冲裁间隙对模具使用寿命的影响到底有多大呢，我们一起来研究下！

1引言

当前由于产品变化更新较快，同时，大部分技术人员为了保证模具的寿命对模具的选材尽量沿着高端走，模具寿命的问题在冲压类模具企业没有显得特别突出，因而模具寿命在许多冲压类模具企业并没有受到太大的重视。对于产品批量要求大、模具寿命要求长时，大多生产商为了保证其正常生产节奏，要么采用快换凸模的模具结构形式，要么干脆备用—套模具。

由于对模具没有合理的寿命估算，模具的成本在这个生产过程中就显得特别高。影响模具寿命的因素有很多，模具材料、模具润滑形式、板材性能、零件表面粗糙度、模具材料热处理工艺、模具几何形状、冲裁间隙都是不可忽略的因素，但实际生产中，板材因产品限定无法更改的，而模具一旦加工出来，就只有润滑形式、模具装配间隙是可调的。相对于成型类模具，润滑形式对冲裁类模具寿命影响不如间隙影响大，间隙因素为越来越多的技术人员所重视。目前参考文献关于间隙对模具寿命的影响大多是定性分析，能够定量分析并给出工程技术人员以直接指导的并不多见。

模型建立 ，如图1所示，一轴对称冲裁模型，为了防止板料在冲压过程中发生翘曲影响冲件平整度，一般需要配置压料板。算例凸凹模选材均为AISI—D2COLD，凹模内孔直径D凹为lOmm，单边间隙为O．1mm，凸模外径D凸为9．8mm。为防止刚度矩阵的奇异，凸凹模圆角分别取0．05、0．08ram。板料为不锈钢AISI304，厚度lmm，杨氏模量E为2．IE5MPa，屈服极限以为365MPa，泊松比7为0．29，为统一计算比较，所有速度按lmm／s(主要便于观察各个细分的计算步，同时防止过大的速度导致板料工具相互嵌入过大，网格重新划分的工作量过大111)。金属剪切摩擦按o．08计。

2冲裁模间隙对模具寿命的影响

　

在冲裁模的设计中,凸凹模间隙的合理选取,是保证模具正常工作、提高冲片质量、延长模具寿命的一个关键因素。理想的间隙应该是板料冲裁断裂时,凸凹模刃口边所产生的裂纹在一条直线上,否则冲片边缘将出现不允许的毛刺,使得刃口粘结严重,磨损加快,进而影响模具的寿命。所以,如何选取合理的凸凹模间隙,是模具设计时不容忽视的问题。

通常情况下,模具设计中间隙一般都按设计手册推荐的间隙值选取。例如,我厂电机定、转子片为0. 5mm 的硅钢片, 手册推荐的间隙为0 . 0 4 ~0. 07mm ,约为材料厚度的8 %~14 %。按照这个间隙,冲出的定、转子片毛刺虽能控制在规定范围内。但由于间隙偏小,使得凸模与被冲的孔之间、凹模与落料之间的摩擦严重,造成凸模和凹模侧壁产生粘结,卸料力增大,影响冲片断面的质量,刃口容易变钝,冲片易出毛刺,且毛刺增长过快,甚至发生凹模胀裂现象,致使模具寿命下降。且取小间隙时,由于弹性回跳作用,落料件尺寸大于凹模,冲出的孔径小于凸模,从而造成冲片的尺寸精度出现误差。

为提高冲片质量,延长模具寿命,根据国内外资料信息,在实践中对模具间隙做了试验摸索,证明放大间隙是非常有效的。

经过多次对0. 5mm 厚硅钢片冲裁的试验,发现间隙值在材料厚度的20 %左右范围内,即间隙值为0. 09~0. 11mm 最为合适。采用这个间隙,可以获得如下效果:

(1) 提高了冲片质量。刃口锋利时毛刺小,冲裁过程中毛刺增长缓慢。

(2) 冲片表面平整度大大改善,特别是相邻孔之间。

(3) 凸凹模侧壁无粘结,减小了卸料力。

(4) 延长了模具寿命。刃磨一次可以保证较的冲次,从而减少刃磨次数,提高了生产效率。放大间隙还可降低模具制造的费用。例如,对于冲裁1. 5mm 厚O8F 冷板,手册推荐的间隙值为0. 15~0. 18mm ,用线切割加工凸凹模无法保证模具的间隙(钼丝直径为0. 12mm) ,因此不得不将凸凹模分别切割,结果既费材料又费工时。当选择较大的间隙时(按料厚的20 %左右) ,则问题迎刃而解,可顺利地一次切割出凸凹模,从而降低模具制造的费用,冲片质量也可保证。

