1、沖壓模具的沖壓精度分析2008-10-16 15:04來源： 對沖模投產(chǎn)至失效報廢各個時期沖件的實際誤差分析，可以看出其增大的時期及趨向，從而分析其增大的因素。新沖模投產(chǎn)至第一次刃磨前沖制沖件的誤差即所謂的初始誤差；沖模經(jīng)過20次左右刃磨至失效報廢前沖制的沖件誤差稱之為常規(guī)誤差；而沖模失效報廢前沖制的最后一批合格沖件的允許最大誤差稱之為極限誤差。在現(xiàn)場，確定沖模刃磨壽命的依據(jù)是沖件沖孔與落料的毛刺高度。由于任何成形件都具有沖裁作業(yè)（毛坯落料或沖孔），對于復(fù)合模尤為如此。所以，沖件毛刺高度的觸模檢查和測量并按企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)或JB4129-85沖壓件毛刺高度對照檢測就顯得十分重要。沖模的初始誤差通常是沖

2、模整個壽命中沖件誤差最小的。其大小主要取決于沖模的制造精度與質(zhì)量及沖件尺寸、料厚以及間隙值大小與均勻度。沖模的制造精度及質(zhì)量又取決于制模工藝。對于料厚t1mm的中碳鋼復(fù)合沖裁模沖件，實驗結(jié)果與生產(chǎn)實踐都證明，電火花線切割制造的沖模沖件毛刺高度比用成型磨或NC與CNC連續(xù)軌跡座標(biāo)磨即精密磨削工藝制造的沖模沖件要高25%30%。這是因為后者不僅加工精度高，而且加工面粗糙度Ra值要比前者小一個數(shù)量級，可達到0.025m。因此，沖模的制造精度與質(zhì)量等因素決定了沖模的初始沖壓精度，也造就了沖件的初始誤差。沖件的常規(guī)誤差是沖模經(jīng)第一次刃磨到最后一次刃磨后沖出最后一個合格沖件為止，沖件實際具有的誤差。隨著刃

3、磨次數(shù)的增加，刃口的自然磨損而造成的尺寸增量逐漸加大，沖件的誤差也隨之加大。當(dāng)其誤差超過極限偏差時，沖件就不合格，沖模也就失效報廢。沖件上孔與內(nèi)形因凸模磨損尺寸會逐漸變小；其外形落料尺寸會因凹模磨損而逐漸增大。所以，沖件上孔與內(nèi)形按單向正偏差標(biāo)允差并依接近或幾乎等于極限最大尺寸制模。同理，沖件外形落料按單向負(fù)偏差標(biāo)注允差并依接近或幾乎等于極限最小尺寸制模。這樣就使沖件的常規(guī)誤差范圍擴大，沖模可刃磨次數(shù)增加，模具壽命提高。沖件的極限誤差是具有極限偏差的沖件所具有的實際允許的最大尺寸誤差。這類沖件通常是在沖模失效報廢前沖制的最后一批合格沖件。對各類沖模沖件誤差在沖模整個壽命中出現(xiàn)的波動、增減趨向及

4、規(guī)律等進行全面分析便可發(fā)現(xiàn)：沖件誤差的主導(dǎo)部分是不變的；因刃口或型腔的自然磨損而出現(xiàn)的誤差增量隨沖模刃磨沖數(shù)增加而使這部分誤差逐漸加大；還有部分誤差的增量是非常規(guī)的、不可預(yù)見的。所以，各類沖模沖件誤差是由因定誤差、漸增誤差、系統(tǒng)誤差及偶發(fā)誤差等幾部分綜合構(gòu)成。1、固定誤差新沖模在指定的沖壓設(shè)備上投入使用至失效報廢的整個（總）壽命過程中，其合格沖件誤差的主導(dǎo)部分固定不變即所謂固定誤差。其大小就是新沖模第一次刃磨前沖制的合格沖件的偏差，也即沖模的初始誤差，而此時的沖模具有初始沖壓精度。刃磨后的沖模，因其工作零件（凸、凹模）磨損而改變尺寸誤差，使沖件識差增量隨刃磨次數(shù)增加而逐漸加大，故沖模刃磨后的沖

