模具之家讯：摘要 分析了冲小孔凸模的破坏形式，提出了几种较为理想的预防措施，以提高 冲小孔凸模的使用寿命和冲压件质量，降低生产成本。
关键词 凸模 冲孔 破坏形式 预防
在冲裁过程中，凸模不仅承受轴向冲击力的作用，同时又不可避免地承受径向力的作用（这里的径向力是指作用于凸模侧壁各力的总称）。由各种原因引起坯料的偏移、卸料板的偏移、冲裁力分布不均等因素都会造成凸模承受径向力的作用。而且冲小孔凸模相对于普通凸模而言，其结构细而长，因而强度、刚度较差，在冲裁过程中容易弯曲，甚至折断。要防止冲小孔凸模的弯曲或折断，应从改善凸模结构和受力条件，增设导向机构，减小径向力以及选用合理的模具材料等角度入手。本文通过对生产中各类冲小孔模具进行综合分析，提出以下预防措施。
1 加强凸模的导向，增设导向护套
在凸模外增设导向护套，使凸模处于局部导向（图 1a ）或全长导向（图 1b ），以提高凸模的强度和刚度。图中有的采用卸料板直接导向，有的在卸料板上增加导向套，有的是在凸模外增设导向护套或导向套、导向护套兼而有之。当然，这类模具中卸料板自身必须自带导向机构，其配合部分单边间隙一般取 0.004 ～ 0.006mm 。小凸模同样受到导向护套或卸料板的导向，其单边间隙取 0.005 ～ 0.01mm 或取 H8/h8 的动配合。这样，即可提高模具自身的导向精度，保证冲裁件的形状、尺寸精度，同时又可缩短小凸模的自由长度，减少或消除卸料板作用于凸模的径向力，从而达到防止小凸模弯曲或折断的效果。
图 1
(a) 小凸模的局部导向 (b) 小凸模的全长导向
2 防止坯料冲裁过程中的偏移
冲压生产中，由于各种原因会使坯料产生滑动现象，特别是在级进模生产中，前后工位若有成形工序、切口工序或冲孔周边距不等，坯料则会向某一方向整体移动或某一局部偏移，小凸模随之移动而被折断，消除这种缺陷可采用以下措施：
（ 1 ）采用无间隙高精度柔性导正销（图 2 ）
图 2 柔性导正销
导正销端部为 60 °锥角，导正销直径比导正孔直径大 1 ～ 1.5mm ，故导正销与导正孔之间为线接触，不但提高了导正销强度和导正精度，消除了坯料的整体偏移，同时可起卸料作用，阻止带料随凸模上升。
（ 2 ）在小孔周边对坯料加压
多工序冲压生产中，零件的成形是分步、逐次完成的。若冲小孔时周边间距不等，根据金属流动阻力最小定律，小孔附近坯料向孔间距较小的地方偏移，凸模随之弯曲，甚至使凸模、凹模发生刚性碰撞而崩裂或折断，这种现象在厚料上冲小孔尤为显著。模具工作结构可按图 3 设计，在冲裁之前，将弹性元件施加于卸料板上的力全部传递到小孔周边较小的面积内，以产生较大的压力，这样就可减缓孔型周边坯料的任意移动，从而达到防止凸模折断的目的。同时提高了孔型周边坯料的三向静水压，使坯料塑性提高，这与精冲有异曲同工的效果。
图 3 在小孔周边对坯料加压的模具结构
3 消除模具外界因素对小凸模的影响
通常情况下，固定有凸模的上模座紧固在压力机的滑块上，因此，模具的精度直接受压力机精度影响。如果压力机滑块与导轨之间间隙调整不当或导轨已被磨损，则滑块下降时会左右摆动，最终导致模具导柱、导套出现非正常磨损而失去导准作用，细小凸模也会受到非正常振动而产生变形甚至折断。
为了减小模具外界因素对小凸模的影响，可采取以下三种措施：
（ 1 ）选用浮动模柄
浮动模柄有两种形式（图 4 ），当滑块下移左右摆动时，浮动模柄内球面接头之间相对转动，从而消除了凸模的非正常振动和变形，达到防止凸模折断的目的。
图 4 浮动模柄结构
（ 2 ）选用浮动子模结构
加工一副级进模通常有几十道甚至上百道工序，其中有些小孔的精度要求很高，为了保证冲压件质量，提高小凸模寿命，往往在上模架上设置许多子模结构或浮动子模结构（图 5 ）。浮动子模块自带导向装置，卸料板对小凸模起导向作用，这样可排除其他工序及主模架、压力机滑块等在工作过程中对小凸模的影响，以保证小孔质量并提高凹模寿命，即使产生重料、错送等异常现象，凸模也不会啃口、崩裂。
