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摘要：從精沖件質(zhì)量入手，列舉了批量生產(chǎn)過(guò)程中模具和材料狀況與零件質(zhì)量的關(guān)系，對(duì)各種現(xiàn)象進(jìn)行分析，針對(duì)具體情況提出相應(yīng)的解決措施。
關(guān)鍵詞：精密沖裁件；質(zhì)量

一、概述

精密沖裁是一種新型的金屬壓力加工方法，可以取代扁平類(lèi)零件的機(jī)械加工，具有優(yōu)質(zhì)、高效、低耗的特點(diǎn)，技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果十分顯著，深受各個(gè)工業(yè)部門(mén)的重視。自1923年德國(guó)人發(fā)明了這種沖裁方法以來(lái)，精沖技術(shù)已在全球得到普及和推廣，并已經(jīng)從儀器儀表、辦公機(jī)械、輕工機(jī)械等部門(mén)擴(kuò)展到汽車(chē)、農(nóng)機(jī)、拖拉機(jī)、運(yùn)輸機(jī)械、起重機(jī)械、紡織機(jī)械、軍械、飛機(jī)和航空器械等制造部門(mén)［1］。特別是在汽車(chē)工業(yè)方面的發(fā)展尤為迅速，如在一輛小轎車(chē)中就有70多種精沖件，精沖工藝已經(jīng)成為汽車(chē)制造業(yè)降低成本、提高性能、增加產(chǎn)量的重要技術(shù)措施之一。

北京機(jī)電研究所在精沖領(lǐng)域已經(jīng)研究和開(kāi)發(fā)了幾十年，形成了一定的規(guī)模，在精沖工藝、變形機(jī)理、模具設(shè)計(jì)和制造、潤(rùn)滑劑、力能參數(shù)以及精沖壓力機(jī)開(kāi)發(fā)等方面都進(jìn)行了探索，特別是在模具制造和精沖件生產(chǎn)方面已積累了不少經(jīng)驗(yàn)。本文將列舉在實(shí)際生產(chǎn)中所能碰到的剪切面質(zhì)量問(wèn)題，加以分析并提出相應(yīng)的解決辦法。

二、精沖變形模式

在精沖時(shí)為了抑制沖裁過(guò)程中材料產(chǎn)生撕裂，精沖工藝要求三個(gè)力(沖裁力、壓邊力和反壓力)。在沖裁前，“V”形壓邊圈壓住材料，防止剪切變形區(qū)以外的材料在剪切過(guò)程中隨凸模而流動(dòng)。壓邊圈和反壓板的夾持作用，再結(jié)合凸凹模之間的小間隙(只有被沖材料厚度的5‰～10‰)，使材料在沖裁過(guò)程中始終保持與沖裁方向垂直，將材料緊緊的壓在模具之間，防止因零件的翹曲形成拉應(yīng)力而導(dǎo)致脆性斷裂，從而構(gòu)成塑性剪切的條件。必要時(shí)為了增大變形區(qū)的三向壓應(yīng)力張量，提高材料的塑性，可以將沖孔凸模和落料凹模刃口倒成圓角，以減少刃口處的應(yīng)力集中，避免或減緩裂紋的產(chǎn)生。

圖1

三、精沖件質(zhì)量

合格的精密沖裁件具有很高的質(zhì)量，可以免去后續(xù)工序，直接用于裝配，但關(guān)鍵是如何獲得高質(zhì)量的精沖件?精密沖裁件的質(zhì)量包含有尺寸精度、剪切面質(zhì)量、塌角、毛刺高度和平面度等。精沖件的質(zhì)量取決于模具的結(jié)構(gòu)是否合理、模具的制造精度、刃口的狀況、被沖材料的塑性和金相組織、零件幾何形狀的復(fù)雜程度、工藝潤(rùn)滑劑、力能參數(shù)以及壓力機(jī)的調(diào)整等［2］。

在實(shí)際生產(chǎn)中要獲得高質(zhì)量的精沖件并不是一件很容易的事。要獲得如圖2所示的正常的剪切面，使得剪切面上具有100%的光亮帶，塌角比較小，毛刺大小也適中，首先模具必須要保持良好的工作狀態(tài)，模具間隙合理，導(dǎo)柱導(dǎo)套以及閉鎖銷(xiāo)精度達(dá)到要求，保證模具上下對(duì)中，沖切元件刃口圓角適度。