5、壓精度亦稱“刃磨精度”比其初始精度要低。沖模沖件的固定誤差取決于以下各要素：（1）沖件的材料種類、結(jié)構(gòu)（形狀）尺寸及料厚沖裁間隙的大小及其均勻度對沖裁件的尺寸精度有決定性的影響。不同沖裁工藝、不同材料種類與不等料厚，間隙相差懸殊，沖壓精度差異很大。同一種模數(shù)m=0.34的2mm的料厚、中心有孔的H62黃銅材料片齒輪復(fù)合模沖件，當(dāng)取間隙C=0.5%t（單邊），用復(fù)合精沖模沖制，沖件尺寸精度達到IT7級，沖件平直無拱彎，沖切面垂直度可達89.5，其表面粗糙Ra值為0.2m；而用普通復(fù)合模沖制，間隙C=5%t（單邊），沖件初始誤差亦即沖模的初始沖壓精度為1T9級，沖切面粗糙度Ra值為12.5m，毛刺

6、高度為0.10mm；還是這個沖件用連續(xù)模沖制，間隙C=7%t（單邊），初始沖件精度為IT11級，沖切面更粗糙，甚至有肉眼可見的臺階。通常情況下，沖件材料及其厚度t是選取沖裁間隙的主要依據(jù)。一旦選定間隙就確定了沖件的平面尺寸的固定誤差的主體；沖件結(jié)構(gòu)剛度及立體形狀則影響其形位精度。（2）沖壓工藝及沖模結(jié)構(gòu)類型采用不同的沖壓工藝，沖件的精度及固定誤差相差甚大。除上述片齒輪實例說明，精沖工藝與普通沖裁的沖件精度與固定誤差相差一個數(shù)量級之外，即便在普通沖裁中，采用不同間隙沖裁，固定誤差相差也很大。例如料厚t=1.5mm的H62黃銅沖裁件，選用C40%t單邊類小間隙沖裁比選用C8%t（單邊）類大間隙沖裁

7、，沖件固定誤差將加大40%60%，精度至少降一級。此外，采有無搭邊排樣，沖件的誤差要遠大于有搭邊排樣沖件。無搭邊排樣沖件。無搭邊排樣沖件的精度低于IT12級，而多數(shù)有搭邊排樣的沖件精度在IT11IT9級之間，料厚t4mm的沖件，尺寸精度會更低一些。不同沖模結(jié)構(gòu)類型，由于適用沖壓料厚及制造精度的差異，導(dǎo)致沖件的固定誤差有別。復(fù)合模中，多工位連續(xù)式復(fù)合模由于沖件連續(xù)重復(fù)定位加上制模誤差較大，故其沖件的固定誤差比單工位復(fù)合沖裁模要大12級。（3）沖模制造工藝沖模主要工作零件即凸、凹模的加工程序，對操作上的技術(shù)要求不高，能夠一次成形較復(fù)雜的模腔。但其加工表面約厚0.030.05mm為高溫?zé)g的殘余樹枝

8、狀奧氏體組織，硬度可高達HRC6770，有顯微裂紋，容易在沖裁時出現(xiàn)崩刃或剝落。意大利Corrada公司的有關(guān)研究報告稱“線切割加工對表面金相結(jié)構(gòu)產(chǎn)生不利的影響，實際上已經(jīng)改變了金相結(jié)構(gòu)。我們必須用金剛石粉研磨或數(shù)控連續(xù)軌跡坐標(biāo)磨削（對線切割件）作精加工”。近年來瑞士和日本等國，對電加工設(shè)備進行了深入的研究和較大的改進，制造出功能齊全的高精度NC和CNC線切割機，加工精度可達0.0050.001mm，甚至更小。加工表面粗糙度Ra值能達到0.4m。根據(jù)近年對國內(nèi)12家生產(chǎn)線切割機工廠的調(diào)研，國產(chǎn)線切割機加工精度各別廠家的各別型號線切割機可達0.0080.005mm，一般都在0.01mm或更大一些

