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黃河科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(文獻(xiàn)翻譯) 第 4 頁(yè)
普通全鋼沖模的沖壓精度
作者：約翰·J·克雷格
板料沖壓件的精度準(zhǔn)確顯示出其沖模的沖壓精度。而任何沖件的線(xiàn)性尺寸精度與形位精度主要取決于沖模沖裁和立體成形沖壓件展開(kāi)平毛坯的落料精度。因此，多工步復(fù)合沖壓的單工位復(fù)合模、多工位連續(xù)模的沖壓精度，在普通沖壓的眾多種類(lèi)與不同結(jié)構(gòu)的沖模中，最具典型性和代表性。
沖模的沖壓精度分析
對(duì)沖模投產(chǎn)至失效報(bào)廢各個(gè)時(shí)期沖件的實(shí)際誤差分析，可以看出其增大的時(shí)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(guò)20次左右刃磨至失效報(bào)廢前沖制的沖件誤差稱(chēng)之為常規(guī)誤差；而沖模失效報(bào)廢前沖制的最后一批合格沖件的允許最大誤差稱(chēng)之為極限誤差。在現(xiàn)場(chǎng)，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(duì)于復(fù)合模尤為如此。所以，沖件毛刺高度的觸模檢查和測(cè)量并按企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)或JB4129-85《沖壓件毛刺高度》對(duì)照檢測(cè)就顯得十分重要。
沖模的初始誤差通常是沖模整個(gè)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(duì)于料厚t≤1mm的中碳鋼復(fù)合沖裁模沖件，實(shí)驗(yàn)結(jié)果與生產(chǎn)實(shí)踐都證明，電火花線(xiàn)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?yàn)楹笳卟粌H加工精度高，而且加工面粗糙度Ra值要比前者小一個(gè)數(shù)量級(jí)，可達(dá)到0.025μm。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(gè)合格沖件為止，沖件實(shí)際具有的誤差。隨著刃磨次數(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(guò)極限偏差時(shí)，沖件就不合格，沖模也就失效報(bào)廢。沖件上孔與內(nèi)形因凸模磨損尺寸會(huì)逐漸變小；其外形落料尺寸會(huì)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(kuò)大，沖?？扇心ゴ螖?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(shí)際允許的最大尺寸誤差。這類(lèi)沖件通常是在沖模失效報(bào)廢前沖制的最后一批合格沖件。
對(duì)各類(lèi)沖模沖件誤差在沖模整個(gè)壽命中出現(xiàn)的波動(dòng)、增減趨向及規(guī)律等進(jìn)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(jiàn)的。所以，各類(lèi)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。
新沖模在指定的沖壓設(shè)備上投入使用至失效報(bào)廢的整個(gè)（總）壽命過(guò)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(shí)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(shí)差增量隨刃磨次數(shù)增加而逐漸加大，故沖模刃磨后的沖壓精度亦稱(chēng)“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(lèi)、結(jié)構(gòu)（形狀）尺寸及料厚
沖裁間隙的大小及其均勻度對(duì)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(lèi)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(dá)到IT7級(jí)，沖件平直無(wú)拱彎，沖切面垂直度可達(dá)89.5°，其表面粗糙Ra值為0.2μm；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(jí)，沖切面粗糙度Ra值為12.5μm，毛刺高度為0.10mm；還是這個(gè)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(jí)，沖切面更粗糙，甚至有肉眼可見(jiàn)的臺(tái)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(lèi)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(shí)例說(shuō)明，精沖工藝與普通沖裁的沖件精度與固定誤差相差一個(gè)數(shù)量級(jí)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C≤40%t單邊Ⅰ類(lèi)小間隙沖裁比選用C≤8%t（單邊）Ⅲ類(lèi)大間隙沖裁，沖件固定誤差將加大40%～60%，精度至少降一級(jí)。此外，采有無(wú)搭邊排樣，沖件的誤差要遠(yuǎn)大于有搭邊排樣沖件。無(wú)搭邊排樣沖件。無(wú)搭邊排樣沖件的精度低于IT12級(jí)，而多數(shù)有搭邊排樣的沖件精度在IT11～I(xiàn)T9級(jí)之間，料厚t＞4mm的沖件，尺寸精度會(huì)更低一些。
不同沖模結(jié)構(gòu)類(lèi)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1～2級(jí)。
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(duì)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＞0.03～0.05mm為高溫?zé)g的殘余樹(shù)枝狀?yuàn)W氏體組織，硬度可高達(dá)HRC67～70，有顯微裂紋，容易在沖裁時(shí)出現(xiàn)崩刃或剝落。意大利Corrada公司的有關(guān)研究報(bào)告稱(chēng)“線(xiàn)切割加工對(duì)表面金相結(jié)構(gòu)產(chǎn)生不利的影響，實(shí)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(duì)線(xiàn)切割件）作精加工”。近年來(lái)瑞士和日本等國(guó)，對(duì)電加工設(shè)備進(jìn)行了深入的研究和較大的改進(jìn)，制造出功能齊全的高精度NC和CNC線(xiàn)切割機(jī)，加工精度可達(dá)±0.005～0.001mm，甚至更小。加工表面粗糙度Ra值能達(dá)到0.4μm。根據(jù)近年對(duì)國(guó)內(nèi)12家生產(chǎn)線(xiàn)切割機(jī)工廠(chǎng)的調(diào)研，國(guó)產(chǎn)線(xiàn)切割機(jī)加工精度各別廠(chǎng)家的各別型號(hào)線(xiàn)切割機(jī)可達(dá)±0.008～±0.005mm，一般都在±0.01mm或更大一些，個(gè)別也能達(dá)到±0.005mm，加工表面粗糙度Ra值均大于1.6μm。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(huì)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(xiàn)切割與電穿孔，難以達(dá)到?jīng)_模，尤其高精度、高壽命沖模對(duì)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(diǎn)。其加工工藝目前已由過(guò)去的普通機(jī)床粗加工改為電火花線(xiàn)切割或電穿孔機(jī)粗加工，最后精密磨削，也由成型磨、光學(xué)曲線(xiàn)磨、手動(dòng)座標(biāo)磨逐步過(guò)濾到連續(xù)軌跡座標(biāo)磨及NC與CNC連續(xù)軌跡座標(biāo)磨，加工粗度可達(dá)±0.001～0.0005mm，加工表面粗糙度Ra值可達(dá)0.1～0.025μm。所以，用該工藝制造的沖模，無(wú)論尺寸精度、工作零件表面粗糙度，都能滿(mǎn)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(gè)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(kāi)毛坯，也有成形后落料、切開(kāi)得到單個(gè)成品沖件。故沖裁作業(yè)，包括常用的沖孔、切口、切邊等，對(duì)于每種板料沖壓件都是必要的。所以沖裁間隙對(duì)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(duì)于拉深、彎曲等成形模，間隙大定將增大沖件口部尺寸誤差及回彈。間隙不均勻會(huì)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(guò)程中，沖床承載后會(huì)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(duì)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(duì)其沖壓方面的尺寸精度有重大影響。
出自：《科學(xué)指南》