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【摘要】如何选取合理的凸凹模间隙,是模具设计时不容忽视的问题。计算机和网络的发展正使CAD/CAM/CAE技术跨地区、跨院所地在整个行业中推广成为可能,实现技术资源的重新整合,使虚拟制造成为可能。本文针对影响模具寿命的主要因素,冲模间隙对冲片质量的影响及CAD/CAM/CAE在冲裁模的设计中的应用进行探讨。
【关键词】模具；凸凹模间隙；冲片质量
近十多年来,随着对发展先进制造技术的重要性获得前所未有的共识,冲压成形技术无论在深度和广度上都取得了前所未有的进展,其特征是与高新技术结合,在方法和体系上开始发生很大变化。计算机技术、信息技术、现代测控技术等冲压领域的渗透与交叉融合,推动了先进冲压成形技术的形成和发展。
1、影响冲模寿命的主要因素
很多模具都采用快走丝线割机加工,线切割后的工件表面粗糙度Ra≥2.5μm，硬度分布和内应力状态都很差。线切割机加工时，放电区电流密度高达10000A\mm2,温度高达10000-12000℃，加注的介质液急剧冷却，致使切割面表层硬度仅20HRC左右，而内部淬火层硬度高达70HRC以上，其后为热影响区,再后才是原硬度区。尤为严重的是原材料内部因为淬火呈拉应力状态，线切割所产生的热应力也是拉应力，两种应力叠加的结果很容易达到材料的强度极限而产生微裂纹，从而大大缩短冲模寿命，因此，线切割不能作为凸模、凹模的最终加工工序。
（1）研磨去掉白层
用研磨的方法去掉表层20HRC的灰白层（即白层）后便进行装配使用。这样做虽然可以去掉硬度低的白层，但没有改变线切割造成的应力区的应力状态，即使增大线切割后的研磨余量，但因高硬层硬度高达70HRC，研磨困难，过大的研磨量容易破坏零件几何形状。故线切割产生的高硬度层并不能提高冲模寿命，因为其脆性大是产生裂纹、崩刃的根本原因。
（2）回火处理
在线切割后，研磨去零件表面的白层，再在160-180℃回火2h，则白层下面的高硬层可降低5-6HRC，线切割产生的热应力亦有所下降，从而提高了冲模的韧性，延长了使用寿命。但是由于回火时间短，热应力消除不彻底，冲模寿命并不理想。
（3）几何形状复杂的冲模大多数是采用线切割加工，所以磨削形状复杂的冲模必须采用价格昂贵的坐标磨床和光学曲线磨床，而这两种设备一般厂家都不具备，故推广困难。
（4）喷丸处理后再低温回火
喷丸处理可使线切割切口的残余奥氏体转变为马氏体，提高冲模的强度和硬度，使表面层应力状态发生变化，拉应力降低，甚至变为压应力状态，使裂纹萌生和扩展困难，再结合低温回火，消除淬火层内拉应力，可使冲模寿命提高10-20倍。喷丸处理受设备条件和冲模零件形状（内表面）限制，难以普遍应用。
（5）研磨后再低温时效处理
线切割表面经研磨后，高硬层已基本去掉，再进行120—150℃×5-10h低温时效处理（亦称低温回火处理），亦可经过160-180℃×4-6h低温回火处理。这样可消除淬火层内部压拉应力，而硬层降低甚微（后者硬度较低稍大），却大大提高了韧性，降低了脆性，冲模寿命可提高2倍以上，这一方法简便易行，效果十分明显，易于推广。
2、 冲模间隙对冲片质量的影响
在冲裁模的设计中，凸凹模间隙的合理选取，是保证模具正常工作、提高冲片质量、延长模具寿命的一个关键因素，理想的间隙应该是板料冲裁断裂时，凸凹磨刃口边所产生的裂纹在一条直线上，否则冲片边缘将出现不允许的毛刺，使得刃口贴结严重，磨损加快，进而影响模具的寿命。例如，我厂电机定、转子片为0.5㎜的硅钢片，手册推荐的间隙为0.04-0.07㎜约为材料厚度的8%-14%，按照这个间隙，冲出的定、转子片毛刺虽能控制在规定范围内，但由于间隙偏小，使得凸模与被冲的孔之间，凹模与落料之间的摩擦严重，造成凸模和凹模侧壁产生粘结，卸料力增大，影响冲片断面的质量，刃口容易变钝，冲片易出毛刺，且毛刺增长过快，甚至发生凹模胀裂现象，致使模具寿命下降，且取小间隙时，由于弹性回跳作用，落料件尺寸大于凹模，冲出的孔径小于凸模，从而造成冲片的尺寸精度出现误差。