9、，個別也能達到0.005mm，加工表面粗糙度Ra值均大于1.6m。然而，電加工燒蝕金屬表面從而改變和損壞加工面金相結(jié)構(gòu)的特性不會改變，除非用磨削或其他加工法去除這一有害層。所以，僅僅用電加工法，包括電火花線切割與電穿孔，難以達到?jīng)_模，尤其高精度、高壽命沖模對尺寸精度與工作零件表面粗糙度Ra值要求。用精密磨削法制造沖模，特別是制造高精度、高壽命沖模，諸如：薄料小間隙復(fù)合沖裁模、多工位連續(xù)式復(fù)合模等，具有尺寸精度高、工作零件加工面粗糙度Ra值小、模具壽命高等特點。其加工工藝目前已由過去的普通機床粗加工改為電火花線切割或電穿孔機粗加工，最后精密磨削，也由成型磨、光學(xué)曲線磨、手動座標(biāo)磨逐步過濾到連續(xù)軌

10、跡座標(biāo)磨及NC與CNC連續(xù)軌跡座標(biāo)磨，加工粗度可達0.0010.0005mm，加工表面粗糙度Ra值可達0.10.025m。所以，用該工藝制造的沖模，無論尺寸精度、工作零件表面粗糙度，都能滿足沖模，尤其各種復(fù)合模的要求，比電加工工藝制造的沖模高一個檔次。（4）間隙的大小與均勻度拉深、彎曲、翻邊及其他板料成形件一般都要先沖裁（落料）出平板展開毛坯，也有成形后落料、切開得到單個成品沖件。故沖裁作業(yè)，包括常用的沖孔、切口、切邊等，對于每種板料沖壓件都是必要的。所以沖裁間隙對沖件的外廓尺寸精度有決定性的影響。沖裁間隙小而均勻，可使沖裁尺寸獲取更高精度。對于拉深、彎曲等成形模，間隙大定將增大沖件口部尺寸誤

11、差及回彈。間隙不均勻會使沖件毛刺加大并招致刃口的不均勻磨損。（5）沖壓設(shè)備的彈性變形在沖壓過程中，沖床承載后會產(chǎn)生一定的彈性變形。雖然這種變形量依沖壓力的大小變化且具有明顯的方向性，但就沖壓件，主要是對具有體積沖壓性質(zhì)的壓印、壓花、校平、壓凸、起波、沖擠、鐓形、翻邊、鐓粗、打扁、變薄拉深等工藝作業(yè)沖制成形的沖件，對其沖壓方面的尺寸精度有重大影響。2、漸增誤差在沖壓過程中，入模沖壓的原材料與沖模刃口及型腔表面之間，在強大沖壓力的作用下，會出現(xiàn)強烈摩擦。在長期連續(xù)沖壓過程中，強烈摩擦使沖模工作零件即凸、凹模表面產(chǎn)生一定的自然磨損，從而改變沖模刃口及型腔的尺寸及形狀，使沖件產(chǎn)生并隨沖模壽命延長而逐漸

12、加大的這部分誤差，稱之為“漸增誤差”。新沖模沖件只有固定誤差。沖模工作零件出現(xiàn)磨損后才產(chǎn)生漸增誤差。在多工位連續(xù)沖裁和連續(xù)式復(fù)合模中，特別是導(dǎo)板式多工位連續(xù)模，多以漏件方法從沖模上卸下沖件及沖孔廢料，沖改及落料凹模多制成形洞口，以便于推卸沖件及廢料出模。一般凹模刃口向外斜一個角度，通常依沖件料厚不同取=1/43，凹模刃口磨損后就要刃磨。凹模刃磨后必然造成其平面尺寸增大，其尺寸增量L取決于a角大小及刃磨次數(shù)、每次刃磨增量。L可按公式計算：L=2htg，當(dāng)取=0.5，每次刃磨量為0.15mm，刃磨20次后，其總?cè)心チ縣=3mm，則可按該公式計算出L=23tg0.5=0.053mm，單邊凈增L/2=

