【正文】 大沖裁力是厚板精沖的一個顯著的特點。沖裁間隙沖裁間隙是影響剪切面光亮程度的主要因素。研究表明：厚板沖裁間隙必須盡可能的小，并隨板厚的增加，相對沖裁間隙要相應減小，才能得到完整的光亮剪切面。冷作硬化精沖是在三向應力的作用下使材料發(fā)生塑性變形。但在厚板精沖的后期，由于材料的變形程度的增大，沖裁間隙就相對減小，材料的塑性就受到限制，材料的硬度也逐漸達到最大，所以板料越厚得到完整的光潔面的難度越大。雙面齒圈采用了V形齒圈，是精沖模與普通沖模的最顯著的區(qū)別之一。薄板沖裁一般只在壓板或凹模上布置齒圈。厚板沖裁時，由于板料厚、沖裁力大，沖裁過程中剪切區(qū)以外的金屬容易隨凸模流動，所以，為了解決這個問題，在壓板和凹模上都布置齒圈，使在壓應力作用下提高被加工材料的塑性變形能力，提高工件的質(zhì)量。3 厚板定位塊的精沖工藝及模具設計 影響精沖工藝和模具的主要因素 零件的質(zhì)量要求主要包括尺寸精度、形狀精度、位置精度、表面質(zhì)量四方面的內(nèi)容。通過精沖生產(chǎn)出來的零件尺寸精度高，沖裁面光潔，翹曲小且互換性好。一般不需要進行二次加工。 精沖零件有如下最顯著的質(zhì)量標志：（1） 尺寸精度：外形、內(nèi)形、孔距、垂直度、平行度、深度、寬度。（2） 沖裁面粗糙度。（3） 塌角深度。（4） 毛刺大?。焊叨?、厚度。（5） 冷作硬化程度：硬度、深度。 圖31精沖件的質(zhì)量特征 精沖工藝和模具的影響因素板厚及材質(zhì)的影響板厚的影響 板厚越大，沖裁難度越大，工藝性也越差。所以，精沖的厚板零件的內(nèi)、外形沖裁輪廓其幾何形狀都不宜太復雜。板料越厚，得到完整的光潔面的難度越大，質(zhì)量越不容易控制。產(chǎn)生的塌角也比精沖薄板時的大。因為，厚板精沖是靠材料的塑性變形，但到了沖裁的后期，材料變薄，沖裁間隙(Sp/S)相對增大，此時容易產(chǎn)生加工硬化，從而導致材料的拉裂，使沖裁面不光潔。 材質(zhì)的影響 一般來說材料的強度越高，塑性性能越低，精沖的難度也相應提高。為了獲得光亮的剪切面，必須提高力的參數(shù)，并采取其它如減小間隙和增大刃口圓角半徑等措施。如，強度較RSt37高的RSt52材料，板厚S=16mm上沖Φ21mm孔，如果對RSt37材料需反壓力=100KN及壓邊力=300KN能得到完全的光潔沖裁面，那么對RSt52材料則需反壓力=200KN及壓邊力=400KN方可。 模具間隙的影響及確定厚板沖裁間隙必須盡可能的小，以便得到完全光亮的剪切或較大程度的光亮剪切。 （1） 厚板沖裁的相對沖裁間隙Sp/%，對沖孔在一定條（軟材料，較大的壓邊力和反壓力）Sp/S可小于1%。 相對間隙Sp/S(%)圖32 不同相對間隙下的沖孔光潔面材料RSt37；板厚S=6mm；▲PG=100kN； O PG=200kN； 口PG=300kN圖32中可以看出，當Sp／S≤0．5％時，不論壓板帶齒圈與否，均可達到100％的光亮剪切。（2） 隨板厚的增加，相對沖裁間隙Sp/S要相應減小才能得到完整的光潔的光亮剪切面。（3） 塑性較差的材料，其相對沖裁間隙也要減小。