为提高冲片质量，延长模具寿命，根据国内外资料信息，在实践中对模具间隙做了试验摸索，证明放大间隙是非常有效的。放大间隙还可降低模具制造的费用。例如，对于冲裁1.5MM厚O8F冷板，手册推荐的间隙值为0.1-0.18MM，用线切割加工凸凹模无法保证模具的间隙（钼丝直径为0.12MM），因此不得不将凸凹模分别切割，结果即费材料又费工时。当选择较大的间隙时（按料厚的20%左右），则问题迎刃而解，可顺利的一次切割出凸凹模，从而降低模具制造的费用，冲片质量也可保证。
3、 CAD/CAM/CAE技术在冲模中的应用
近年许多模具企业加大了用于技术进步的投资力度，将技术进步视为企业发展的重要动力。一些国内模具企业已普及了二维CAD，并陆续开始使用UG、PRO/ENGINER、I-DEAS、ENCLID-IS等国际通用软件，个别厂家引进了MOLDFLOE、C-FLOW、DYNAFORM、OPTRIS和MAGMASOFT等CAE软件，并成功应用于冲压模的设计中。
模具CAD/CAM/CAE技术是模具设计制造的发展方向。随着微机软件的发展和进步，普及CAD/CAM/CAE技术的条件已基本成熟，各企业将加大CAD/CAM技术培训和技术服务的力度，进一步扩大CAE技术的应用范围。计算机和网路的发展正使CAD/CAM/CAE技术跨地区、跨企业、跨院所在地在整个行业中推广成为可能，实现技术资源的重新整合，使虚拟制造成为可能。
结论
在自动冲床上用级进冲裁模或组合冲模加工转子、定子板，或者应用于插接件作业，都是众所周知的冲压技术，近些年来，级进组合冲裁模在车身制造中开始得到越来越广泛的应用，用级进模直接把卷料加工为成型零件和控伸件。
用户对压力机速度、精度、换模效率等方面不断提高的要求，促进了模具的发展，世界上汽车的改朝换代一般约需48个月，而美国仅需30个月，这车要得益于在模具业中应用了CAD/CAM/CAE技术和三维实体汽车覆盖件模具结构设计软件。另外，网络技术的广泛应用提供了可 的信息载体，实现了异地设计和异地制造。同时，虚拟制造等IT技术的应用，也将推动模具工业的发展。
责任编辑：丁晓清
【关键词】模具；凸凹模间隙；冲片质量
近十多年来,随着对发展先进制造技术的重要性获得前所未有的共识,冲压成形技术无论在深度和广度上都取得了前所未有的进展,其特征是与高新技术结合,在方法和体系上开始发生很大变化。计算机技术、信息技术、现代测控技术等冲压领域的渗透与交叉融合,推动了先进冲压成形技术的形成和发展。
1、影响冲模寿命的主要因素
很多模具都采用快走丝线割机加工,线切割后的工件表面粗糙度Ra≥2.5μm，硬度分布和内应力状态都很差。线切割机加工时，放电区电流密度高达10000A\mm2,温度高达10000-12000℃，加注的介质液急剧冷却，致使切割面表层硬度仅20HRC左右，而内部淬火层硬度高达70HRC以上，其后为热影响区,再后才是原硬度区。尤为严重的是原材料内部因为淬火呈拉应力状态，线切割所产生的热应力也是拉应力，两种应力叠加的结果很容易达到材料的强度极限而产生微裂纹，从而大大缩短冲模寿命，因此，线切割不能作为凸模、凹模的最终加工工序。
（1）研磨去掉白层
用研磨的方法去掉表层20HRC的灰白层（即白层）后便进行装配使用。这样做虽然可以去掉硬度低的白层，但没有改变线切割造成的应力区的应力状态，即使增大线切割后的研磨余量，但因高硬层硬度高达70HRC，研磨困难，过大的研磨量容易破坏零件几何形状。故线切割产生的高硬度层并不能提高冲模寿命，因为其脆性大是产生裂纹、崩刃的根本原因。
（2）回火处理
在线切割后，研磨去零件表面的白层，再在160-180℃回火2h，则白层下面的高硬层可降低5-6HRC，线切割产生的热应力亦有所下降，从而提高了冲模的韧性，延长了使用寿命。但是由于回火时间短，热应力消除不彻底，冲模寿命并不理想。
