大尺寸精密冲裁模的设计与加工过程分析

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1、大尺寸精密冲裁模的设计与加工过程分析李林（深圳市金洲精工科技股份有限公司广东深圳518116）摘要：通过对大尺寸精密冲裁模从设计到生产过程中各关键环节的分析，总结了各关键环节出现问题的原因并提出了解决问题的方法，为相关模具从设计到最后装配完成的整个过程提供了一种思路。关键词：精密冲裁大尺寸超薄材料有色金属剪切1引言：在大尺寸（如φ300mm以上的圆片）超薄（0.1mm以下）的有色金属带的剪切中，要求剪切毛刺很小或没有毛刺，并要求在剪切中没有明显的材料拉伸现象，因此要求凸凹模之间的间隙在0.02mm以内。同时因为凸凹模尺寸规格较大，材料不良、热处理不当也容易造成在加工过程中或使

2、用一段时候后产生变形而报废。在此，结合生产实际中出现的问题对该类模具的设计、热处理、加工、检测及装配中的关键点作一些探讨。2设计2.1凸凹模结构设计在冲裁模中凹模起落料作用，故只能采用外结构定位的方式。对于凸模的结构设计有外挂台定位方式及内定位方式：2.1.1外挂台设计：作为定位及紧固凸模的孔在挂台位置，凸模的冲切主体不会有过多的孔存在，增强了凸模的结构强度，在热处理时可达到凸模变形小的效果，但是对于此类尺寸较大配合间隙很小的模具来说，在装配时存在明显的缺点，增大了凸凹模的装配难度，且在满足装配条件的情况下，需提高凸凹模及上下模板的平面度及定位精度的要求。2.1.2内定位结构

3、：通过在凸模切削刃实体内设计定位和紧固孔，采用内腔挖空结构的方式，这样会使凸模结构强度变差，增加热处理变形的可能性，但是对这种冲切尺寸较大的模具，在设计上可以作到尽可能布置孔位及孔的大小，保证整个凸模各孔壁厚的均匀性，选择微变形及正规厂家的优质模具钢，同时配合近年来发展起来的新型热处理工艺方法，可以达到控制变形的要求。在装配中此种结构形式具有很好的装配优势，在此选用了内定位方式设计凸模。2.2凸凹模的硬度设计虽然对凸凹模的剪切作用来说，高硬度增加了材料的耐磨性，但高硬度也增加了热处理的工艺难度，因此在保证对有色金属材料的剪切条件下可以调整凸凹模的硬度设计。从结构上说，相对于凸

4、模而言，凹模更容易产生热处理变形，而较低的硬度要求，更容易保证凸凹模的热处理质量，因此在设计上凹模选择HRC42左右，凸模选择HRC60左右。并且采用这种凸凹模差异性硬度设计，可以避免在合模或剪切过程中凸模与凹模之间部分区域的微过切啃伤刃口。这种过切可能是由于产品淬火应力、加工应力变形产生或机床加工精度原因造成的凸凹模、上下模板尺寸和形状位置偏差。因此在凸凹模剪切间隙很小的情况下，采用相同硬度的凸凹模就很有可能砸伤凸凹模的刃口，所以选用合适的硬度及硬度差异既降低了热处理工艺的难度，保证剪切要求，又有利于保护凸凹模。由于允许微过切现象的存在，这样既降低了对凸凹模本身的加工难度要

5、求，也减小了对凸凹模相关辅助件及上下模板的加工精度要求。2.3冲切压力中心设计由于冲切凸凹模这间的间隙很小，所以必须使模具的冲切压力中心与冲压设备的滑块的中心重合。否则在冲压时将产生弯矩，使冲压设备的滑块和模具发生歪斜，引起凸、凹模间隙不均匀，甚至在凸、凹模之间产生经常连续的过切现象，造成刃口迅速钝化，并使冲压设备和模具的导向机构产生不均匀磨损。同时为了获得良好的剪切效果，根据是落料还是冲孔，须把凹模或凸模设计成斜刃，并让斜刃呈对称分布，以免凸、凹模承受单向侧压力而发生偏移损坏刃口。对于超薄有色金属材料，斜角可选择在2°以下。3加工此类零件在生产过程中有两个关键点：一是热处理

6、问题，二是凸凹模及刃口质量的问题。在热处理方面，主要有以下的原因会造成凸凹模的报废：首先是材料方面的问题，在正确选材后，应特别注意材料的品质，如果不是选择正规的材料，即使是选择了很好牌号的热处理微变形材料，也会产生热处理变形较大而没有精加工余量而报废；其次是由于热处理方法不当造成产品变形较大而报废，或者热处理后产品变形不大，但由于热处理后有应力存在或者热处理后产品的金相组织不良，造成产品在后期精加工过程中或在使用一段时候后出现报废。由于产品零件尺寸较大，如果凸凹模在热处理后或精加工过程中因为应力的原因而产生变形，对产品的最终质量将产生不良的影响；而且凸凹模之间的配合间隙很小，

7、在连续高速冲切过程中，凸凹模由于摩擦会产生较高的温度，会对凸凹模本身造成二次回火的作用，如果材料本身质量不良或热处理方法不当，均可能因为二次回火产生凸凹模的膨胀或收缩，最终造成凸凹模的报废。为了避免上述情况的出现，需要在如下环节注意产品的质量控制：3.1选择正规厂家的材料，要求材料的碳化物偏析较小。对于碳化物偏析严重的模具钢需进行合理的锻造，并在锻后进行调质处理，消除材料的各向异性。但是尺寸较大的模具钢的锻造，大多数厂家都不具备条件，、可采用固溶双细化处理达到消除碳化物偏析严重的现象，从而减少模具热处理