模具圓角半徑的影響及確定在模具刃口倒適當?shù)膱A角可以減小剪切面邊緣纖維的變形程度，從而消除落料件和沖孔件沖裁面上因變形過大而產(chǎn)生的裂紋，從而獲得光潔的沖裁面。所以，對落料，應在凹模刃口上倒圓角；對沖孔，應在凸模刃口上倒圓角。（1）材料越厚，刃口圓角半徑應大些。因為，如對落料，處于凹模刃口處的材料局部變形隨沖裁行程的增加而增大，較厚的材料變形程度較高。帶有較大的圓角半徑的刃口會使材料的局部變形程度減小，而不致出現(xiàn)落料件沖裁面的斷裂或撕裂。對較厚板的孔，在凸模刃口上做成稍大些的圓角，也可避免沖孔沖裁面發(fā)生斷裂和撕裂。（2）材料強度越高、越硬、塑性越差，模具刃口半徑越要大些。（3）對較厚且中等變形能力的材料，落料凹模刃口半徑，沖孔時凸模圓角半徑比上述值可小些。 齒圈的影響及參數(shù)的確定精沖模與普通沖模的最顯著的區(qū)別之一，是采用了V形齒圈。主要是阻止剪切區(qū)以外的金屬，在剪切過程中隨凸模流動，并在剪切區(qū)產(chǎn)生三向應力，提高被加工材料的塑性變形能力，獲得光亮剪切面和減少塌角。 齒圈的影響 （1） 對光潔面的影響： 1） 齒圈形狀的影響。在不同的壓邊力和反壓力下的各種形狀的壓邊圈對光潔面的影響不一樣。在較大的壓邊力和反壓力下，以齒距稍大的V形齒圈和臺階形壓邊圈對光潔面的效果最好。而在無反壓力下，臺階形壓邊圈的效果則不好。所以對不同的材料，選擇合適的壓邊圈并配合適當?shù)臎_裁條件，才能得到理想的光潔沖裁面。齒圈形狀不同，搭邊寬度各異，對光潔面影響較大，但在寬搭邊時，臺階和圓錐形壓板的效果比V形齒圈要好。齒圈形狀不同，對內(nèi)孔光潔面影響較大，特別是反壓力=0時，無論哪種類型的齒圈，光潔面都降低。2） 齒圈位置的影響。壓邊齒圈設在凹模上要比設在壓板上要好，因為可使壓應力作用于整個沖裁過程，而得到良好的沖裁面。但模具的加工和維修困難。所以，一般在壓板上設置齒圈，而當沖裁材料的板厚，則在壓板和凹模上同時設置齒圈，以增加壓力和反壓力，提高沖裁面。3） 齒形距離的影響。齒形距離a和塔邊寬度B，對光潔面的影響較大，在寬塔邊時，效果較好。不同齒形距離與不同的壓邊力和反壓力作用下，齒形距離大的比小的光潔面大。（2） 對精沖條件的影響：1） 齒形距離對壓邊力的影響。對一定的精沖件，由于齒形距離的不同，欲得到良好的沖裁面，要求有不同的壓邊力和反壓力，齒距越大，為了使得在沖裁區(qū)建立起足夠的靜水壓，所需壓邊力也越大。2） 齒形距離對模具壽命的影響。V形齒的距離，不能過于靠近刃口，否則凸模磨損快，模具壽命縮短。如圖33所示，材料SCr22,料厚度S=。 圖33 齒形距與模具壽命的試驗3） 齒形距離對撓度和塌角的影響。壓板上齒圈位置距凹模刃口越近，且壓邊力越大時，彎曲力矩就越大，精沖零件的撓度就越大。4） 齒形距離對經(jīng)濟性的影響。從經(jīng)濟的角度來講，a值越小越好，既省料有省力，但太小了材料易滑脫，影響沖裁質(zhì)量。如果a值越大，壓邊力增大，浪費材料，然而沖裁面較好。所以，在實際生產(chǎn)中，要根據(jù)材料板厚選擇適當?shù)乃卆，使沖裁面質(zhì)量和經(jīng)濟性之比達到最優(yōu)。齒圈尺寸的確定齒圈輪廓齒圈壓板的分布齒圈壓板的分布與凹模型孔的形狀一樣，但等距離放大一圈。