2.2　合理選用沖裁間隙

沖裁凸模和凹模之間的間隙，不僅對沖裁件的質(zhì)量有極重要的影響，而且還影響模具壽命、沖裁力、卸料力和推件力等。因此，間隙是沖裁模設(shè)計的一個非常重要的參數(shù)。

2.2.1　間隙對沖裁件質(zhì)量的影響

沖裁件的質(zhì)量主要通過切斷面質(zhì)量、尺寸精度和表面平直度來判斷。在影響沖裁件質(zhì)量的諸多因素中，間隙是主要的因素之一。

（1）間隙對斷面質(zhì)量的影響

沖裁件的斷面質(zhì)量主要指塌角的大小、光面（光亮帶）約占板厚的比例、毛面（斷裂帶）的斜角大小及毛刺等。

間隙合適時，沖裁時上、下刃口處所產(chǎn)生的剪切裂紋基本重合。這時光面占板厚的1/3～1/2，切斷面的塌角、毛刺和斜度均很小，完全可以滿足一般沖裁的要求。

間隙過小時，凸模刃口處的裂紋比合理間隙時向外錯開一段距離。上、下裂紋之間的材料，隨沖裁的進(jìn)行將被第二次剪切，然后被凸模擠入凹模洞口。這樣，在沖裁件的切斷面上形成第二個光面，在兩個光面之間形成毛面，在端面出現(xiàn)擠長的毛刺。這種擠長毛刺雖比合理間隙時的毛刺高一些，但易去除，而且毛面的斜度和塌角小，沖裁件的翹曲小，所以只要中間撕裂不是很深，仍可使用。

間隙過大時，凸模刃口處的裂紋比合理間隙時向內(nèi)錯開一段距離。材料的彎曲與拉伸增大，拉應(yīng)力增大，塑性變形階段較早結(jié)束，致使斷面光面減小，塌角與斜度增大，形成厚而大的拉長毛刺，且難以去除；同時沖裁件的翹曲現(xiàn)象嚴(yán)重，影響生產(chǎn)的正常進(jìn)行。

若間隙分布不均勻，則在小間隙的一邊形成雙光面，大間隙的一邊形成很大的塌角及斜度。普通沖裁毛刺的允許高度見表2-1。

（2）間隙對尺寸精度的影響

沖裁件的尺寸精度是指沖裁件的實際尺寸與基本尺寸的差值，差值越小，則精度越高。從整個沖裁過程來看，影響沖裁件的尺寸精度有兩大方面的因素：一是沖模本身的制造偏差；二是沖裁結(jié)束后沖裁件相對于凸模或凹模尺寸的偏差。

沖裁件產(chǎn)生偏離凸、凹模尺寸的原因，是由于沖裁時材料所受的擠壓變形、纖維伸長和翹曲變形都要在沖裁結(jié)束后產(chǎn)生彈性回復(fù)，當(dāng)沖裁件從凹模內(nèi)推出（落料）或從凸模卸下（沖孔）時，相對于凸、凹模尺寸就會產(chǎn)生偏差。當(dāng)間隙較大時，材料所受拉伸作用增大，沖裁后材料的彈性回復(fù)，使落料件尺寸小于凹模尺寸，沖孔件尺寸大于凸模尺寸；間隙較小時，則由于材料受凸、凹模側(cè)向擠壓力增大，沖裁后材料的彈性回復(fù)，使落料件尺寸大于凹模尺寸，沖孔件尺寸小于凸模尺寸。

材料性質(zhì)直接決定了該材料在沖裁過程中的彈性變形量。對于比較軟的材料，彈性變形量較小，沖裁后的彈性回復(fù)值亦較小，因而沖裁件的精度較高；硬的材料則正好相反。

材料的相對厚度越大，彈性變形量越小，因而沖裁件的精度也越高。

沖裁件尺寸越小，形狀越簡單則精度越高。這是由于模具精度易保證，間隙均勻，沖裁件的翹曲小，以及沖裁件的彈性變形絕對量小的緣故。

2.2.2　間隙對沖裁力的影響

試驗證明，隨間隙的增大，沖裁力有一定程度的降低，但當(dāng)單面間隙介于材料厚度的5%～20%范圍內(nèi)時，沖裁力的降低不超過5%～10%。因此，在正常情況下，間隙對沖裁力的影響不是很大。

