第二节 冲裁间隙

在冲裁过程中，材料受到弯曲的作用，工件产生穹弯而不平整。由于冲裁变形的特点，在冲裁端面具有明显的4个特征区（图1-3），即a（塌角）、b（光亮带）、c（断裂带）和d（毛刺）。

冲裁件的4个特征区在整个端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、冲裁间隙、刃口状态等条件不同而变化的。

冲裁间隙的大小对冲裁质量、模具寿命、冲裁的影响很大，它是冲裁工艺与模具设计的一个重要工艺参数。

冲裁间隙系指冲裁的凸模与凹模之间的间隙，单面间隙用c表示，双面间隙用z表示（图1-7）。

一、间隙的影响

1.对冲裁质量的影响

冲裁件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、光圆角小；光亮带应占有一定的比例，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、凹模具间隙值及其分布的均匀性，以及精度、材料性能等，其中，间隙值与分布的均匀程度是主要因素。

冲裁时，间隙适合，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、毛刺比较小，制件的断面质量比较好（图1-8）。间隙过大或过小将导致上、下裂纹中间不重合。间隙过小时，上下裂纹中间部分被第二次剪切，在断面上产生撕裂面，断面2撕裂，使光亮带在断面出现挤长毛刺。间隙过大，料板所受弯曲与拉申均变大，断面容易撕裂，使光亮带所占比例减小，产生较大塌角，粗糙度断裂带斜度增大，毛刺大而厚，难以除去，使冲裁断面质量下降。

（2）对尺寸精度的影响

冲裁的尺寸精度是指冲裁件实际尺寸的差值，差值越小，精度越高。该差值包括两个方面的偏差，一方面是冲裁件相对凸模或凹模尺寸的偏差，另一方面是模具本身的制造偏差。

冲裁件相对于凸模或凹模尺寸的偏差，主要是由于冲裁过程中，材料受到拉深、挤压、弯曲等作用而引起的变形，在工件脱落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。

当间隙较大时，材料受拉深作用增大，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，而冲孔件的孔径变小。冲裁件的尺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）对弯曲度的影响

冲裁过程中由于材料受到弯矩作用产生弯曲，若变形达到塑性弯曲，冲裁件脱模后即使回弹，工件仍残留有一定弯曲度。这种弯曲程度跟凸、凹模间隙的大小、材料性能及材料支撑方法有关。图1-9为1.6mm厚度钢板上冲制φ20mm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。

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，可分为两次刃磨间的寿命和全磨损后总的寿命。

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，被认为是模具磨损的主要形成原因。

当间隙减小时，接触压力（垂直力、侧压力和摩擦力）会增大，摩擦距离增长，摩擦发热严重，导致模具磨损加剧（图1-10），使模具与材料之间产生粘结现象，会引起刃口的压缩疲劳破坏，使之崩刃。间隙过大时，板材弯曲拉深相对增加，使模具刃口端面上的正压力增大，容易产生崩刃或塑型变形，使磨损加剧。可见，减小材料间摩擦，并减缓间隙不均匀的不利因素，可以提高模具寿命。

从图1-10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的卸料作用的长距离摩擦，加剧了侧壁的磨损。若采用较大间隙，可使孔径在冲裁后的回弹增大，减小卸料时与凹模侧面的摩擦，从而减小凸模侧面的磨损。

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

一般认为，增大间隙可以降低冲裁力，而减小间隙会使冲裁力增大。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，最大值称为最大合理间隙。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值。确定合理间隙值有如下两种方法。

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1-11是冲裁过程中开始产生裂纹的瞬时状态。由图中几何关系可得出计算合理间隙的公式：

z=20（t-h0）tanβ=2t（1-h0/t）tanβ

式中，

t——板材厚度（mm）；

h0/t——产生裂纹时凸模相对压入的深度（mm）；

β——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β有关。而h0、β又与材料性质有关，表1-1为常用材料的h0/t与β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。板材越厚、越硬或塑性越差，h0/t值越小，合理间隙值越大；材料越软，h0/t值越大，合理间隙值越小。

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1-2、表1-3和表1-4。表1-2～表1-4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1-5是原机械工业部的《冲裁间隙》指导性技术文件（JB/Z271—1986）推荐的间隙值。该文件将间隙分成三类。其中，Ⅰ类适用于对断面质量与冲裁件精度均要求高的工件，但模具寿命较低；Ⅱ类适用于端面质量、冲裁件精度要求一般，以及需继续塑性变形的工件；Ⅲ类适用于断面质量、冲裁件精度均要求不高的工件，但模具寿命较长。