1引言

當前由于產品變化更新較快，同時，大部分技術人員為了保證模具的壽命對模具的選材盡量沿著高端走，模具壽命的問題在沖壓類模具企業沒有顯得特別突出，因而模具壽命在許多沖壓類模具企業并沒有受到太大的重視。對于產品批量要求大、模具壽命要求長時，大多生產商為了保證其正常生產節奏，要么采用快換凸模的模具結構形式，要么干脆備用—套模具。

由于對模具沒有合理的壽命估算，模具的成本在這個生產過程中就顯得特別高。影響模具壽命的因素有很多，模具材料、模具潤滑形式、板材性能、零件表面粗糙度、模具材料熱處理工藝、模具幾何形狀、沖裁間隙都是不可忽略的因素，但實際生產中，板材因產品限定無法更改的，而模具一旦加工出來，就只有潤滑形式、模具裝配間隙是可調的。相對于成型類模具，潤滑形式對沖裁類模具壽命影響不如間隙影響大，間隙因素為越來越多的技術人員所重視。目前參考文獻關于間隙對模具壽命的影響大多是定性分析，能夠定量分析并給出工程技術人員以直接指導的并不多見。

模型建立 ，如圖1所示，一軸對稱沖裁模型，為了防止板料在沖壓過程中發生翹曲影響沖件平整度，一般需要配置壓料板。算例凸凹模選材均為AISI—D2COLD，凹模內孔直徑D凹為lOmm，單邊間隙為O．1mm，凸模外徑D凸為9．8mm。為防止剛度矩陣的奇異，凸凹模圓角分別取0．05、0．08ram。板料為不銹鋼AISI304，厚度lmm，楊氏模量E為2．IE5MPa，屈服極限以為365MPa，泊松比7為0．29，為統一計算比較，所有速度按lmm／s(主要便于觀察各個細分的計算步，同時防止過大的速度導致板料工具相互嵌入過大，網格重新劃分的工作量過大111)。金屬剪切摩擦按o．08計。

2沖裁模間隙對模具壽命的影響

　

在沖裁模的設計中,凸凹模間隙的合理選取,是保證模具正常工作、提高沖片質量、延長模具壽命的一個關鍵因素。理想的間隙應該是板料沖裁斷裂時,凸凹模刃口邊所產生的裂紋在一條直線上,否則沖片邊緣將出現不允許的毛刺,使得刃口粘結嚴重,磨損加快,進而影響模具的壽命。所以,如何選取合理的凸凹模間隙,是模具設計時不容忽視的問題。

通常情況下,模具設計中間隙一般都按設計手冊推薦的間隙值選取。例如,我廠電機定、轉子片為0. 5mm 的硅鋼片, 手冊推薦的間隙為0 . 0 4 ~0. 07mm ,約為材料厚度的8 %~14 %。按照這個間隙,沖出的定、轉子片毛刺雖能控制在規定范圍內。但由于間隙偏小,使得凸模與被沖的孔之間、凹模與落料之間的摩擦嚴重,造成凸模和凹模側壁產生粘結,卸料力增大,影響沖片斷面的質量,刃口容易變鈍,沖片易出毛刺,且毛刺增長過快,甚至發生凹模脹裂現象,致使模具壽命下降。且取小間隙時,由于彈性回跳作用,落料件尺寸大于凹模,沖出的孔徑小于凸模,從而造成沖片的尺寸精度出現誤差。

為提高沖片質量,延長模具壽命,根據國內外資料信息,在實踐中對模具間隙做了試驗摸索,證明放大間隙是非常有效的。

經過多次對0. 5mm 厚硅鋼片沖裁的試驗,發現間隙值在材料厚度的20 %左右范圍內,即間隙值為0. 09~0. 11mm 最為合適。采用這個間隙,可以獲得如下效果:

(1) 提高了沖片質量。刃口鋒利時毛刺小,沖裁過程中毛刺增長緩慢。

(2) 沖片表面平整度大大改善,特別是相鄰孔之間。

(3) 凸凹模側壁無粘結,減小了卸料力。

(4) 延長了模具壽命。刃磨一次可以保證較的沖次,從而減少刃磨次數,提高了生產效率。放大間隙還可降低模具制造的費用。例如,對于沖裁1. 5mm 厚O8F 冷板,手冊推薦的間隙值為0. 15~0. 18mm ,用線切割加工凸凹模無法保證模具的間隙(鉬絲直徑為0. 12mm) ,因此不得不將凸凹模分別切割,結果既費材料又費工時。當選擇較大的間隙時(按料厚的20 %左右) ,則問題迎刃而解,可順利地一次切割出凸凹模,從而降低模具制造的費用,沖片質量也可保證。

