锌合金模具冲裁的优点及冲裁力分析

锌合金模也是一种简易冲模，并有合金可以熔炼回收、反复应用的优点。锌合金模冲裁属于软模冲硬料，凸、凹模间隙通过合金软模的磨损自动获得，并能不断自动调整。

1.冲裁原理

用锌合金模落料时，凸模一般仍用钢制，凹模用锌合金按照凸模浇注或挤压而成。冲孔时，凹模仍用钢制，凸模按照凹模浇注而成。图2-2-83所示是用锌合金模落料的示意图，由于凸模与凹模之间的硬度差，落料时凹模刃口形成圆角，应力集中较小，因此，初始裂纹只能在锋利的凸模刃口处产生，一直向下扩展，待到凹模刃口处刚刚开始产生裂纹，还来不及扩展时，上方裂纹已经扩展到此，与之相迎，导致板料分离。这一冲裁过程与钢模普通冲裁不同，称为“单向裂纹扩展分离”。

图2-2-83 锌合金模冲裁时板料分离过程

2.冲裁力计算

锌合金模冲裁时，由于初始间隙为零，且合金软模刃口形成圆角，类似于小间隙圆角凹模的光洁冲裁，故开始冲裁时，其冲裁力非常大，随着冲裁次数增多，当间隙被自动调整到合理值以后，实际冲裁力会有所下降。根据生产经验，锌合金模具冲裁力比普通钢模冲裁力约大50%。在选择冲压设备时，冲裁力可按下式计算

P_x=CLtR_m（2-2-26）

式中P_x——锌合金模冲裁力（N）；

L——冲裁件轮廓周长（mm）；

t——材料厚度（mm）；

R_m——材料抗拉强度（MPa）；

C——系数，一般取C=1.5～2。

3.模具设计要点

（1）模用锌合金的成分和性能模用锌合金必须具有一定强度和硬度；工艺性要好，易加工制造；熔炼过程中性能稳定，无毒性，具有良好的重熔性，熔点低，价格便宜。

目前国内外模用锌合金系采用高纯度锌（99.995%）和工业铜、铝和镁，按一定比例配制而成。模用锌合金的化学成分见表2-2-39，物理力学性能见表2-2-40。

这种材料的力学性能相当于低碳钢或铸铁，可铸性类似青铜，易切削性类似铝合金。它具有熔点低，制模时复制性好等优点，可以采用砂型、石膏型、金属型进行铸造成形或挤压成形，所需设备比较简单。

表2-2-39 模用锌合金成分

表2-2-40 模用锌合金的物理力学性能

（2）凸模与凹模刃口尺寸计算仍然按落料件外形尺寸取决于凹模尺寸，冲孔件孔径取决于凸模尺寸的原则来考虑，但只设计钢模刃口尺寸。同时，考虑到冲裁过程中主要是合金软模刃口磨损，冲裁间隙是由合金软模磨损自动获得，故初始间隙为零。钢模刃口尺寸按下式计算(www.xing528.com)

落料：D_p=（D-xΔ）_-δp⁰（2-2-27）

冲孔：d_d=（d+xΔ）^+δd₀（2-2-28）式中D_p——落料凸模刃口尺寸（mm）；

d_d——冲孔凹模刃口尺寸（mm）；

D——落料件外形基本尺寸（mm）；

d——冲孔件孔径基本尺寸（mm）；

Δ——工件公差（mm）；

x——系数，与工件公差等级有关。IT14以

下，x=0.5；IT13以上，x=0.75；δ_p、δ_d——凸模与凹模制造公差。

（3）凸模与凹模外形尺寸 锌合金凸模长度按冲模结构确定，直径按下式计算

式中t——材料厚度（mm）；

R_m——被冲材料抗拉强度（MPa）；

R_mc——锌合金抗压强度（MPa），见表2-2-40。

图2-2-84 凹模结构形式

由于锌合金的强度较低，凹模多采用图2-2-84所示的筒式结构，且尺寸一般都比钢凹模大，凹模高度H最小为30mm，最小壁厚B为40mm，视被冲材料的厚度的增加而加大。设计时可按图2-2-85和表2-2-41确定。

图2-2-85 凹模尺寸与材料厚度的关系

表2-2-41 锌合金凹模刃口高度^[4] （单位：mm）

（4）搭边 锌合金模冲裁时，被冲材料搭边除了可以保证冲裁件质量外，还能均衡合金凹模孔口的压力，避免挤伤刃口，并减小凹模塌角，故搭边应比钢模冲裁时大，取（2～3）t（t为料厚），硬料、非金属取上限，软料取下限。