镁合金冲裁成形技术优化方案

冲裁是将板材的一部分从另一部分分离，获得所需形状的毛坯或零件。冲裁工艺不但可以加工具有复杂轮廓形状的平面零件，而且也可以用于已成形为零件的修边、切口等工序。

冲裁过程中，当冲裁凸模与板材接触时，凸模和凹模刃口开始切入金属，会带动邻近的金属进入间隙，形成塌角；当刃口继续压入金属时，金属受到模具侧面的挤压而形成光滑的表面，通常称之为光亮带；在产生裂纹后，直到裂纹贯穿金属板材的全部厚度，在分离过程中，形成粗糙的断裂带；而毛刺的产生则是在发生裂纹时形成的，毛刺上与刃口接触的侧面是在刃口压入金属的过程中形成的，而毛刺的另一个侧面是在产生裂纹的过程中形成的。

1.冲裁间隙

冲裁间隙是冲裁过程中一个很重要的工艺参数。冲裁间隙不但影响冲裁过程的力学参数（冲裁力、推件力、卸料力等），还影响冲裁件结果，即冲裁断面的质量（塌角和毛刺的大小、光亮带与断裂带宽度的比例、冲裁断面的平整程度）。此外，冲裁间隙的大小对模具的寿命也有很大的影响。间隙对冲裁断面质量的影响如图5-14所示。

图5-14 间隙对冲裁断面质量的影响

a）间隙过小 b）间隙合适 c）间隙过大

当冲裁间隙过小时，由凸模刃口和凹模刃口萌生的剪裂纹是不重合的，不能实现两裂纹相遇的分离过程。这时，裂纹会进入板材的内部。在随后凹模的下降过程中，会形成二次剪切的光亮带，而且深入到板材内部的裂纹会在冲裁过程结束后残留下痕迹，破坏冲裁断面的平整程度。

当冲裁间隙过大时，由凸模刃口和凹模刃口萌生的剪裂纹也是不重合的。两个剪裂纹之间的金属最后被切、折、拉断，所以冲裁断面也不平整。

当冲裁间隙合适时，由凸模刃口和凹模刃口萌生的剪裂纹在凹模下降过程中恰好重新相遇，导致顺利的分离，形成规则的冲裁断面。

在冲裁非规则形状零件时，采用凸模和凹模中两点之间的距离来确定凹模间隙。当周边间隙分布不合理时，凸模和凹模的刃口会迅速磨钝并且还会发生单面的磨损。如果凸模和凹模的定位发生了偏离，将会导致凸模刃口和凹模刃口的碰撞，使模具磨钝甚至破裂。

因此，在冲裁模设计过程中，必须合理确定冲裁间隙。对于冲裁间隙的确定通常有理论计算法和查表选取法。冲裁间隙不但与材料的种类、厚度有关，还与冲裁件断面质量要求和尺寸精度以及生产条件等有关。(https://www.xing528.com)

在采用理论计算时，可用下式来计算合理的冲裁间隙：

z=2（t-h₀）tanβ=2t（1-h₀/t）tanβ

式中，h₀为产生裂纹时的凸模压入深度（mm）；t为板材厚度（mm）；β为最大切应力方向与垂线间夹角（即裂纹方向角）。

通常板材越厚、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。对于镁合金，由于其硬度较低，塑性差，所以在厚度一定的情况下，可选取比其他材料更大的间隙值。

采用查表法选取合适间隙值时，由于实际情况的差异，还应根据其他条件进行适当的修正。对于厚度小于10mm的镁合金板材，一般将其冲裁单面间隙比值分为五类：第一类C/t=17%（其中，C为冲裁间隙，t为板材厚度），适合于对冲裁件质量要求不高的零件；第二类C/t=6%，适合于一般冲裁件，模具寿命高；第三类C/t=4%，适用于对冲裁件质量要求高的零件；第四类C/t=2%，适用于要再加工的冲裁件；第五类C/t=0.75%，适用于断面要求垂直的冲裁件。表5-18给出了镁合金冲裁时凸凹模间隙的一些经验数据。

表5-18 镁合金冲裁时凸凹模间隙（在直径上）

冲裁毛刺给冲裁过程带来许多不利影响。毛刺可使冲裁表面边缘的厚度增大，降低冲裁尺寸精度，在使用或装配过程中划伤工件表面，且冲裁件在使用过程中，毛刺脱落可造成设备运转中的障碍或其他故障。所以，在冲裁过程中必须减小和消除毛刺。由于在普通冲裁中无法消除毛刺，所以人们开发出一些无毛刺冲裁的方法，主要有反向平压法、往复冲裁法、拉力分离法、圆角模拉伸冲裁法等。

在生产中，为了提高冲裁件的质量，发展了精密冲裁，采用精密冲裁可以获得不存在断裂带的冲裁件，在冲裁表面上全部都是光亮带。精密冲裁方法主要有强力齿形压边精密冲裁法、对向凹模精密冲裁法、阶梯凸模负间隙精密冲裁法等。

2.冲裁力

在冲裁过程中，冲裁力的大小以及凸模开始作用时冲压力的大小和材料的硬度有关，材料的硬度越高则冲裁力越小。镁合金板材的冲裁与一些特硬材料的冲裁相类似，即全部厚度的剪裂是在凸模进入材料不深时发生的，这与镁合金的塑性变形能力较差有关。冲裁力的计算一般采用经验公式：P=Ltτ，式中，L为冲裁刃口（剪切线）的长度；t为板材的厚度；τ为剪切抗力。由于该式是在基于剪切区内和凸模作用方向一致的剪切应力是均匀分布的条件下建立的，所以计算是存在误差的。因此，在采用该式计算镁合金板材的冲裁力时，需进行适当的修正。