13、0.0265mm。每刃磨一次L=0.00265mm。單工位復(fù)合模多為模上卸件，沖裁凹模多采用直壁洞口。由于沖裁時凸模要進入凹模洞口約一個沖件料厚。故刃口側(cè)面磨損也十分嚴(yán)重，刃磨后也將出現(xiàn)刃口尺寸變化，增大沖件誤差，但其增量微小。3、系統(tǒng)誤差由沖模送料、擋料及定位系統(tǒng)在沖壓過程中給沖件造成的誤差即系統(tǒng)誤差。它是依送料方式及選用送料裝置的不同、擋料及進距跟位位置的不同、定位裝置結(jié)構(gòu)的差異等因素，而使沖件誤差在一定范圍內(nèi)波動。如果沖模擋料及定位系統(tǒng)設(shè)計與匹配得當(dāng)，可以消減因送料方式欠佳或選用送料裝置不當(dāng)造成的過大送進誤差。送入沖模的材料一般要靠擋料銷或側(cè)刃擋塊擋料限位。復(fù)合沖裁模、綜合式復(fù)合模以及單

14、沖模多使用圓柱頭或鉤形頭固定擋料銷，單工位復(fù)合模也有用活動擋料銷的。而多工位連續(xù)模則多使用始用（臨時）擋料銷并與固定擋料銷、側(cè)刃、導(dǎo)正銷配套對送料限位。入模材料碰到擋料銷即停止送入并反向后退與擋料銷的擋料面形成一個間隙。此間隙的大小與送料推（拉）力大小有關(guān)，送料力大間隙會大些，但無論此間隙大小，都會使送料進距出現(xiàn)0.5mm的負(fù)差，使用活動擋料銷和始用（臨時）擋料銷，這個誤差還會更大一些。如果采用有搭邊排樣，搭邊寬度可以補償送料誤差，故對于單沖模和單工位復(fù)合模沖件精度沒有影響。但對于多工位連續(xù)模、多工位連續(xù)式復(fù)合模沖件的形位精度，特別是內(nèi)孔（內(nèi)形）對外廓的同軸度影響最為明顯。為了消減這個同軸度偏

15、差，通常在落料凸模端面裝導(dǎo)正銷或在搭邊上設(shè)工藝導(dǎo)正定位孔。由于多工位連續(xù)模的工位布置都是先沖孔而后落料或成形，導(dǎo)正銷在沖孔的后續(xù)工位中先插入已沖出孔形中定位而后沖壓。對于料厚t14mm中硬鋼板，導(dǎo)正銷可以使送進誤差減小到0.040.20mm，t值大，誤差也大。4、偶發(fā)誤差沖壓過程中有些意外或突發(fā)的情況使沖件產(chǎn)生新的誤差，從而進一步降低沖件精度的事時有發(fā)生，又難以預(yù)防。這種偶發(fā)誤差常因操作偶爾失誤、材料的局部和肉眼難辨的缺陷、模具零部件突然松脫或損壞、沖壓設(shè)備意外故障、工作地偶發(fā)事件干擾與沖擊，造成沖件誤差加大。使用各種類型復(fù)合模沖壓對操作者技術(shù)要求較高，對原材料和毛坯尺寸及表面質(zhì)量必須進行入模