當星孔形狀復雜時，可簡化為相似形狀，精沖件局部需要精沖，也可以只在所需精沖部分加工出齒圈。如圖34。圖34 各種型孔與齒圈輪廓為了設計和制造的制造的方便，V形齒圈已標準化了。V形齒圈的尺寸取決于料厚，料厚4mm以下的V形齒圈的尺寸如表31所示。 表31 單面V形齒圈的尺寸料厚tah～111～～22～2～33～～4料厚4mm以上采用雙面V形齒圈，尺寸如表32所示。 表32 雙面V形齒圈尺寸 料厚tahH4～55～636～88～1010～12212～157壓邊力和反壓力的影響及確定壓邊力和反壓力是精沖工藝中的兩個重要的參數(shù)，在與沖壓力的共同作用下，在剪切變形部分產(chǎn)生靜水壓力，提高了材料的塑性，從而獲得良好的剪切面。（1）壓邊力：1） 采用平面壓板，壓邊力的增加對改善光亮切面的比例沒什么意義。2） 對落料件來說，采用平面壓板的沖裁面優(yōu)于采用齒圈壓板的沖裁面，因為采用平面壓板時可不出現(xiàn)附加的彎曲拉應力，在不大的壓邊力下就可以產(chǎn)生必要的靜水壓力。3） 采用齒圈壓板時，隨壓力增加光潔面所占比例增大。4） 采用雙齒圈時，達到100%光亮剪切所需的壓邊力比單齒圈的要低。（2） 反壓力：一定的反壓力對落料和沖孔都是必要的。在落料時，反壓力可使零件有很小的撓曲；對于沖孔，提高反壓力不利于孔的尺寸和形狀精度的改善。1） 在通常情況下（間隙Sp=%S，較高的壓邊力），反壓力不能改善落料沖裁面的光潔面的比例，只有對軟材料在小間隙和高壓邊力下才對光亮剪切有改善作用。2） 反壓力對孔的光潔面部分的大小影響非常重要，隨著反壓力的提高，孔壁的光潔面部分也提高。3） 反壓力的提高導致模具負荷的增加，所以在實際工作中，為了得到完整的光潔面，總是偏向于提高壓邊力，而把反壓力限制在一定的范圍內(nèi)。 （3）反壓力和壓邊力對塌角的影響1） 提高反壓力對塌角有負作用，隨反壓力的提高塌角寬度和塌角高度變大。使用平面壓板時其值大于帶齒圈的壓板，使用齒圈時的塌角最小。2） 提高壓邊力與提高反壓力的作用相反，有利于塌角減小，塌角寬度和塌角高度隨壓邊力的提高而變小。但壓板結構的影響和反壓力類似，以雙齒圈時塌角最小，單齒圈時次之，平面壓板時最大。 精沖模具結構特點和普通形式的復合模相比較,精沖模具有以下特點:有V形環(huán)壓邊圈，材料在壓邊圈和凹模，反壓板和凸模的夾持下實現(xiàn)沖裁，工藝要求壓邊力和反壓力大于卸料力和頂件力，以滿足在變形區(qū)建立三向不均勻壓應力狀態(tài)的要求，因此精沖模具受力比普通沖模大，剛性要求更高。凸模和凹模之間的間隙小，大約是料厚的1%，而普通沖模的間隙約為料厚的5%～10%。由于上出料，凸凹模孔的深度不需要通過凸凹模整個的高度，可使凸凹模和模座更堅固。分類 根據(jù)精沖模的功能和結構可分為：簡單精沖模、復合精沖模和連續(xù)精沖模。根據(jù)匹配的壓力機可分為：精沖壓力機精沖模和普通壓力機精沖模兩種。根據(jù)凸模和模座的相對關系可分為：動凸模式精沖模（如圖35）和固定凸模式精沖模（如圖36）。 圖3 5 活動凸模式模具典型結構a) b)圖3 6 固定凸模式模具典型結構a)常用結構 b)采用專用結合環(huán)典型結構（1）活動凸模式精沖模 如圖35所示，這種模具結構的特點是：凸?？