實踐證明,合理地放大間隙,可使沖裁質量得到有效的保證,且模具壽命能提高2~3 倍

3模具磨損壽命分析

在模具的使用過程中，板料與模具之間有較大的摩擦，凸模底部、側壁；凹模頂部、側壁都有較大的磨損。本文凸、凹模的材料均選用從，并且凸模熱處理硬度預設HRC56，凹模熱處理硬度設為HRC60，板料為不銹鋼304，硬度HRCl6。磨損模型選用Arcard，以ALE(Arbitrary【丑grangeEuler)算法％如圖8所示，是料厚為lmm，凸模圓角OD5mm，凹模圓角0．08ram，凸凹模間隙為0．02ram的條件下，沖裁斷裂后凸、凹模的整個磨損分布。分析得出模具底部相對于圓弧側壁磨損的區域要小，凹模相對凸模來講磨損區域和磨損程度要小。

根據圖8的算例結果，假設模具的公差要求為(m02)mm，就可以算出該凸模的磨損使用壽命，圖示最大單次沖裁磨損量是6．25x10-‰，可沖裁次數為0．02／(6．25xlO。6)，即該凸模的使用壽命約為3200次沖裁。為了使凸模能夠得到最初的形狀需要刃磨，最小刃磨量可根據最大磨損量的位置和區域大小測量出來。(本例為0．22)。根據這種方法，將不同的間隙條件下求得的最大磨損量、磨損區域大小、距離凸模底部的距離等參數，如表l所示。

根據表上的數據町以得出：隨著間隙增大，最大磨損量是逐漸減小的，但在間隙超出一定范圍之后(本例是0．12)磨損量又會變大，然后逐漸減小。磨損區域較集中，中心部位多集中在距底部(0．15--0．25)mm的范圍。

如圖9所示，是根據表2的結果，假設凸模的最大磨損量只有0．02ram時得出的間隙與壽命的關系。從圖中可以看出，隨著間隙變大，模具的壽命相應提高，在(o．1-0．12)ram(料厚lmm)壽命較高，(0．12-O．15)mm的間隙壽命急劇下降，然后間隙再增大壽命逐漸提高，但變化比較平緩。與圖9相對應的刃磨量在圖10上反映出來，其基本走勢與磨損壽命關系圖的走勢比較一致。亦即壽命長的凸模為了得到原始形狀，相應的刃磨長度也會變大。較特殊的情況是在(0．15--O．20)mm間隙時。隨著間隙變大，壽命增加，但所需刃磨長度并沒有明顯增加。文章不涉及疲勞裂紋出現的刃磨，如果出現疲勞裂紋，為了能夠得到合理的沖裁凸模形狀，需要及時刃模，以消除裂紋急劇擴展導致凸模報廢阿。

4結論

間隙是沖裁模具設計、制造過程中一個很重要的因素，長久以來，我國工程技術人員沿用原來蘇聯的技術標準體系，模具制造間隙整體偏小，模具壽命難以達到理想狀態。本文根據工廠常用的模具鋼材D：進行了間隙、變形、壽命相關的分析。根據分析結果可以得出：

(1)間隙隨著從零逐漸變大到一定范圍，凸模的沖裁力逐漸變小。由于在小間隙狀態下一般采用精沖工藝，壓板一般采用齒圈壓板，本文為對比試驗所有壓板均用平面壓板。而且均以壓板接觸材料為初始邊界條件，壓板不再施加外力，便于在同一條件下比較。事實上，壓板上所使用的壓料力對板料的沖裁是有影響的，如本文的例子在間隙達到0．3mm以上時，凸模所需的沖裁力會變大，而不再繼續變小，由于間隙較大，變形的初期更像是拉延變形的過程，若壓料力不夠大，部分材料會沿著凹模口流入凹模，使得塑性變形的區域變得較大，整體顯示出凸模的沖裁力加大。但在實際模具制造過程中，如此大的間隙已沒有實際工程價值。

(2)間隙變大在一定范圍內會使模具磨損壽命提高(本文算例為小于12％料厚)，超出該范圍后壽命會顯著降低，然后間隙再變大時(算例大于15％料厚)，壽命變化不是特別明顯；相應的刃磨量趨勢與壽命變化趨勢基本一致。模具的總壽命是在若干次的刃磨后總體表達出來的。只給出了每次刃磨模具能夠使用的壽命。

(3)對于高速沖裁，其真實環境的模擬更為重要，對于小間隙模具在沖裁次數達到2000次／分時，沖頭有時溫度可達到300。C以上，此時磨損壽命會比常溫更低。同時在高速沖裁的條件下，凸模與板料剛接觸的動態響應產生極大的瞬間沖壓力，會造成模具的疲勞破壞，有時比模具磨損壽命更低，所以高速沖裁這個因素不能忽略。關于這方面的內容留待后續研究，本文不涉及。

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