冲裁模的工作条件及失效形式

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　　一.冲裁模的工作条件及失效形式

　　1.冲裁模的工作条件

　　冲裁模具主要用于各种板料的冲切。从冲裁工艺分析中我们已经得知，板料的冲裁过程可以分为三个阶段：弹性变形阶段、塑性变形阶段和剪裂阶段(见图2.1.3)。

　　在弹性变形阶段，当凸模对板料施加压力时，由于凸模和凹模之间存在间隙，受力部位不在同一垂线上，图2.1.1所示力臂为l。板料会在弯矩M的作用下产生翘曲，与凸模端面的中心部分脱离接触，。这时板料只和模具的凸、凹模刃口部分相接触，压力集中于刃口附近。在冲裁过程中，由于板料的弯曲，模具的受力主要集中于刃口附近的狭小区域。凸、凹模刃口区域不仅位于最大端面压应力和最大侧面压应力的交聚处，而且也处于最大端面摩擦力和最大侧面摩擦力的交汇处，工作时刃口承受着剧烈的压应力和摩擦力作用。

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　　2.冲裁模的主要失效形式

　　模具刃口所受作用力的大小和板料的力学性能、厚度等因素有关。考虑到板料厚度对模具冲裁负荷的影响，通常可以将冲裁按板料的厚度分为薄板冲裁(t≤1.5mm)和厚板冲裁(t＞1.5mm)。

　　对于薄板冲裁模，由于模具受到的冲击载荷不大，在正常的使用过程中，模具因摩擦产生的刃口磨损是主要的失效形式。磨损过程可分为初期磨损，正常磨损和急剧磨损三个阶段。对应于三个阶段，刃口的损伤过程如图11-3所示。

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　　a)局部塑变 b)摩擦磨损 c)疲劳损坏

　　(初期磨损阶段) (正常磨损阶段) (急剧磨损阶段)

　　图11.1.1冲裁时刃口的损伤过程

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　　(1)初期磨损阶段

　　模具刃口与板料相碰时接触面积很小，刃口的单位压力很大，造成了刃口端面的塑性变形，一般称为塌陷磨损。其磨损速度较快(见图11.1.1a)。

　　(2)正常磨损阶段

　　当初期磨损达到一定程度后，刃口部位的单位压力逐渐减轻，同时刃口表面因应力集中产生应变硬化，(见图11.1.1b)。这时，刃口和被加工坯料之间的摩擦磨损成为主要磨损形式。磨损进展较缓慢，进入长期稳定的正常磨损阶段，该阶段时间越长，说明其耐磨性能越好。。

　　(3) 急剧磨损阶段

　　刃口经长期工作以后，经受了频繁冲压会产生疲劳磨损，表面出现了损坏剥落(见图11.1.1c)。此时进入了急剧磨损阶段，磨损加剧，刃口呈现疲劳破坏，模具已无法正常工作。模具使用时，必须控制在正常磨损阶段以内，出现急剧磨损时，要立即刃磨修复。

 随着刃口的磨损，工件的毛刺高度会不断增加，因此实际生产中，可以通过观测毛刺高度的大小来推断模具刃口的磨损量，在冲裁件达到质量允许的毛刺极限值时即进行刃 磨。

    从磨损机理上分析，凸 、凹模的磨损主要是粘附磨损和磨粒磨损。粘附磨损是在模具刃口在与板料的相对摩擦运动过程中，由于高压产生了局部的相互粘着和咬合现象当接触面相对滑动时，粘附部分便发生剪切引起磨损。磨粒磨损是指模具工作时表面剥落的碎屑嵌入工作部件表面，成为磨料，使其逐渐磨损的过程。冲裁硬度较高的金属材料（如高碳钢、硅钢）时， 因材料 的硬粒或碳化物剥离而产生磨粒磨损。当冲压高韧性材料（如奥氏体不锈钢）时，易产生粘附磨损。

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    一般情况下，凸模的磨损要快于凹模，这是因为凸模刃口处的承力面积小于凹模，在同一冲裁力的作用下，凸模刃口处单位面积承受的压应力要比凹模刃口处更大一些；同时，在每一次冲裁过程中， 凸模都 要切入并退出板料，前后经历两次摩擦，而凹模和板料的分离部分仅发生一次摩擦。 而且，凹模的淬火硬度通常高于凸模，这一切使得凸模的磨损要比凹模更快。  

    此外， 凸模退出板料时，需要有一定的卸料力将板料从 凸模上 卸下，卸料力与作用在凸模上的其它压应力不同，是唯一的拉应力，使凸模在反复拉、压应力的作用下产生疲劳磨损，这也是致使凸模崩刃的原因之一。

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    对于厚板冲裁模，由于凸 、凹模受到的作用力增大，在过大应力的作用下，不仅会产生磨损，而且可能造成刃口变形、疲劳崩刃等现象。当冲裁 凸模较 细长时，还会引起弯曲变形或折断，如图 11.1.2所示。

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a) 崩 刃           b) 弯曲         c) 折断

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图 11.1.2 凸 模断裂和塑性变形

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