磕Ｗ蛪哼吶Ψ謩e固定在上、下模座上，凸模通過壓邊圈和凹模保持相對位置，因此要求凸模和壓邊圈之間的間隙比凸模和凹模之間的間隙更小。只有使凸模有較長的導向和正確定位才能保證對中，如果凸模輪廓的最大尺寸超過了凸模的高度，準確對中就不容易保證，因此活動凸模式模具主要適于中、小尺寸的零件。（2）固定凸模式精沖模 如圖36所示，這種模具結構的特點是：凸模固定在模座上，壓邊圈通過傳力桿和模座、凸模保持相對運動。適合于大尺寸的零件。 固定凸模式精沖模適合：1） 大型或狹長的零件。2） 不對稱的復雜零件。3） 內(nèi)孔較多的零件。4） 沖壓力較大的厚零件。5） 需要連續(xù)精沖的零件等。實例分析如圖37為定位塊的零件圖。圖37 定位塊零件圖 此零件的厚度為6mm，材料為Q235，屬于厚板精沖零件，沖裁力比較大（見沖裁力的計算），零件的外形只關于軸線對稱，比較復雜。并且，之間的壁厚僅為7mm，要達到零件要求的難度比較大。由上分析，結合活動凸模式精沖模和固定凸模式精沖模的特點及適用范圍，對于如上精沖零件選擇固定凸模式精沖模比較合適。 沖裁件的排樣與搭邊排樣原則與普通沖裁相同，如果工件不要求材料的軋制方向，則排樣的目的是保證工藝過程需要和確保工件剪切面質(zhì)量的前提下使廢料最少。搭邊的目的是補償送料誤差，以保證沖出合格的工件；保持送料的剛度利于送料，避免廢料絲進入模具間隙損壞模具。精沖由于采用了V形換壓邊，搭邊的寬度比普通沖裁大。表33為部分厚板精沖塔邊的最小值。圖38為零件圖37的排樣圖。由表33可以查得定位塊（圖37）的最小塔邊為。材料的利用率主要有以下兩種算法。（1） 一個進距內(nèi)的材料利用率： 表33 搭邊最小值 料厚txy 45676788810101012121215 圖38 定位塊的排樣圖 式中 A——一個沖裁件的面積，； n——一個進距內(nèi)的沖裁件數(shù)量； B——條料寬度，mm 。 S——進距，mm。（2）整塊板料總的材料利用率： 式中 n——一張板料上的沖裁件總數(shù)目； B——板料寬度，mm； L——板料長度，mm。下面利用第一種算法來計算圖38中四種排樣對材料的利用率。零件的面積為：，一個進距都沖一個零件，則對排樣A：對排樣B：對排樣C： 對排樣D： 由上面計算可以得出，排樣A的材料利用率最高。所以，采用排樣A比較經(jīng)濟。 精沖工藝力與壓力中心的計算 精沖力的計算精沖工藝過程是在壓邊力，反壓力和沖裁力三者同時作用下進行的，如圖39a沖裁結束卸料將廢料從凸模上卸下，頂件力將工件從凹模內(nèi)頂出，如圖39b模具復位完成整個工藝過程。 圖39 精沖過程作用的力—沖裁力 —壓邊力 —反壓力 —卸料力 —頂件力沖裁力沖裁力的大小取決于沖裁內(nèi)外周邊的總長度、材料的厚度t和抗拉強度。所以，沖裁力可按經(jīng)驗公式計算： 式中 為系數(shù)，取決于材料的屈強比，所以壓邊力壓邊力按以下經(jīng)驗公式計算： 式中 為系數(shù)，取決于，查[1]表61可得；為工件外周邊長度；h為V形齒高。反壓力按經(jīng)驗公式計算： 卸料力和頂件力卸料力和頂件力按以下經(jīng)驗