4.3.1間隙對衝裁過程的影響
凸、凹模間隙的大小不僅是影響衝裁件質量的主要因素,而且還對衝裁力、推件力、卸料力以及模具壽命都有影響。
間隙合理時,衝裁變形過程近於純剪切,所需衝裁力最小。若間隙過小,則由於擠壓力增加,使衝裁力增大;同時由於製件的彈性恢複增大,使卸料力與推件力也增大。若間隙增大則可降低衝裁力。
此外,在衝裁過程中,凸模與凹模端部及側邊都承受著材料的反作用力(正壓力p1、p2與側壓力F1、F2),當間隙越小時,由側壓力所引起的材料與凸模側壁及凹模洞壁間的摩擦力(μF1與μF2)也越大,同時從凹模內推件及從凸模上卸料的摩擦力也越大,所以使凸、凹模刃口側壁的磨損增快,甚至因為凸、凹模側壁摩擦發熱嚴重,使材料粘接在上麵,這反過來更促使摩擦力增加,以致刃口很快磨損,模具壽命大大降低。當間隙過大時,因材料的彎曲拉伸增大,使凸、凹模端部刃口處的正壓力增大,凸、凹模端部刃口磨損增快,降低了模具壽命。
由此可見,凸、凹模間隙對衝裁件質量、衝裁力、模具壽命都有很大的影響。因此,設計模具時一定要選擇一個合理的間隙,以保證衝裁件的斷麵質量好、所需衝裁力小、模具壽命高。但是分別從質量、精度、衝裁力等方麵的要求各自確定的合理間隙並不是同一個數值,隻是彼此接近,同時考慮到模具製造中的偏差及使用中的磨損,故生產中通常是選擇一個適當的範圍作為合理間隙,隻要間隙在這個範圍內就可以衝出良好的零件。這個範圍的最小值稱最小合理間隙Zmin,最大值稱最大合理間隙Zmax。在最小合理間隙Zmin時,可以得到與板麵幾乎垂直的斷麵,而不產生顯著的毛刺;在最大合理間隙Zmax時,仍能得到滿意的斷麵質量,隻是不與板麵垂直。考慮到模具在使用過程中的磨損使間隙增大,故設計與製造新模具時要采用最小合理間隙值Zmin。
4.3.2間隙值的確定
確定合理間隙的方法有理論計算與經驗確定法兩種。
4.3.2.1理論確定法
理論確定法的主要依據是要保證裂紋重合,以便獲得良好的斷麵。所示為衝裁過程中開始產生裂紋的瞬時狀態,從圖中的三角形ABC可求得間隙Z。
從上式可看出,間隙Z與材料厚度、相對切入深度h0/t以及裂紋方向β有關,而h0又與材料性質有關,材料越硬,h0/t越小。因此從上式可看出,影響間隙值的主要因素是材料性質和厚度,材料越硬越厚,所需合理間隙值越大。為常用衝壓材料的h0/t與β的近似值。
4.3.2.2經驗確定法
(1)按厚度確定的間隙值
經驗確定法也是根據材料的性質與厚度,按下式確定凸、凹模的最小(雙向)間隙值。
軟材料:如08、10、黃銅、紫銅等,Z=(0.08~0.1)t;中硬材料:如Q235、Q255、20、25等,Z=(0.1~0.12)t;硬材料:如Q295、50等、Z=(0.12~0.14)t;其中薄料取下限。
過去我國一般采用的間隙值,從使用的經驗來看,其間隙值一般偏小。原因之一是這種間隙沒有根據生產特點分類選用;其二是隻以衝裁件精度作為主要依據,而沒有考慮斷麵質量及模具壽命等其他重要因素,所以在生產中存在不少問題。例如某廠過去按這種間隙值製造模具,經常得不到理想的零件斷麵質量,再試衝調都要修磨間隙。另外,工廠按這種間隙製造模具,衝出的製件斷麵質量也達不到驗收標準(標準要求製件毛刺小、斷麵均勻、無夾層及雙光亮帶),製件斷麵出現雙光亮帶,由於刃口擠壓使工件邊緣出現嚴重毛刺。同時在凸模與凹模側壁產生材料的黏結,增大了模具刃口的摩擦,使模具發熱嚴重,不但增大了衝裁力與卸件力,且加快了刃口的磨鈍,使修磨次數增加,降低了模具壽命。
我國總結了生產實踐中的經驗,經過科學試驗,製定了適合我國具體生產實際的間隙值。按這些間隙值加工出的模具基本上不要經過修磨就可以衝出合格產品,保證了製件斷麵質量,提高了模具壽命。從目前國內情況來看有兩種類型的間隙值:第一種是對於切斷麵質量要求較高,而對衝裁件精度要求一般,且允許側麵有較大錐度,因此在確定合理間隙值時把較好的衝裁件斷麵質量作為主要依據,而采用大間隙;第二種是對衝裁件精度要求較高,材料較薄,切斷麵要求垂直,因此在確定合理間隙時,把較高的衝裁件尺寸精度和垂直的切斷麵作為主要依據,而采用較小間隙值。
(2)直接查表確定間隙值
1)常用材料間隙值
①電器儀表行業。
②汽車拖拉機行業。
③機電行業。
2)非金屬材料。
3)耐熱不鏽鋼。