（3）几何形状复杂的冲模大多数是采用线切割加工，所以磨削形状复杂的冲模必须采用价格昂贵的坐标磨床和光学曲线磨床，而这两种设备一般厂家都不具备，故推广困难。
（4）喷丸处理后再低温回火
喷丸处理可使线切割切口的残余奥氏体转变为马氏体，提高冲模的强度和硬度，使表面层应力状态发生变化，拉应力降低，甚至变为压应力状态，使裂纹萌生和扩展困难，再结合低温回火，消除淬火层内拉应力，可使冲模寿命提高10-20倍。喷丸处理受设备条件和冲模零件形状（内表面）限制，难以普遍应用。
（5）研磨后再低温时效处理
线切割表面经研磨后，高硬层已基本去掉，再进行120—150℃×5-10h低温时效处理（亦称低温回火处理），亦可经过160-180℃×4-6h低温回火处理。这样可消除淬火层内部压拉应力，而硬层降低甚微（后者硬度较低稍大），却大大提高了韧性，降低了脆性，冲模寿命可提高2倍以上，这一方法简便易行，效果十分明显，易于推广。
2、 冲模间隙对冲片质量的影响
在冲裁模的设计中，凸凹模间隙的合理选取，是保证模具正常工作、提高冲片质量、延长模具寿命的一个关键因素，理想的间隙应该是板料冲裁断裂时，凸凹磨刃口边所产生的裂纹在一条直线上，否则冲片边缘将出现不允许的毛刺，使得刃口贴结严重，磨损加快，进而影响模具的寿命。例如，我厂电机定、转子片为0.5㎜的硅钢片，手册推荐的间隙为0.04-0.07㎜约为材料厚度的8%-14%，按照这个间隙，冲出的定、转子片毛刺虽能控制在规定范围内，但由于间隙偏小，使得凸模与被冲的孔之间，凹模与落料之间的摩擦严重，造成凸模和凹模侧壁产生粘结，卸料力增大，影响冲片断面的质量，刃口容易变钝，冲片易出毛刺，且毛刺增长过快，甚至发生凹模胀裂现象，致使模具寿命下降，且取小间隙时，由于弹性回跳作用，落料件尺寸大于凹模，冲出的孔径小于凸模，从而造成冲片的尺寸精度出现误差。
为提高冲片质量，延长模具寿命，根据国内外资料信息，在实践中对模具间隙做了试验摸索，证明放大间隙是非常有效的。放大间隙还可降低模具制造的费用。例如，对于冲裁1.5MM厚O8F冷板，手册推荐的间隙值为0.1-0.18MM，用线切割加工凸凹模无法保证模具的间隙（钼丝直径为0.12MM），因此不得不将凸凹模分别切割，结果即费材料又费工时。当选择较大的间隙时（按料厚的20%左右），则问题迎刃而解，可顺利的一次切割出凸凹模，从而降低模具制造的费用，冲片质量也可保证。
3、 CAD/CAM/CAE技术在冲模中的应用
近年许多模具企业加大了用于技术进步的投资力度，将技术进步视为企业发展的重要动力。一些国内模具企业已普及了二维CAD，并陆续开始使用UG、PRO/ENGINER、I-DEAS、ENCLID-IS等国际通用软件，个别厂家引进了MOLDFLOE、C-FLOW、DYNAFORM、OPTRIS和MAGMASOFT等CAE软件，并成功应用于冲压模的设计中。
模具CAD/CAM/CAE技术是模具设计制造的发展方向。随着微机软件的发展和进步，普及CAD/CAM/CAE技术的条件已基本成熟，各企业将加大CAD/CAM技术培训和技术服务的力度，进一步扩大CAE技术的应用范围。计算机和网路的发展正使CAD/CAM/CAE技术跨地区、跨企业、跨院所在地在整个行业中推广成为可能，实现技术资源的重新整合，使虚拟制造成为可能。
结论
在自动冲床上用级进冲裁模或组合冲模加工转子、定子板，或者应用于插接件作业，都是众所周知的冲压技术，近些年来，级进组合冲裁模在车身制造中开始得到越来越广泛的应用，用级进模直接把卷料加工为成型零件和控伸件。
用户对压力机速度、精度、换模效率等方面不断提高的要求，促进了模具的发展，世界上汽车的改朝换代一般约需48个月，而美国仅需30个月，这车要得益于在模具业中应用了CAD/CAM/CAE技术和三维实体汽车覆盖件模具结构设计软件。另外，网络技术的广泛应用提供了可 的信息载体，实现了异地设计和异地制造。同时，虚拟制造等IT技术的应用，也将推动模具工业的发展。
责任编辑：丁晓清