图 5 浮动子模结构
（ 3 ）设计独立模架结构
即使模具的上下模自成一体，上模座与压力机滑块相对独立，只有在冲裁时，滑块冲击上模座 , 完成冲裁过程。滑块回程时，上模依靠模具自身的弹性装置使其复位，这样，几乎完全消除了压力机对模具精度的影响。
4 在局部冲裁的凸模上增设导向块
在冲裁时，由于工件结构或冲压工序的要求，如在板料上需冲出缺口，但这会造成冲裁力不平衡分布而使坯料产生偏移，致使冲裁间隙发生变化，冲裁件毛刺增加，凸模、凹模磨损严重，小凸模产生弯曲而折断或小凸模与凹模发生刚性碰撞而崩裂。
为了防止上述现象，可在凸模刃口上增设导向块（图 6 ），即在凸模工作刃口平面下凸出一部分，在冲裁之前伸入凹模，并沿凹模内壁下滑。这样，不仅增加了小凸模的断面尺寸，还能保证正常的冲裁间隙。
图 6 凸模刃口增设导向块
5 减小凸模长度
图 7 超短凸模结构
减小凸模长度有利于提高自身的强度、刚度，是各种措施之中最为有效的方法之一，但往往受到模具整体结构、工艺要求等因素的限制难以自如运用。若模具结构、工艺性质允许，可使用如图 7 所示的超短凸模或浮动凸模结构（图 8 ）。
图 8 浮动凸模结构
6 凸模与固定板之间采用间隙配合
普通冲模的凸模与固定板间采用过渡或过盈配合，其目的是为了在冲裁时能准确地定位。但实际加工中，不可能将固定凸模的孔加工得绝对垂直，因此，冲裁时小凸模总会受到一定的径向力作用。若将凸模与固定板的配合采用间隙配合（如 H7/h6 等），在卸料板精确导向的情况下，凸模固定部分就有适当的调整余地，避免在冲裁时由于制造精度而产生的附加应力，防止凸模的折断。
另外，选用高精度的模架、强韧度较高的模具材料及合理的热处理，使模具的压力中心与模具中心线重合等都是常规模具设计中必须考虑的事项，在一定程度上均可防止小凸模的弯曲、折断，提高小凸模的使用寿命。 摘要 分析了冲小孔凸模的破坏形式，提出了几种较为理想的预防措施，以提高 冲小孔凸模的使用寿命和冲压件质量，降低生产成本。
关键词 凸模 冲孔 破坏形式 预防
在冲裁过程中，凸模不仅承受轴向冲击力的作用，同时又不可避免地承受径向力的作用（这里的径向力是指作用于凸模侧壁各力的总称）。由各种原因引起坯料的偏移、卸料板的偏移、冲裁力分布不均等因素都会造成凸模承受径向力的作用。而且冲小孔凸模相对于普通凸模而言，其结构细而长，因而强度、刚度较差，在冲裁过程中容易弯曲，甚至折断。要防止冲小孔凸模的弯曲或折断，应从改善凸模结构和受力条件，增设导向机构，减小径向力以及选用合理的模具材料等角度入手。本文通过对生产中各类冲小孔模具进行综合分析，提出以下预防措施。
1 加强凸模的导向，增设导向护套
在凸模外增设导向护套，使凸模处于局部导向（图 1a ）或全长导向（图 1b ），以提高凸模的强度和刚度。图中有的采用卸料板直接导向，有的在卸料板上增加导向套，有的是在凸模外增设导向护套或导向套、导向护套兼而有之。当然，这类模具中卸料板自身必须自带导向机构，其配合部分单边间隙一般取 0.004 ～ 0.006mm 。小凸模同样受到导向护套或卸料板的导向，其单边间隙取 0.005 ～ 0.01mm 或取 H8/h8 的动配合。这样，即可提高模具自身的导向精度，保证冲裁件的形状、尺寸精度，同时又可缩短小凸模的自由长度，减少或消除卸料板作用于凸模的径向力，从而达到防止小凸模弯曲或折断的效果。
图 1
(a) 小凸模的局部导向 (b) 小凸模的全长导向
2 防止坯料冲裁过程中的偏移
冲压生产中，由于各种原因会使坯料产生滑动现象，特别是在级进模生产中，前后工位若有成形工序、切口工序或冲孔周边距不等，坯料则会向某一方向整体移动或某一局部偏移，小凸模随之移动而被折断，消除这种缺陷可采用以下措施：
（ 1 ）采用无间隙高精度柔性导正销（图 2 ）
图 2 柔性导正销