16、沖壓前檢驗，因“同板差”造成條料厚度差異及超差情況并非罕見，條料尺寸超差和毛刺過大、表面局部有劃傷碰傷及凸凹不平以及銹污結(jié)疤等，一旦漏檢且沒有及時消除，必然降低沖件精度。復(fù)合模沖壓中的潤滑尤為重要，對材料和模具涂復(fù)潤滑劑過量、不勻或漏涂，均可造成沖件尺寸誤差的波動。至于薄料出現(xiàn)“疊沖”、沖件壓傷及碰傷、送料力不均將搭邊沖入刃口或模腔、沖件未出?；蛭疵撾x模具工作面即又沖壓而將沖件壓傷這些操作失誤只要操作細(xì)心即可消減。迄今為止，國內(nèi)總裝及修理沖模多用死扳手、活扳手、套筒扳手螺絲刀擰緊螺釘、螺栓，但很難達到螺絲聯(lián)接所需的合理預(yù)緊力。緊螺紋聯(lián)接是沖模的主要構(gòu)件聯(lián)接型式。對于在高速、高壓、強震動、連續(xù)承

17、受劇烈交變動荷的沖模來說，螺紋在工作中松動是致命的！擰緊螺絲的力矩不夠，沖模在長期工作后螺絲會因震動而松脫；擰緊螺絲力矩過大會使螺絲變形伸長甚至斷裂。由于工人性別、體力的差別，同樣的螺紋不同的人擰緊程度各異，而其合適擰緊力矩是一定的。由于沖模上螺絲松脫或斷裂而造成模具損壞甚至設(shè)備事故的事并非罕見。因此，總裝或修理沖模應(yīng)使用扭矩扳手?jǐn)Q緊沖模上的螺絲，以保證緊螺紋聯(lián)接的可靠性。由于螺絲擰緊不當(dāng)在沖壓過程中使拼合刃口松動錯移，鑲塊松脫、模柄松動并旋轉(zhuǎn)、卸料板脫落、固定沖模的壓板移動或松開不僅沖壓尺寸改變，尚能殃成事故。單工位復(fù)合沖裁模及綜合式復(fù)合模在采用壓縮空氣吹卸沖件或使用專用卸件裝置卸件時，必須

18、確保沖件卸離沖模工作面的時間小于沖床滑塊往復(fù)行程時間的50%，才可連續(xù)自動沖壓，有拉深、彎曲及沖擠、變薄拉深等工藝作業(yè)工位的沖模，且不宜使滑塊行程次數(shù)n120次/分。否則因沖件從模腔推出到離開模具工作面時間滯后，從模上推卸沖件出模往往來不及，造成壓傷、碰傷甚至損壞。多工位連續(xù)復(fù)合模沖壓時條料的料尾與接頭、料寬誤差大造成進料偏斜、擋料銷擋料高度過小以及鉤形擋銷活動、模腔中滯留異物、污銹未及時消除都會加大沖件誤差。影響板料沖裁件精密的裝備因素1、開式壓力機動態(tài)精度對沖裁模沖裁精度的影響沖模的結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)充分考慮配用壓力機的結(jié)構(gòu)型式、技術(shù)狀態(tài)及動態(tài)精度。沖制中小型板料沖壓件，國內(nèi)多使用公稱壓力PG25

19、00KN的國產(chǎn)開式壓力機，包括：（1）J11、J12系列及其改型與改進設(shè)計的開式單柱固定臺、活動臺壓力機。其公稱壓力PG2500KN；（2）J21系列及其改型與改進設(shè)計的開式雙柱固定臺壓力機。其公稱壓力PG2500KN，最近國內(nèi)已生產(chǎn)PG4000KN的大噸位，但使用不多；（3）J23系列及其改型與改進設(shè)計的開式雙柱可傾壓力機。其公稱壓力大多PG1000KN；按照J(rèn)B/T6580-93開式壓力機精度行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，公稱壓力PG2500KN的開式壓力機出廠精度都須符合規(guī)定的檢測項目及其允差。不少工廠用于沖壓中小型沖壓件的國產(chǎn)開式壓力機已使用多年，超期服役相當(dāng)普遍。其靜態(tài)精度遠低于相當(dāng)項目實測誤差均超過表

