冲裁件尺寸误差的分类及成因分析

摘要：冲裁件尺寸误差可分为固定误差、渐增误差、系统误差和偶发误差。分析其成因，可在模具设计、维修或冲压生产中采取针对性措施，减小冲裁件尺寸误差，提高冲裁件质量。

关键词：模具；冲裁；误差

冲裁件的误差分为尺寸误差和形状误差，这里仅分析尺寸误差。在冷冲压生产中，模具精度直接影响着冲压件的精度。对冲裁模来说，从新模具投入生产到模具报废的整个寿命周期中，分析冲裁精度的规律发现冲裁件误差可大致分为四类。第一类是基本不变的，称其为固定误差；第二类是随着模具的使用次数增加而逐渐增大的，称为渐增误差；第三类是模具定位方式引起的误差，称为系统误差；第四类是不可预测的，属于偶发事故造成的，称为偶发误差。以上误差各有特点和原因。

一、固定误差

一套冲裁模，从试模鉴定的样件就存在尺寸偏差。这种偏差是由模具制造精度、冲压设备精度以及冲压材料的机械特性所决定的，也就是冲裁件的初始偏差，这就是模具的初始精度。随着模具的使用，不可避免地要进行刃磨，甚至多次刃磨，同时凸模和凹模（或凸凹模）的刃口尺寸也会随着自然磨损而发生横向尺寸变化，因此，冲裁间隙也随之增大。冲模精度也会发生变化。这类误差受多方面因素的影响。

1.冲压材料和零件结构。不同的材料有不同的机械性能。不同的化学成分和工艺造成其内部组织、板材内应力、厚度偏差、工序件纤维方向等都有所差异，这些因素是造成尺寸误差的根本原因。其中，厚度误差的影响是较严重的，因为间隙的取值依据就是板材厚度。冲裁件的结构形状不同，尺寸大小不同，复杂程度不同，会造成零件的刚度有较大差异，零件变形直接影响尺寸精度。复杂形状的冲件，给冲裁模工作零件的设计和加工带来较大影响，间隙的均匀性很难保证，而间隙的不均匀直接影响尺寸精度。

2.模具结构及工艺。不同的工艺方案决定了模具结构形式不同，结构不同精度差异也较大。例如，普通冲裁工艺与精密冲裁工艺，相差一个精度等级；排样方式不同精度也会不同，有搭边排样精度高于无搭边排样；多工序冲裁中，单工序冲裁、级进冲裁和复合冲裁其精度差异也较大，单工序模和级进冲裁模都存在二次定位问题，内孔与外轮廓的相对位置精度会大于复合冲裁模。

3.模具制造工艺。冲裁模工作零件的加工一般有普通机械加工，数控加工和数控电火花线切割加工。一般情况下，数控加工精度会高于普通机械加工。数控电火花线切割加工虽然精度很高，并且能够加工复杂轮廓的零件，但切割表面是由放电腐蚀形成的，因此会残留0.03～0.05mm凹凸不平的奥氏体组织，硬度可达（67～70）HRC，且有显微裂纹，在冲裁生产时会慢慢脱落，从而影响刃口精度。

用精密磨床加工冲裁模的主要零件，具有表面粗糙度数值小，尺寸精度高的特点，模具寿命长，精度高。先用电火花线切割粗加工，精加工由成型磨、光学曲线磨、手动座标磨逐步改为NC与CNC连续轨迹座标磨。用该工艺制造的冲裁模，尺寸精度、表面粗糙度，都能满足冲裁模工作零件的精度要求。

4.模具间隙。冲裁件尺寸精度与冲裁模间隙的大小有着密切关系。较小而均匀的模具间隙能够使零件尺寸精度得到提高，不均匀的冲裁间隙会加大冲裁件局部的毛刺，并使模具刃口磨损不均匀，降低模具寿命。

二、渐增误差

长期的冲压生产实践证明了磨损会使凸模刃口尺寸减小，凹模刃口尺寸增大，从而使冲裁间隙加大。如此，使冲裁件尺寸误差增大，这部分误差称之为“渐增误差”。

1.刃磨产生的渐增误差。刃壁有一定斜度的凹模，虽然具有便于漏料和刃口锋利的优点，但在刃磨凹模时，必然会造成凹模刃口尺寸的加大，加大多少取决于刃壁的倾斜角度大小，这种模具刃磨次数和每次刃磨厚度都要严格控制。

2.正常磨损产生的渐增误差。对于直壁刃口的凹模，其误差主要来源于正常磨损。冲裁生产时，凸模会与凹模重叠大约一个料厚，冲压材料会与凸模外侧和凹模的内壁产生强烈摩擦，长期的摩擦造成凸、凹模间隙变大，进而影响冲裁精度。磨损程度大小与冲压材料和模具工作零件材料的硬度和耐磨性有关。

三、系统误差

系统误差是指，在冲压过程中，由于冲裁模定位零件、退料卸料等零件与冲压件（或工序件）和毛坯料之间接触时靠紧的程度受操作和设计间隙的影响，使冲裁件形成的误差。它与送料方式、定位方式和退料方式有关，这种误差在一定范围内波动，使冲裁件精度不稳定。

1.导料销和挡料销产生的系统误差。送入冲裁模的材料一般要靠导料销和挡料销限位。在条料送进过程中，碰到挡料销时由于弹性，条料会后退与挡料销产生一定距离，同时，与导料销之间也会产生一定的距离，如果使用活动挡料销和始用挡料销，这个距离还会增大，这类误差一般存在于无搭边排样的冲裁中。

2.导正销和侧刃产生的系统误差。多工位级进模常用始用挡料销与侧刃或导正销配合使用来达到限位目的。对于多工位级进模冲裁，在落料凸模端面上安装导正销，利用冲件上现有的孔或在冲件上设工艺孔作为导正孔，可以适当提高冲件的位置精度。级进模冲裁时先冲孔后落料，落料时导正销先插入已冲出的孔中导正，但导正销和导正孔之间存在一定的间隙，因此，不可避免造成内孔和外形的位置误差。导正销和导正孔间隙值越大，误差也越大。同样道理，侧刃定距时，由于间隙的存在也会产生相应的位置误差。

四、偶发误差

我们把在冲压生产中，由于意外或突发故障而产生的误差称为偶发误差。这种误差虽然不常出现，但误操作、材料缺陷、模具故障、设备故障等意外情况也时有发生。这类误差往往会造成残次品甚至废品，更有甚者可导致事故发生。

对于操作失误只要操作细心即可。冲裁模在连续工作而缺乏检修的情况下，紧固螺栓往往会因震动而松动，甚至脱落，模具装配时，拧紧螺栓的力矩过大，也会使螺栓产生潜在裂纹，在剧烈震动时断裂。由于冲裁模上螺丝松脱或断裂而造成模具损坏甚至事故并非罕见。因此，在模具装配或维修时，应使用扭矩扳手按要求紧固螺栓，确保螺栓拧紧力矩在合理范围，防止事故发生。

总之，冲裁件尺寸误差可分为固定误差、渐增误差、系统误差和偶发误差，在模具设计、维修或冲压生产中采取针对性措施，减小冲裁件尺寸误差，提高冲裁件质量。

参考文献：

1.寇长山，《冲裁模误差分析及冲裁件质量分析》[J]，《机械工程师》，1992（6）：23-25

2.钟翔山，《型材冲裁模的设计及应用》[J]，《模具制造》，2012（7）：37-39

3.杨友德，《大型精密冲裁模具故障分析及修理对策》[J]，《机车车辆工艺》，2012（1）：27-28

【责编 田彩霞】