2. “c ”为单面间隙表 2-3 冲裁 模初 始双 面间隙 z（z 二 2c）材料厚度软铝紫铜.黄铜、软钢(wc 0.0S0. 2%)杜拉铝、中等硬钢wc 0.30.4%)硬钢(wcO.50. 6%)Emi

16、nEmit0.20.0080.0120.0100.0140.0120.0160.0140.0180.30.0120.0180.0150.0210.0180.0240.0210.0270.40.0160.0240.0200.0280.0240.0320.0280.0360.50.0200.0300.0250.0350.0300.0-400.0350.0150.60.0240.0360.0300.0420.0360.00.0420.0540.70.0280.0420.0350.0490.0420.0560.0490.0630.90.0320.0-430.0400.0560.04S0.0640.05

17、60.0721.00.030.0540.0450.0630.0540.0720.0630.0810.0400.0600.0500.0700.0600.0800.0700.0901.20.0600.0840.0720.0960.0840.1080.0960.1201.50.0750.1050.0900.1200.1050.1350.1200.1501.80.0900.1260.10S0.1440.1260.1620.1440.1802.00.1000.1100.1200.1600.1100.1800.1600.2002.20.1320.1760.1540.1980.1760.2200.1980.

18、2422.50.1500.2000.1750.2250.2000.2500.2250.2752.80.1680.2240.1960.2520.2240.2800.2520.3083.00.1800.240.2100.2700.240.3000.2700.3303.50.2450.3150.2S00.3500.3150.3850.3500.4204.00.2800.3600.3200.4000.3600.4400.4000.4S04.50.3150.-4050.3600.4500.4050.4950.4500.5-405.00.3500.4500.4000.5000.4500.5500.500o

19、.eoo6.00.4800.6000.5400.6600.6000.7200.6600.7807.00.5600.7000.6300.7700.7000.8400.7700.910S.00.7200.8800.8000.9600.8801.0-400.9601.1209.00.8100.9900.9901.0800.9901.1701.0801.26010.00.9001.0001.1001.2001.1001.3001.2001.100注：1.初始间隙的最小值相当于间隙的公称函数值。2. 初 始间 隙的最大值是考虑 到凸 模和 凹 模的 制造 公差 所 增加的数值。3. 在使用过程中，由于模

20、具工作部分的磨损，间隙将有所 增加 ，因 而间隙的 使用 最 大数 值要 超过 列表 值。4. “c ”为单面间隙。表 2-4 冲裁模刃 口双面间隙 z(z 2c)合金丁8、45lCrl8Ni9Q215、Q235、35CrMoQSnP10-l.D41.D4408F30.15H62、T1、T2、T31060Zmin2mmZminmin0. 350. 030. 050. 020/050. 010. 030. 50. 040. 080. 030. 070. 020. 043. 020.80. 090. 120. 060. 100. 040. 070. 0221. 00. 110. 150. 080.

21、 120. 050. 080. 041. 20. 110. 180. 100. 110. 070. 100. 051.50. 190. 230. 130. 170. 080. 120. 061.80. 230. 270. 170. 220. 120. 160. 072.00. 280. 320. 20 0. 240. 130. 180. 082.50. 370. 430. 250. 310. 160. 220. 113. 00. 430. 540. 330. 390. 210. 270. 143.50. 580. 650. 420. 490. 250. 330. 134. 00. 680. 7

22、60. 520. 600. 320. 100. 214.50. 790. 880. 640. 720. 380. 460. 365.00. 901. 00. 750.850. 450. 55(0. 306.01. 161. 260. 971. 070. 600. 700. 40& 01. 751. 871. 461. 580. 850. 970. 60102. 412. 562. 012. 161. 141. 260. 80表 2-5 是原机械工业部的冲裁间隙指导 性年纪书 文件( JB/Z271 1986)推荐的间隙值。该 文件将间隙分 成三类。其中第一类适 用于对断面质量与冲裁件精度 均

23、要求高的工件，但模具寿命较低。第二类适用于断面质 量，冲裁件精度要求一般，及需继续变形的工件。第三 类适用于断面质量、冲裁精度均要求不高的工件，但模 具寿命较长。表 2-5 冲模单面间隙比值 c/t （单位 ）材料III低碳钢08F、10F、10、20、Q235、Q2153. 07. 07. 010. 010. 012.中碳钢45、4Crl3不锈钢 2rl8Ni9Ti膨胀合金（可代合金）4J293. 5&08. 011. 011. 015.高碳钢T8A.T10A.65Mn8. 012. 012. 015. 015. 018.纯铝 1060a050Aa035铝合金（软态）3A21黄铜（软态）H6

24、2纯铜（软态）T1、T2、T32. 04. 04. 56. 06. 59. C铅黄铜、黄铜（硬态）纯铜（硬态）3. 05. 05. 5 8. 08. 511.铝合金（便态J2A12锡磷青铜、铝青铜皱青铜3. 56. 07. 010. 011. 013.镁合金1. 5 2. 5注 ： 1. 本 表 适 用 于厚 度 为 10mm 以 下 的金属 材 料 。考虑 到料 厚 对 间 隙 比值的影响，将料厚分为0.11.0mm ； 1.23.0mm ,3.56mm ； 7.010mm 四当，当料厚为0.11.0mm时，各类间隙比值取下限值。并以次为基数, 随着料厚的增加，再逐挡递增（0.51.0）%t （有色金属和低碳钢取小 值， 中碳钢和高碳钢取大值。 ）2. 凸、凹模的制造偏差和磨损均使间隙变大，故新模具应取最 小间隙值。3. 其它金属材料的间隙比值可参照表中抗剪切强度相近的材 料选取。4. 非金属材料：红纸板、胶、胶布板的间隙比值分二类；相当 于表中I类时，取（0.52） %t ；相当于II类时，取（ 24） %t。纸、 皮革、云母纸的间隙比值取（0.25 0.75 ） %t。