剪开弯曲缺陷的分析及控制

于位灵，王 浩，黄鑫山，李 亚

（上海工程技术大学高等职业技术学院 上海市高级技工学校，上海200437）

1 引言

在实际生产中，有些需要先剪开再弯曲的制件，其垂直于剪开线方向的尺寸就会大于原始尺寸很多，尤其是剪开部分宽度比较窄时，从而导致因尺寸的超差而得到不合格制件。本文旨在研究造成该尺寸变化的成因理论，通过设计一系列实验进行验证，并寻求控制此尺寸的有效措施，达到解决此类生产缺陷的目的。

2 缺陷成因理论分析

在剪开板料时，剪开处形成了两个断面，如图1所示。分析冲裁变形过程，落料时，落料件轮廓尺寸取决于凹模刃口尺寸；冲孔时，孔轮廓尺寸取决于凸模刃口尺寸。图1所示剪开面Ⅱ为冲孔性质，由凸模产生，故与剪开凸模刃口共面；而剪开面Ⅲ为落料性质，由凹模产生，故与剪开凹模共面[1～3]。

图1 剪开件中的剪开面

在普通冲裁时，凸模与凹模之间存在一定的冲裁间隙。那么剪开面Ⅱ与面Ⅰ之间的距离和剪开面Ⅲ与面Ⅰ之间距离不是等值，也就是剪开面Ⅲ投影在剪开面Ⅱ上相互交错重叠，重叠值理论上分析为单边冲裁间隙。故在剪开后，剪开面Ⅲ不可能再回到与剪开面Ⅱ重合的位置，而是向外侧有所偏离，这是因为冲裁变形时凸模和凹模对板料存在侧压力。由于不是切断，所以剪开根部限制了剪开面Ⅲ的偏离，从而出现了以一定角度向外偏移[4～5]。

剪开后的弯曲工序，如图2所示。由于弯曲的变形区在剪开根部部位，部分剪开材料需要返回原处，剪开面Ⅰ和剪开面Ⅱ交错重叠部分相互挤压，所以弯曲后的制件双脚外移。冲裁间隙值的大小对移动的量起到了决定作用，冲裁间隙越小，偏移量越小。如果做到冲裁间隙为零值，那么偏移量理论上应该近乎为零。

图2 弯曲件中的剪开面

3 实验验证

3.1 设计实验制件

为了保证冲裁时材料偏移对实验结果的影响，故把实验制件设计成轴对称形，并且考虑实验制件的可靠定位，实验制件毛坯如图3所示，材料为Q235，料厚为1.5mm，剪开弯曲后如图4所示。确定剪开凸模刃口斜度为20°，通过计算弯曲件毛坯中性层展开尺寸[6～7]，那么毛坯剪开后尺寸如图5所示。

图3 毛坯

图4 弯曲件

图5 剪开件

3.2 模具设计及制造

考虑到节约成本，本实验毛坯采用线切割备料，而不再开落料模，只需设计一副剪开模和一副弯曲模。按照模具图纸要求进行加工、装配和试模[8～12]。

3.3 实验过程

（1）实验准备。

a.准备好记号笔。

b.准备好至少50个毛坯割片，进行编号。

c.所有割片进行L1-0和L2-0两个尺寸（见图6）的测量，尺寸数值记录下来。

图6 毛坯待测尺寸

d.剪开模和弯曲模各一副。

e.游标卡尺，百分表等。

（2）剪开实验。

分别在两台压力机上分别安装好剪开模和弯曲模，剪开、弯曲同时试冲，以确定剪开段长度，然后按照实验要求进行剪开和弯曲实验。剪开件待测尺寸如图7所示。

图7 剪开件待测尺寸

测量图7中所示尺寸，并记录。注意比较L1-1和L1-0，L2-1也可测量一下，记录数据并填入表1中。

表1 小冲裁间隙 mm

（3）弯曲实验。

弯曲后测量L1-2、L3-2（见图8），并记录。

图8 弯曲件待测尺寸

（4）大冲裁间隙实验。

增大冲裁间隙，重复上述过程，记录数据并填入表2中。

表2 大冲裁间隙 mm

3.4 实验结果分析

从实验数据看，剪开后根部确有变大，越接近剪开头部，变大越多；待弯曲后，由于剪开部分强行挤回，使得头部分开更多；间隙越大，尺寸变大越多。

4 措施研究

根据研究结果，现提出两种剪开、弯曲制件缺陷解决措施，以供生产实际借鉴。

一是在剪开工序时，应当减小凸、凹模之间的间隙值。

二是在确定剪开、弯曲毛坯相关尺寸刃口尺寸时，应取在制件尺寸公差的最小值。这样经过剪开、弯曲后的制件相关尺寸虽然略有变大，但是尺寸在制件公差要求的范围内。

以上两种解决措施同时使用，可以达到最佳的效果。