圖2

眾所周知，在實(shí)際生產(chǎn)中，很難時(shí)刻保持模具處于最佳狀態(tài)，模具設(shè)計(jì)和生產(chǎn)人員都能將各方面因素考慮周詳，下面就模具和材料方面的因素引起的精沖件質(zhì)量不合格進(jìn)行舉例與分析。

在精沖件的剪切面上有許多鱗片狀的細(xì)而密的裂紋，如圖3所示。顯然精沖件質(zhì)量是不能滿足要求的，這種狀況的模具不能繼續(xù)生產(chǎn)，必須進(jìn)行調(diào)整。產(chǎn)生這種現(xiàn)象的起因很多。絕大部分是因?yàn)楸粵_材料不合適，需要更換塑性較好的材料，或者將原材料進(jìn)行球化退火處理，以改變?cè)�材料的金相組織，提高材料的塑性指標(biāo)。模具的沖孔凸模、落料凹模圓角太小或者不均勻，使得三向壓應(yīng)力建立不起來(lái)，也會(huì)導(dǎo)致零件的質(zhì)量下降。凹模型腔剪切刃口表面太粗糙時(shí)，沖制的精沖件也會(huì)出現(xiàn)類(lèi)似的情況，如果在不影響模具合理間隙的前提下，可以對(duì)模具刃口進(jìn)行拋光，減小摩擦，最好是在模具制造時(shí)就采用高精度慢走絲線切割機(jī)床切割精沖模具的關(guān)鍵部件，以避免因模具刃口表面質(zhì)量低而影響零件的質(zhì)量。模具潤(rùn)滑不充分對(duì)零件的剪切面質(zhì)量也有影響，而且會(huì)削弱模具的使用壽命。

圖3

在精沖件剪切面中部出現(xiàn)較長(zhǎng)而且很深的撕裂，如圖4所示。碰到這種現(xiàn)象時(shí)，精沖技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)從以下幾個(gè)方面入手：檢查是否是強(qiáng)力壓邊的“V”型齒圈壓力太小，或者壓邊圈齒形不合適，應(yīng)該改善壓邊圈的結(jié)構(gòu)，改變齒形尺寸或者增大壓邊力，以保證在模具的沖切區(qū)域形成良好的三向壓應(yīng)力場(chǎng)；檢查是否是模具的凹模圓角太小或不均勻，應(yīng)該合理地增大模具的凹模圓角或使其沿刃口周邊均勻一致；檢查精沖材料是否適合精沖，如果原材料的塑性比較差就會(huì)導(dǎo)致材料塑性枯竭。當(dāng)然如果這種撕裂現(xiàn)象是出現(xiàn)在零件的尖角部分，而且圓角半徑比較小時(shí)，或者出現(xiàn)在與其他剪切面比較近的剪切面上(即壁厚較小)，這類(lèi)情況屬于產(chǎn)品設(shè)計(jì)人員過(guò)分追求某些功能或造型，影響了零件的結(jié)構(gòu)工藝性，模具設(shè)計(jì)人員應(yīng)當(dāng)與產(chǎn)品 設(shè)計(jì)人員協(xié)商，兼顧兩個(gè)方面，使獲得高質(zhì)量的零件成為可能。

圖4

當(dāng)精沖件出現(xiàn)圖5所示的剪切面時(shí)，在剪切面上靠近精沖件的塌角一側(cè)比較光潔，而靠近毛刺一側(cè)出現(xiàn)了脆性斷裂，就零件的剪切面質(zhì)量而言，很象普通沖裁件。這主要是凸凸模之間的間隙太大引起的。在生產(chǎn)中一旦出現(xiàn)了這種情況，沒(méi)有別的辦法，只有重新制造凸�；虬寄�，以改善模具的間隙。

圖5

當(dāng)精沖件出現(xiàn)圖6所示的剪切面時(shí)，即從剪切面來(lái)看，光潔度很好，但是，垂直度不好，很明顯地出現(xiàn)了錐形，毛刺側(cè)的外形尺寸比塌角一側(cè)的尺寸大。這是因?yàn)槟＞甙寄５膱A角太大，將更多的材料“拉入”凹模中，當(dāng)零件從凹模中推出時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)了圖6所示的情況。重新刃磨凹模即可消除倒錐現(xiàn)象。另外如果凹模的相對(duì)位置總變化，也會(huì)出現(xiàn)這種現(xiàn)象。那么，模具的設(shè)計(jì)人員就應(yīng)該采取更牢靠的模具固定辦法從根本上解決，消除隱患。

