冲压毛刺的形成及其控制

冲压毛刺的形成及其控制

摘要：冲压加工中产生毛刺最明显的工序是冲裁,冲裁为冲压加工的第一道工序，应用最广泛，其质量对后道工序有着重要影响，因此极大地左右着最终成品的性能，为掌握有关毛刺形成及其控制的知识，必须充分了解影响冲裁过程及产生毛刺原因。

关键词：冲压加工毛刺形成及其控制

零件在加工过程中,产生的毛刺,对零件的加工精度,装配精度.使用要求,再加工定位.操作安全与外观

质量等许多方面都会产生不良影响，对去毛刺工艺的要求越来越高，使用去毛刺的技术也越来越得到重视。冲压加工中产生毛刺最明显的工序是冲裁,冲裁为冲压加工的第一道工序，应用最广泛，其质量对后道工序有着重要影响，因此极大地左右着最终成品的性能，为掌握有关毛刺形成及其控制的知识，必须充分了解影响冲裁过程及产生毛刺原因。

1.冲裁过程及断面情况

下图所示为冲裁过程及冲裁断面各部位的名称。

图1 （a）冲裁过程（b）冲裁断面

2.毛刺产生的原理

由冲裁过程知在凸模刃口附近，由于位于凹模上面的被加工材料向上反弹，使其内部的拉应力有所缓和，因此凸模刃口附近的拉应力比凹模刃口附近的拉应力要小，即裂纹首先从拉应力大的凹模一侧发生。随着凸模继续下降，凸模一侧也开始发生裂纹。两刃尖附近处于好像打入一斜楔的状态。加工材料与斜楔中心线越是近于直角，其斜楔的效果越大，料断裂所必需的力也越小。因而间隙大，发生裂纹的时间要早。由于凹模刃口附近发生裂纹的时间先于凸模，因此，零件断口剪切面的长度比孔的剪切面长度短。刀尖附近为拉应力和压应力的分界处，但最大拉应力发生在距刃尖附近的刃口侧面。这正如图1Ⅳ所示，裂纹不是产生于刃尖，而是在其侧面。这个裂纹的发生点至刃口端面的距离被称为毛刺高度。随着间隙增大，凹模上面的被加工材料的反弹增大，发生裂纹的位置朝着远离刃口端面的位置移动，因此毛刺增大。图2定性地说明了毛刺随间隙面变化的趋势。

同时，由于发生裂纹位置随刃口的磨损而远离其端面，因此随冲数量的增加，毛刺也要增大。如果冲头继续下降，由于应力集中效应的作用裂纹继续扩展,从此时起，剪切力减小。另外，由于冲头侧面裂纹和凹侧面裂纹会合，使被加工材料断裂面分离。但是，对于加工硬化系数大的因在裂纹扩展过程中裂纹顶端产生强烈的加工硬化，其强度明显增加，致使裂纹扩展受到限制(如图3所示)，从而会在新的位置产生新的裂纹。这种微小的裂纹由于凸模的摩擦成为微细的粉末而脱落。裂纹沿板面连成一长线一般称之为“胡须现象。这种现象常见于质软的铝板、铜板和纯铁等。

图2间隙与毛刺高度图3微小裂纹的产生

3.控制毛刺的原理

最好抑制材料的延展性，使拉力集中便于产生裂纹。控制的主要因素是间隙，若间隙过小，压缩力增大，就出现延展性，毛刺增大。若间隙过大，拉力不集中，仍然使毛刺增大。

选择适当的间隙最好，另外，刃口越锋利，拉力越集中，毛刺也就越小。磨损变圆的刃口使压缩力增大，毛刺也增大。此外，冲模上装备可靠的压料板效果好，脆性材料效果好。

4.控制毛刺的措施

综上分析，导致毛刺产生的原因很多，在不能改变加工对象材料性能的情况下，生产中常采用以下措施控制毛刺的产生。

（1）选择合理的间隙值。在影响冲裁件质量的诸多因素中，间隙是主要因素。因断面质量与裂纹的走向有关，而裂纹的走向与间隙有关。间隙大小决定着凸、凹模刃口附近板料产生的上、下裂纹是否重合。只有凸、凹模间隙适当时，裂纹才重合，此时零件断面斜度很小，并且比较平直光滑、毛刺小。适当间隙值见附表1（单侧%）。

（2）控制模具刃口的磨损程度。刃口磨损或损坏会变圆，间隙也会由于侧面的磨损而增大，毛刺也就相应增加。生产过程中模具一般经过初期磨损、正常磨损和异常磨损三个阶段。各种模具在异常磨损之前，其使用情况是理想的，但常受到冲压制品所要求精度的限制。很多情况下是在正常磨损区域内即达到所允许的毛刺高度，此时必须再一次进行修磨。

（3）选择合适的加工条件。冲压加工条件包括以下内容。

模具材料：选择耐磨性好、硬度高的材料。模具淬火硬度越高，模具刃口的硬度越高，毛刺高度越小。

模具结构：模具导向装置具有较高的精度，则可保证冲裁时间隙合理，毛刺相应减小。

压力机：冲压设备的静态精度和动态精度与毛刺的高度都有很大关系，在静态精度低的冲床上，冲制的冲件毛刺增加程度明显增大。

一方面，由于偏心载荷的作用，滑块垂直运动精度受到破坏，冲压时滑块要倾斜，模具刃口间隙发生变化，致使模具损伤或者卡死，这时毛刺会急剧增长。为此，冲压过程中要测定滑块倾斜量，并通过调整滑块调节螺栓和滑板来修正其倾斜值，这样可以控制毛刺异常发生。

润滑情况：润滑油对毛刺高度有很大影响。它可缓和加工材料与模具刃口之间的磨擦，同时还可防止剪切变形所引起的温升，而且可以防止被加工材料粘附在模具刃口上。因此好的润滑情况可以减小毛刺的产生。

5.结束语

上面阐述了冲压毛刺形成的原因及其控制技术等，但在一般的冲裁加工中很难做到完全不产生毛刺。但是如能选择最适当的条件，可将产生的毛刺控制在最小的限度内。

表1适当间隙值C表（单面间隙C=%）（略）

表2 刃口磨损要素及其影响项目（略）

冲裁间隙对于断面质量影响较大。当冲裁间隙适当时，凸、凹模刃口附近产生的裂纹在冲裁过程中能重合，此时尽管断面与材料表面不垂直，但还是比较平直、光滑的。而且毛刺较小，制件的断面质量较好。如图(中)所示。

当冲裁间隙过小时，变形区内弯矩小、压应力成分高。上、下裂纹不重合。在两条裂纹之间的材料被第二次剪切。当上裂纹压入凹模时，受到凹模壁的挤压，产生第二光亮带；同时部分材料被挤出，在最后分离时，在表面形成尖锐的挤出毛刺。如图（左）所示。

当冲裁间隙过大时，因为弯矩大，拉应力成分高，易产生裂纹，塑性变形阶段较早结束。同时上、下裂纹也不重合。分离后得到的断面斜度增大、光亮带窄、断裂带宽，且毛刺又高又厚、圆角大、拱弯大、冲裁件质量不理想。如图（右）所示。