精密冲裁中卡尺尺框和尺身对向凹模的优化方法

卡尺尺框、尺身对向凹模精密冲裁我国是采用液压模架在通用压力机上完成的。

1.精密冲裁零件图

尺框、尺身精密冲裁零件图如图2-3-70所示。它们的外形复杂，材料为T10A，强度高，R_m≈700MPa，厚度厚，尺框厚7.4mm，尺身厚度5mm，属于高难度精密冲裁件。

2.模具结构及几何参数

尺框、尺身对向凹模精密冲裁模均采用固定凸模式，如图2-3-71所示。

尺框模具几何参数：

凸起凹模斜角α：25°

凸起凹模凸起高度h：8mm

凸起凹模顶部宽度b：2.5mm

凸起凹模顶面高出凸模距离a：1.5mm

凸模和凸起凹模间隙c₁：0.04～0.05mm

凸模和凹模间隙c₂：0.04～0.05mm

凹模圆角r：0.7mm

图2-3-70 尺框、尺身精密冲裁零件图

a）尺框 b）尺身

3.工艺

（1）搭边宽度 强力压边精密冲裁对搭边有最小值要求，否则影响建立三向受压的应力状态，导致剪切面质量下降，而增大搭边值对剪切面质量并无影响。由于两种精密冲裁的变形机理截然不同，和强力压边精密冲裁完全相反，对向凹模精密冲裁对搭边有最大值要求。换言之，为了获得优质光洁的剪切面，强力压边精密冲裁要求搭边不能太小，对向凹模精密冲裁要求搭边不能太大。(www.xing528.com)

对中厚板搭边宽度的试验表明，搭边宽度为料厚的10%～50%时，凸起凹模冲压力小，试样塌角小，剪切表面光洁无撕裂，条料平直不影响最后阶段的冲裁。当搭边宽度为料厚100%或更宽时，凸起凹模下压时材料向四周转移的抗力加大，搭边材料形成一个封闭的废料环紧箍在凸起凹模的锥面上，随着凸起凹模的继续下压，废料环不断的向上翘起，如图2-3-66b、c所示。试验中还经常出现过程未进行到图2-3-66c所示阶段结束时，废料环却突然断裂。这是由于凸起凹模锥面向搭边材料施压时，紧箍在凸起凹模锥面上的废料环始终存在附加的切向拉应力，该应力随凸起凹模锥面继续下压而升高。当搭边宽度存在薄弱的部位时，就会产生废料环的突然断裂，材料断裂使变形抗力剧降造成设备瞬时释放能量而产生冲击、振动和噪声。废料环突然断裂将降低剪切面的质量；冲击和振动影响模具和设备的寿命；噪声污染环境，这些都是必须避免的。因此，开展对向凹模精密冲裁设计搭边宽度时必须采取措施，防止出现废料环先紧箍而后突然断裂的现象。据此理念，设计了卡尺尺框、尺身对向凹模精密冲裁搭边宽度和排样设计，如图2-3-72所示。尺框搭边为4mm，A、B、C为薄弱部位。尺身的薄弱部位设定在A、B、C、D处，采取了较小的搭边，通过试生产和大批量生产表明上述搭边设计是合理的，获得了剪切面光洁完好的工件，并避免了废料环突然拉断现象的发生。

图2-3-71 尺框、尺身精密冲裁模结构

1—下传力杆 2—下模座 3—隔离套 4—导板 5—凸模 6—上传力杆 7—导柱 8—垫板 9—凸模固定板 10—限位块 11—凸起凹模 12—凹模 13—反压板

图2-3-72 尺框和尺身的搭边和排样

综上所述表明，对向凹模精密冲裁搭边宽度的设计和取值十分重要，它直接影响过程的质量和成败，但目前还未见到权威的数据可供参考。根据系统的工艺试验和尺框、尺身试生产、批量生产实践的结果，作者建议：

1）在不影响坯料在模具上定位的前提下（搭边太小不容易定位，还会造成废品），搭边宽度应尽可能取小，推荐取料厚的20%～80%，厚料取下限，薄料取上限。

2）工件在条料上排样后，沿整个外轮廓搭边宽度一般不会一样，可在两处（或两处以上）设定搭边宽度较小的薄弱部位，即可避免出现废料环突然断裂产生冲击、振动和噪声的现象。薄弱部位最好设定在工件的尖角处，这样可以减少工件尖角处的塌角和避免出现撕裂。

另外，模具上坯料的定位装置应采用弹性的，以便凸起凹模下压材料向外转移时可以退让，不阻碍材料的流动。

图2-3-73 T10A球化退火工艺

（2）T10A的球化退火工艺（见图2-3-73）此工艺可获得弥散良好的球状珠光体组织。

4.小结

1）尺框对向凹模精密冲裁件的尺寸极限偏差为0.044mm，剪切面表面粗糙度Ra为0.8～0.4μm，质量和强力压边精密冲裁件相当，而塌角更小。和原切削工艺相比，提高生产效率约7倍。

2）采用F-1精密冲裁润滑剂，尺框精密冲裁模具一次刃磨寿命8000次。如果采用对向凹模精密冲裁专用的四动精密冲裁压力机或液压模架，改善模具的耐磨和润滑条件，模具寿命还有较大的提高空间。

3）对向凹模精密冲裁尺框零件，材料T10，厚度7.4mm，超过强力压边精密冲裁的极限厚度1倍多（强力压边精密冲裁T10钢的最大厚度为3mm）。为今后开展材料塑性差的厚板精密冲裁开辟了新的途径。