圖6

當(dāng)精沖件出現(xiàn)圖7所示的剪切面時(shí)，即剪切面光潔度很好，只是在凸模一側(cè)毛刺較厚，而且剪切面呈錐形。這是由于凸凹模之間的間隙較小而引起的，只需采用合理的模具間隙即可消除。但是要具體問(wèn)題具體分析，因?yàn)橛袝r(shí)在沖裁某些特殊質(zhì)量的材料時(shí)，盡管凸凹模的間隙比較合理，也會(huì)出現(xiàn)這種現(xiàn)象。

圖7

當(dāng)精沖件出現(xiàn)圖8所示的剪切面時(shí)，在剪切面上出現(xiàn)了象“水波紋”一樣的亮帶，迎著光線，“水波紋”更明顯，常常被誤認(rèn)為是由于潤(rùn)滑油附著在剪切面上所產(chǎn)生的視覺(jué)誤差。凸凹模側(cè)表面的光潔度越好這種現(xiàn)象就越容易發(fā)生，反差也就越明顯。這是由于凹模圓角比較大，加上凸凹模之間的間隙比較小產(chǎn)生的。這種現(xiàn)象往往是由于設(shè)計(jì)人員把精沖的小間隙錯(cuò)誤的看成是模具間隙越小越好，在設(shè)計(jì)模具時(shí)把模具的間隙取得過(guò)小，加上高精度數(shù)控線切割機(jī)床很容易保證特別復(fù)雜形狀的模具間隙在μ級(jí)精度，甚至0間隙，同時(shí)在精沖件生產(chǎn)時(shí)由于凹模刃口磨損嚴(yán)重圓角過(guò)大而引起的。從變形機(jī)理上來(lái)看，精沖更接近于冷擠壓，與普通沖裁相比差距較大，因此在模具間隙很小時(shí)，凸模壓入被沖材料的過(guò)程中，貼近凸模一側(cè)在凸模周?chē)�的材料已�?jīng)與凸模下面的材料因塑性流動(dòng)而發(fā)生分離，而在貼近凹模一側(cè)的材料在圓角處因凹模圓角過(guò)大不能使材料發(fā)生分離，在凸模繼續(xù)向下運(yùn)動(dòng)時(shí)，只能將凸模下方的材料拉入凹模型腔中，材料在與凹模摩擦而產(chǎn)生了“水波紋”。如果是這樣，那么模具設(shè)計(jì)人員就應(yīng)該很好地了解一下精沖工藝和變形機(jī)理，模具的間隙是在一個(gè)很窄的范圍內(nèi)，與被沖材料的厚度有一定的比值，這樣的模具都可以沖出100%光潔的剪切面，但獲得100%光潔的精沖件并不是唯一的目標(biāo)，應(yīng)該考慮模具的使用壽命和模具的總體成本等。

圖8

當(dāng)出現(xiàn)如圖9所示的剪切面時(shí)，零件上塌角過(guò)大。這是由于凹模圓角太大而引起的。如果在凸模壓下材料時(shí)，反壓力小而壓不住材料，當(dāng)材料發(fā)生塑性流動(dòng)在剪切刃口處分離時(shí)，凸模下的材料不平，也就是說(shuō)工件是在彎曲狀態(tài)下被拉入凹模的，沖出的工件不僅塌角過(guò)大，而且零件會(huì)不平。當(dāng)然，這種大塌角現(xiàn)象出現(xiàn)在尖角處或者是在圓角半徑比較小的部位，尚屬正�，F(xiàn)象。

圖9

在被沖裁的原材料如果沒(méi)有進(jìn)行校平處理就進(jìn)行精沖時(shí)，原始的應(yīng)力狀態(tài)被保留到精沖件上，使得沖出的零件平直度受到影響，常常會(huì)出現(xiàn)“扭麻花”或沿長(zhǎng)度方向發(fā)生翹曲。因此，在精沖之前一定要將原材料進(jìn)行校平處理。

經(jīng)過(guò)多年的實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，在實(shí)際生產(chǎn)中出現(xiàn)不合格品種類(lèi)越來(lái)越多，這里不能一一列舉�？傊�，只有認(rèn)真分析總結(jié)，對(duì)癥下藥，防微杜漸，才能順利解決，才能延長(zhǎng)模具的使用壽命，保證精沖零件的質(zhì)量，最終降低成本，使您的企業(yè)在市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的大潮中立于不敗之地。

參考文獻(xiàn)
［1］涂光祺.精沖技術(shù).北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1990.
［2］王焱山等.鍛壓工藝標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用手冊(cè).北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1998：656

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