实践证明,合理地放大间隙,可使冲裁质量得到有效的保证,且模具寿命能提高2~3 倍

3模具磨损寿命分析

在模具的使用过程中，板料与模具之间有较大的摩擦，凸模底部、侧壁；凹模顶部、侧壁都有较大的磨损。本文凸、凹模的材料均选用从，并且凸模热处理硬度预设HRC56，凹模热处理硬度设为HRC60，板料为不锈钢304，硬度HRCl6。磨损模型选用Arcard，以ALE(Arbitrary【丑grangeEuler)算法％如图8所示，是料厚为lmm，凸模圆角OD5mm，凹模圆角0．08ram，凸凹模间隙为0．02ram的条件下，冲裁断裂后凸、凹模的整个磨损分布。分析得出模具底部相对于圆弧侧壁磨损的区域要小，凹模相对凸模来讲磨损区域和磨损程度要小。

根据图8的算例结果，假设模具的公差要求为(m02)mm，就可以算出该凸模的磨损使用寿命，图示最大单次冲裁磨损量是6．25x10-‰，可冲裁次数为0．02／(6．25xlO。6)，即该凸模的使用寿命约为3200次冲裁。为了使凸模能够得到最初的形状需要刃磨，最小刃磨量可根据最大磨损量的位置和区域大小测量出来。(本例为0．22)。根据这种方法，将不同的间隙条件下求得的最大磨损量、磨损区域大小、距离凸模底部的距离等参数，如表l所示。

根据表上的数据町以得出：随着间隙增大，最大磨损量是逐渐减小的，但在间隙超出一定范围之后(本例是0．12)磨损量又会变大，然后逐渐减小。磨损区域较集中，中心部位多集中在距底部(0．15--0．25)mm的范围。

如图9所示，是根据表2的结果，假设凸模的最大磨损量只有0．02ram时得出的间隙与寿命的关系。从图中可以看出，随着间隙变大，模具的寿命相应提高，在(o．1-0．12)ram(料厚lmm)寿命较高，(0．12-O．15)mm的间隙寿命急剧下降，然后间隙再增大寿命逐渐提高，但变化比较平缓。与图9相对应的刃磨量在图10上反映出来，其基本走势与磨损寿命关系图的走势比较一致。亦即寿命长的凸模为了得到原始形状，相应的刃磨长度也会变大。较特殊的情况是在(0．15--O．20)mm间隙时。随着间隙变大，寿命增加，但所需刃磨长度并没有明显增加。文章不涉及疲劳裂纹出现的刃磨，如果出现疲劳裂纹，为了能够得到合理的冲裁凸模形状，需要及时刃模，以消除裂纹急剧扩展导致凸模报废阿。

4结论

间隙是冲裁模具设计、制造过程中一个很重要的因素，长久以来，我国工程技术人员沿用原来苏联的技术标准体系，模具制造间隙整体偏小，模具寿命难以达到理想状态。本文根据工厂常用的模具钢材D：进行了间隙、变形、寿命相关的分析。根据分析结果可以得出：

(1)间隙随着从零逐渐变大到一定范围，凸模的冲裁力逐渐变小。由于在小间隙状态下一般采用精冲工艺，压板一般采用齿圈压板，本文为对比试验所有压板均用平面压板。而且均以压板接触材料为初始边界条件，压板不再施加外力，便于在同一条件下比较。事实上，压板上所使用的压料力对板料的冲裁是有影响的，如本文的例子在间隙达到0．3mm以上时，凸模所需的冲裁力会变大，而不再继续变小，由于间隙较大，变形的初期更像是拉延变形的过程，若压料力不够大，部分材料会沿着凹模口流入凹模，使得塑性变形的区域变得较大，整体显示出凸模的冲裁力加大。但在实际模具制造过程中，如此大的间隙已没有实际工程价值。

(2)间隙变大在一定范围内会使模具磨损寿命提高(本文算例为小于12％料厚)，超出该范围后寿命会显著降低，然后间隙再变大时(算例大于15％料厚)，寿命变化不是特别明显；相应的刃磨量趋势与寿命变化趋势基本一致。模具的总寿命是在若干次的刃磨后总体表达出来的。只给出了每次刃磨模具能够使用的寿命。

(3)对于高速冲裁，其真实环境的模拟更为重要，对于小间隙模具在冲裁次数达到2000次／分时，冲头有时温度可达到300。C以上，此时磨损寿命会比常温更低。同时在高速冲裁的条件下，凸模与板料刚接触的动态响应产生极大的瞬间冲压力，会造成模具的疲劳破坏，有时比模具磨损寿命更低，所以高速冲裁这个因素不能忽略。关于这方面的内容留待后续研究，本文不涉及。

愿每一位想学习的朋友找到需要的资料  致力于在线教育行业
从零基础到模具设计精英   专业在线教学  需要更多学习资料或视频的可以加我QQ487209997 微信同号