冲模调试和冲裁实验的研究

凸凹模刃口之间的间隙是影响冲裁件断面质量的重要因素，对实验冲裁模进行改进后，使凸凹模刃口之间的间隙可调，在实验时能观察到三种不同的断面质量，让学生理论联系实际了解间隙对断面质量的影响，拓宽了实验目的。 关键词：冲裁间隙；断面质量；二次光亮带；二次撕裂带 1 冲裁间隙与断面质量的理论分析 由冲裁变形特点，板料的分离过程分为弹性变形、塑性变形、断裂分离三个阶段。板料分离后，其断面分为圆角带、光亮带、撕裂带和毛刺四个特征区。 在塑性变形阶段，板料产生塑性剪切变形，材料在和模具侧面接触中被模具侧面挤光而形成光亮垂直的断面，因此塑性变形阶段越长，光亮带所占比例越大，断面质量越好。而凸模与凹模刃口之间的间隙是影响冲裁件断面质量的重要因素。合理间隙的理论计算依据是在断裂分离的起始阶段，材料在凸模与凹模刃口处产生的裂纹成直线会合。
从图1的几何关系可得出计算合理间隙的公式。
图1 合理冲裁间隙的确定
Z =2(t-h0)tgβ 式中,h0为产生裂纹时的凸模压入深度；t 为料厚；β为最大切应力方向与垂线间夹角。 当间隙合适时，尽管撕裂带与材料表面不垂直，偏斜了β角，但还是比较光滑，毛刺较小，断面质量较好。当间隙过小时，凹模刃口处产生的裂纹向内错开指向凸模下面的高压应力区，而凸模刃口处产生的裂纹指向凹模上面的高压应力区，在压应力作用下裂纹停止生长，材料塑性提高产生第二次剪切。这样在两次光亮带中部夹有残留的断裂带，只要沟痕不是很深仍可用。当间隙过大时，材料受弯曲和拉伸，容易产生裂纹，光亮带所占比例减小，凸凹模刃口处产生的裂纹外错产生二次拉裂。断裂带斜度增大，断面垂直度差，毛刺大而厚，断面质量差，如 图2所示。
1毛刺； 2撕裂带； 3光亮带； 4圆角 图2 凸凹模间隙与冲裁件断面质量的关系
2 冲裁模调试实验目的、方法及改进 在冲裁模的安装调试中使凸凹模刃口之间的间隙均匀一致，是获得合格冲裁件的保证。按传统的冲裁模调试实验，将无导向冲裁模，如图3所示，安装在压力机上，调整下模，使周边间隙均匀，获得合格冲裁件。实验目的仅在于了解冲裁模在压力机上的安装，调试过程和方法。不能观察到间隙过大时产生的二次撕裂带和间隙过小时产生的二次光亮带。
图3 无导向实验冲裁模
为了拓宽实验目的,让学生在有限的学时内掌握更多的知识，对实验冲裁模进行了改进，将无导向冲裁模上下模刃口都做成不封闭的直边,如图4所示。在实验时下模作前后调整，即可改变冲裁间隙Z的大小。对下模作三次调整，即得合理间隙、大间隙、小间隙。经三次冲裁得到三种不同的断面，直接观察间隙Z对断面质量的影响。
1 模柄； 2 上模板； 3 橡皮； 4 上模刃； 5 压料板； 6 下模刃；7 下模板； 8 板料 图4 改进后的实验冲裁模
3 实验步骤 (1)搬动飞轮，使滑块降到下死点，调节滑块连杆到适当高度。 将上模紧固在滑块上，再将下模刃口向上模刃口靠拢，在上下模刃口之间两头用塞尺控制间隙（根据板材的力学性能及厚度确定合理间隙Z），两点一线，中间间隙必均匀，如图5所示。紧固下模后，调节滑块连杆，使上模刃口进入下模刃口0.5 mm左右。
图5 利用塞尺调整均匀间隙示意图
(2)开动压力机，试冲钢板，观察断面四个带，分析间隙是否合理。 (3)下模向前调，使间隙增大，两头仍用塞尺控制均匀间隙。紧固下模后，试冲钢板，观察二次撕裂带。 (4)下模向后调，使间隙减小，两头仍用塞尺控制均匀间隙。紧固下模后， 试冲钢板，观察二次光亮带。 4 结 论 1.拓宽了实验目的，使学生在同一实验中观察到更多的内容，获得更多的感性认识，理论联系实际分析间隙Z对断面质量的影响。融会贯通所学知识，对冲裁件断面质量分析打下坚实的基础，收到了立竿见影的效果。 2.一般模具设计时，根据板材的力学性能及厚度确定合理间隙Z，模具一旦制造好，冲压材料就不能改变，因此，供实验用的板材受到局限。改进后的实验模具间隙可调，可根据现有的材料来调整合理间隙。因而可收集各种类型的边角废料作实验用板材，来源广泛，节省实验经费。