間隙對卸料力、推件力的影響比較顯著。隨間隙增大，卸料力和推件力都將減小。一般當(dāng)單面間隙增大到材料厚度的15%～25%時，卸料力幾乎降到零。

2.2.3　間隙對模具壽命的影響

沖裁模常以刃口磨鈍與崩刃的形式而失效。凸、凹模磨鈍后，其刃口處形成圓角，沖裁件上就會出現(xiàn)不正常的毛刺。凸模刃口磨鈍時，在落料件邊緣產(chǎn)生毛刺；凹模刃口磨鈍時，所沖孔口邊緣產(chǎn)生毛刺；凸、凹刃口均磨鈍時，則制件邊緣與孔口邊緣均產(chǎn)生毛刺。

由于材料的彎曲變形，材料對模具的反作用力主要集中于凸、凹模刃口部分。當(dāng)間隙過小時，垂直力和側(cè)壓力將增大，摩擦力增大，加劇模具刃口的磨損；隨后二次剪切產(chǎn)生的金屬碎屑又加劇刃口側(cè)面的磨損；沖裁后卸料和推件時，材料與凸、凹模之間的滑動摩擦還將再次造成刃口側(cè)面的磨損，使得刃口側(cè)面的磨損比端面的磨損大。

2.2.4　沖裁模間隙值的確定

凸模與凹模間每側(cè)的間隙稱為單面間隙，兩側(cè)間隙之和稱為雙面間隙。如無特殊說明，沖裁間隙就是指雙面間隙。

（1）間隙值確定原則

從上述的沖裁分析中可看出，找不到一個固定的間隙值能同時滿足沖裁件斷面質(zhì)量最佳，尺寸精度最高，翹曲變形最小，沖模壽命最長，沖裁力、卸料力、推件力最小等各方面的要求。因此，在沖壓實際生產(chǎn)中，主要根據(jù)沖裁件斷面質(zhì)量、尺寸精度和模具壽命這幾個因素給間隙規(guī)定一個范圍值。只要間隙在這個范圍內(nèi)，就能得到合格的沖裁件和較長的模具壽命。這個間隙范圍就稱為合理間隙，合理間隙的最小值稱為最小合理間隙，最大值稱為最大合理間隙。設(shè)計和制造時，應(yīng)考慮到凸、凹模在使用中會因磨損而使間隙增大，故應(yīng)按最小合理間隙值確定模具間隙。

（2）間隙值確定方法

確定凸、凹模合理間隙的方法有理論法和查表法兩種。

①理論法　用理論法確定合理間隙值，是根據(jù)上、下裂紋重合的原則進(jìn)行計算的。圖2-3所示為沖裁過程中開始產(chǎn)生裂紋的瞬時狀態(tài)，根據(jù)圖中幾何關(guān)系可求得合理間隙Z為：

　　（2-1）

式中　t——材料厚度，mm；

        h₀——產(chǎn)生裂紋時凸模擠入材料深度，mm；

        h₀/t——產(chǎn)生裂紋時凸模擠入材料的相對深度，見表2-2；

        β——剪切裂紋與垂線間的夾角，見表2-2。

由式（2-1）可知，合理間隙Z主要決定于材料厚度t和凸模相對擠入深度h₀/t，然而h₀/t不僅與材料塑性有關(guān)，還受料厚的綜合影響。因此，材料厚度越大，塑性越低的硬脆材料，則所需間隙值Z就越大；料厚越薄，塑性越好的材料，則所需間隙值Z就越小。

②查表法　由于理論計算法在生產(chǎn)中使用不方便，常用查表法來確定間隙值。有關(guān)間隙值的數(shù)值，可在一般沖壓手冊中查到。對于尺寸精度、斷面垂直度要求高的制件應(yīng)選用較小間隙值（表2-3）。對于斷面垂直度與尺寸精度要求不高的制件，以提高模具壽命為主，要采用大間隙值（表2-4）。

按沖裁件尺寸精度、剪切面質(zhì)量、模具壽命等主要因素，將金屬板料沖裁間隙分為五大類，即Ⅰ類（小間隙）、Ⅱ類（較小間隙）、Ⅲ類（中等間隙）、Ⅳ類（較大間隙）和Ⅴ類（大間隙）。

Ⅰ類沖裁間隙適用于沖裁件剪切面、尺寸精度要求高的場合；Ⅱ類沖裁間隙適用于沖裁件剪切面、尺寸精度要求較高的場合；Ⅲ類沖裁間隙適用于沖裁件剪切面、尺寸精度要求一般的場合。因殘余應(yīng)力小，能減小破裂現(xiàn)象，適用于繼續(xù)塑性變形的制件的場合；Ⅳ類沖裁間隙適用于沖裁件剪切面、尺寸精度要求不高時，應(yīng)優(yōu)先采用較大間隙，以利于提高沖模壽命的場合；Ⅴ類沖裁間隙適用于沖裁件剪切面、尺寸精度要求較低的場合。