20、列允差，出廠精度早已喪失，實際運行承載后的動態(tài)精度就更低了。由于國產(chǎn)開式壓力機都采用C形機架，其精度遠不如O形機架閉式壓力機。據(jù)實測C形機架承載后的彈性變形量平均為0.01mm/10KN，為O形機架的10倍，而且不均勻；C形機架開口處即工作臺前邊大而后邊小。在用大沖裁力沖裁中厚板及厚板時，會嚴(yán)重惡化開式壓力機的動態(tài)精度。在正常生產(chǎn)情況下實測，國產(chǎn)開式壓力機的動態(tài)精度，反映在沖裁模刃口上的位移偏差可達約0.10.15mm，如沖模的單邊沖裁間隙C，按儀表產(chǎn)品普通沖裁零件通常取C=5%t，則上述位移偏差等于23mm料厚沖裁件沖模的沖裁間隙即：t=2mm，C=5%t=0.1mm；t-3mm；C=5%t

21、=0.15mm，所以，用無導(dǎo)向敞開式?jīng)_裁模在開式壓力機上沖裁t3mm的沖裁件，無論是沖孔、落料，還是切口、沖槽孔，模具刃口都有可能碰撞、啃剝，至少要發(fā)生不均勻磨損，縮減沖模壽命。當(dāng)t3mm時雖勉強可以沖裁，但操作十分危險。2、滑動導(dǎo)向?qū)е＜艿木葘_裁模沖壓精度的影響使用無導(dǎo)向固定卸料結(jié)構(gòu)及敞開式結(jié)構(gòu)沖裁模，在無安全防護裝置的普通開式壓機上沖壓，特別是用板裁條料及單個坯件，都用手工送料是近年來沖壓行業(yè)壓手?jǐn)嘀傅娜松韨κ鹿剩＞吆驮O(shè)備損壞事故不斷發(fā)生并呈上升趨勢的主要原因之一。采用有導(dǎo)向裝置并帶送料機械的沖模是減少上述事故并提高沖件精度和沖壓效率的主要技術(shù)措施。廣泛使用的冷沖模GB國際與JB

22、行標(biāo)中的滑動導(dǎo)向?qū)е＜埽鋵?dǎo)柱與導(dǎo)套采用微間隙滑動配合。要保證沖裁件的質(zhì)量、精度和沖模壽命，沖裁時確保間隙在合理的基礎(chǔ)上保持一致而均勻，至關(guān)重要。在正常情況下，模架導(dǎo)向間隙比沖裁間隙小才能實施凸模對準(zhǔn)凹模的導(dǎo)向，只有使導(dǎo)向間隙比沖裁間隙小一半以上，才能完全準(zhǔn)確的導(dǎo)向，保證沖模獲得均勻一致的沖裁間隙，有效提高沖模壽命。根據(jù)上述情況，不考慮模芯裝入模架必然產(chǎn)生的盡管有限的各項誤差對模架導(dǎo)向精度乃至沖壓精度的綜合影響，依照國際沖裁間隙中規(guī)定，在確保準(zhǔn)確導(dǎo)向的前提下，允許沖裁的08F、10F、20等牌號低碳鋼板最小料厚tmin。沖模沖件誤差的經(jīng)驗計算法1、普通沖裁模沖件誤差對于普通沖裁用單工位落料模、復(fù)合沖裁模即沖裁式復(fù)合模的沖件誤差，當(dāng)采用有搭邊排樣沖裁時，只用求其固定誤差WG、漸增誤差WZ、偶發(fā)誤差WO三者的代數(shù)和就是其常規(guī)的平面線性尺寸誤差W。WG值與沖模制造精度、沖件料厚t以及沖裁間隙占料厚的比率有關(guān)。在儀表行業(yè)，沖件尺寸小且料薄、尺寸精度較高，多采用（45）%t（單邊）較小沖裁間隙，沖模制造精度也較高，沖件的固定誤差WG即沖模初始沖壓精度（偏差值）也相對較高。沖件初始精度等級查