导正销端部为 60 °锥角，导正销直径比导正孔直径大 1 ～ 1.5mm ，故导正销与导正孔之间为线接触，不但提高了导正销强度和导正精度，消除了坯料的整体偏移，同时可起卸料作用，阻止带料随凸模上升。
（ 2 ）在小孔周边对坯料加压
多工序冲压生产中，零件的成形是分步、逐次完成的。若冲小孔时周边间距不等，根据金属流动阻力最小定律，小孔附近坯料向孔间距较小的地方偏移，凸模随之弯曲，甚至使凸模、凹模发生刚性碰撞而崩裂或折断，这种现象在厚料上冲小孔尤为显著。模具工作结构可按图 3 设计，在冲裁之前，将弹性元件施加于卸料板上的力全部传递到小孔周边较小的面积内，以产生较大的压力，这样就可减缓孔型周边坯料的任意移动，从而达到防止凸模折断的目的。同时提高了孔型周边坯料的三向静水压，使坯料塑性提高，这与精冲有异曲同工的效果。
图 3 在小孔周边对坯料加压的模具结构
3 消除模具外界因素对小凸模的影响
通常情况下，固定有凸模的上模座紧固在压力机的滑块上，因此，模具的精度直接受压力机精度影响。如果压力机滑块与导轨之间间隙调整不当或导轨已被磨损，则滑块下降时会左右摆动，最终导致模具导柱、导套出现非正常磨损而失去导准作用，细小凸模也会受到非正常振动而产生变形甚至折断。
为了减小模具外界因素对小凸模的影响，可采取以下三种措施：
（ 1 ）选用浮动模柄
浮动模柄有两种形式（图 4 ），当滑块下移左右摆动时，浮动模柄内球面接头之间相对转动，从而消除了凸模的非正常振动和变形，达到防止凸模折断的目的。
图 4 浮动模柄结构
（ 2 ）选用浮动子模结构
加工一副级进模通常有几十道甚至上百道工序，其中有些小孔的精度要求很高，为了保证冲压件质量，提高小凸模寿命，往往在上模架上设置许多子模结构或浮动子模结构（图 5 ）。浮动子模块自带导向装置，卸料板对小凸模起导向作用，这样可排除其他工序及主模架、压力机滑块等在工作过程中对小凸模的影响，以保证小孔质量并提高凹模寿命，即使产生重料、错送等异常现象，凸模也不会啃口、崩裂。
图 5 浮动子模结构
（ 3 ）设计独立模架结构
即使模具的上下模自成一体，上模座与压力机滑块相对独立，只有在冲裁时，滑块冲击上模座 , 完成冲裁过程。滑块回程时，上模依靠模具自身的弹性装置使其复位，这样，几乎完全消除了压力机对模具精度的影响。
4 在局部冲裁的凸模上增设导向块
在冲裁时，由于工件结构或冲压工序的要求，如在板料上需冲出缺口，但这会造成冲裁力不平衡分布而使坯料产生偏移，致使冲裁间隙发生变化，冲裁件毛刺增加，凸模、凹模磨损严重，小凸模产生弯曲而折断或小凸模与凹模发生刚性碰撞而崩裂。
为了防止上述现象，可在凸模刃口上增设导向块（图 6 ），即在凸模工作刃口平面下凸出一部分，在冲裁之前伸入凹模，并沿凹模内壁下滑。这样，不仅增加了小凸模的断面尺寸，还能保证正常的冲裁间隙。
图 6 凸模刃口增设导向块
5 减小凸模长度
图 7 超短凸模结构
减小凸模长度有利于提高自身的强度、刚度，是各种措施之中最为有效的方法之一，但往往受到模具整体结构、工艺要求等因素的限制难以自如运用。若模具结构、工艺性质允许，可使用如图 7 所示的超短凸模或浮动凸模结构（图 8 ）。
图 8 浮动凸模结构
6 凸模与固定板之间采用间隙配合
普通冲模的凸模与固定板间采用过渡或过盈配合，其目的是为了在冲裁时能准确地定位。但实际加工中，不可能将固定凸模的孔加工得绝对垂直，因此，冲裁时小凸模总会受到一定的径向力作用。若将凸模与固定板的配合采用间隙配合（如 H7/h6 等），在卸料板精确导向的情况下，凸模固定部分就有适当的调整余地，避免在冲裁时由于制造精度而产生的附加应力，防止凸模的折断。
另外，选用高精度的模架、强韧度较高的模具材料及合理的热处理，使模具的压力中心与模具中心线重合等都是常规模具设计中必须考虑的事项，在一定程度上均可防止小凸模的弯曲、折断，提高小凸模的使用寿命。
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