精冲件的加工难度影响因素分析及应对措施减压器
时间：2022/07/13 18:57:11 编辑：
精冲件的加工难度直接影响其制造成本，因此研究精冲件的加工难度并对难加工件采取有效的技术措施，有助于降本增效。而针对某个具体的精冲件而言，制造成本与其加工难度等级直接相关，加工难度越大，制造成本越高。
精冲件的加工难度与下列多个要素有关：
(1)尺寸要素：板料厚度、外形大小；
(2)剪切面要素：剪切表面撕裂与完好率等级要求、塌角大小；
(3)材料要素：硬度、强度、碳化物球化率（中高碳钢或合金钢）、各向异性等；
(4)结构要素：锐角与圆角半径大小，槽宽、悬臂、孔径、孔间距、孔边距与料厚的比值大小，有无齿形，有无半冲孔、沉孔、局部减薄、内外形倒角、弯曲、拉深、翻边等复合成形；
(5)精度要素：形状与位置精度高低；
(6)其他要素：热处理、表面处理等要求。
国家机械行业标准JB/T 9175.1-2013《精密冲裁件第一部分：结构工艺性》从结构工艺性角度，对精冲件结构要素，如圆角半径、槽宽、悬臂、环宽、孔径、孔边距、齿轮模数、半冲孔相对深度等相关的加工难易等级进行了规定。标准针对每个结构要素，都将加工难易程度分为容易、中等、困难三个级别。本文针对标准未涉及到的一些精冲件加工难度影响因素进行探讨，并简要介绍生产中的应对措施。
精冲件尺寸的影响
厚度和外形尺寸越大，精冲难度越大。适合精冲的板料厚度一般在3～12mm之间，精冲难度指数随厚度呈直线上升。厚度越大，剪切面越容易出现撕裂、剥落缺陷，而且模具寿命越低。一般而言，厚度小于5mm，属于容易精冲的；厚度5～9mm，属于中等难度的；厚度大于9mm，则属于困难的，如图1所示。
精冲件外形尺寸大小，从理论方面上说，只要设备吨位足够大，则没有什么限制。但是当外形尺寸大到一定程度，由于材料的各向异性以及在冲切过程中模具的受力变形，导致精冲件尺寸精度难以保证。一般最大外形尺寸小于100mm，属于容易精冲的；在100～250mm，属于中等难度的；大于250mm，则属于困难的，图2所示精冲件，最大外形尺寸达450mm，属于难精冲零件。
所以实际生产中，对于厚而大的精冲件，要注意采取以下措施：
(1)模具的刚度要足够大，而增大模具刚度的主要措施就是尽可能加大凹模、齿圈压板和模板的厚度；
(2)凹模外周设置应力圈，减少其受力变形和防止开裂；
(3)根据冲压件尺寸与模具尺寸的差异，对模具刃口尺寸进行适当补偿。
剪切面质量要求的影响
剪切面光洁、垂直度高、无撕裂和剥落，是精冲件的最大优点。但是，随着板料厚度的增大以及剪切形状的复杂（主要是尖角），要想获得100%的光洁面是很困难的。因此在国家机械行业标准JB/T 9175.2-2013《精密冲裁件第二部分：质量》中对精冲剪切面质量进行了分级。其中表面完好率分为5个等级，允许的撕裂程度分为4个等级。对表面质量要求越高，加工时的修模频率和废品率越高，综合生产效率越低。
抑制剪切面撕裂、减少剥落的技术措施，有大量文献可供参考，关键是要控制好模具间隙、刃口圆角、原材料球化率、压边力与反压力、工艺润滑等各个环节。
某些产品还对塌角有明确要求，在一般技术条件下，精冲剪切面上一侧是自然塌角，另一侧是毛刺，自然塌角的大小在JB/T 9175.2-2013标准中有规定。如果产品的塌角要求小于标准规定值，就需要采取特殊的技术手段或增加工序来保证。有效减少塌角的技术方案几乎没有公开的报道，由各企业内部控制，通常的解决办法是增加后续工序，如平面磨削或局部修整。
图3是变速箱用精冲件，内部齿形塌角按行业标准允许达到0.9mm，但图纸要求不大于0.2mm，精冲难以达到，需要在精冲后进行平面磨削。
精冲件材料的影响
材料强度（或硬度）越大，精冲力越大，模具容易变形，薄弱的冲切元件容易断裂，刃口容易崩刃。因此，材料强度越大，精冲难度越大；材料的延伸率越大，冲切表面越不易产生撕裂和剥落，容易获得光洁冲切面，精冲难度小；碳化物组织的颗粒越小（最好是细球状），越容易精冲，主要是容易获得光洁冲切面；材料的各向异性越大，精冲件尺寸精度越不易保证，对于大型精冲件影响尤甚。
综合而言，低碳钢和低碳合金钢，精冲难度小；中碳钢和中碳合金钢，精冲难度中等；而高碳钢和高碳合金钢，则精冲难度大。
而在中、高碳钢精冲时，多数情况下都需要对材料进行球化处理，而且为了控制厚度公差，还需要选择冷轧状态的材料，因而“冷轧球化态”是精冲用料的常态。
精冲件精度要求的影响
精冲件尺寸精度（包括形状和位置精度）高于普通冲裁件，这也是精冲工艺的优势所在。但精冲加工也有其局限性，由于在精冲过程中，冲切面周围的材料会受到拉伸或压缩变形，形成一定内应力，脱模后内应力释放，导致零件尺寸与模具尺寸不一致。这种尺寸变化量的大小又与很多因素有关，如材料的强度、模具的刚度、模具刃口圆角的大小、冲裁间隙大小、压边力与反压力大小、模具型腔的粗糙度大小以及润滑油的种类、零件的结构形状等。正是由于受到如此多因素影响，精冲件尺寸精度如果要求过高的话，工序能力将非常低下，精冲难度自然增大。当然，上述因素中的每一项对尺寸精度的影响结果都很微小，仅限于微观范围，这也是精冲件精度较高的原因。
一般来说，精度等级大于IT12，属于容易的；介于IT8～IT12之间，属于中等的，小于IT8，则属于困难的。
提高精冲件精度的措施，不外乎从其主要影响因素上考虑。通常模具的刚度、冲裁间隙和刃口圆角是关键，足够大的模具刚度，合理的冲裁间隙以及不产生剪切面撕裂为限的刃口圆角，是冲制高精度零件的重要前提。
其他要求的影响
精冲件多数为汽车、摩托车或其他机械上的重要结构件，除了剪切面和精度要求外，一般还有强度或硬度要求，有些产品还有电镀、达克罗等表面处理要求，这些要求需要经后续处理达到。但在处理过程中，会造成一定的变形和尺寸变化，针对这种可能的变化，需要在精冲模具设计时加以考虑。如果精冲件尺寸精度要求较高，有时即便预先采取了措施，也会因各种复杂因素导致产品不合格。所以有强度、硬度、表面处理要求的产品，会增大精冲的难度。
一般情况下，后续热处理时，精冲件上的孔会收缩，外形会膨胀，缩胀量与材料种类、零件形状、尺寸大小以及热处理方式有关。特殊情况下需要通过试验摸索热处理变形规律，进而修改模具型腔尺寸。
零件表面处理后留有一定膜厚的镀层，会增大外形尺寸，减小内形尺寸，因此应根据表面处理的种类，事先了解镀层厚度，在选择原材料厚度和设计模具型腔尺寸时加以补偿。
作者简介：刘金菊，技术质量部部长，主要从事模具设计及精冲件生产工艺方案跟踪、质量管理、体系管理工作，拥有2项实用新型专利。