厚板冲裁模侧向力分析和预防

卢正峰

（陕西重型汽车集团有限公司，陕西 西安 721200）

厚板冲裁模侧向力分析和预防

卢正峰

（陕西重型汽车集团有限公司，陕西 西安 721200）

冲裁过程中侧向力的产生不可避免，它对厚板冲裁模具状态、寿命影响很大。本文分析了侧向力产生原因，介绍了侧向力的大小计算，并重点介绍了从工艺方案设计和模具设计等方面预防侧向力的措施。

侧向力；危害；产生；大小；预防

CLC NO.:TG386.2Document Code:AArticle ID:1671-7988(2015)07-25-02

引言

车架总成堪称重型车的脊梁，它的组成零件强度对整个汽车承载能力、使用寿命起着关键作用。车架总成主要由纵梁、横梁、连接板和其他零部件组成，这些零件一般在6-8mm，属于高强度钢。横梁和连接板有变化少、通用性强、需求量大的特点，很适合冲压工艺加工。怎样提高冲压模具使用状态和寿命，成为保障生产、稳定质量、控制成本最值得考虑的问题。

1、存在问题

影响厚板模具的状态和寿命的因素很多，但一个很致命的因素往往被忽略或考虑不周，那就是冲压过程中的侧向力。在冲压加工过程中，不仅非封闭冲裁模会产生侧向力，而且完全对称的冲裁模具也因各部位冲裁间隙不均、加工材料内部组织不均、送出料方向、机床精度等问题，也会产生侧向力。

模具的侧向力是一种有害的力，伴随着冲裁过程必然产生。如果设计时处理不好侧向力，不但很容易使冲裁间隙发生变化，造成模具局部镶块磨损、啃刃，甚至部件乃至整个模具报废，而且还会造成模具带料、产品不合格、机床运行精度下降、操作人员安全受影响等其他严重问题。有多套模具虽然考虑了侧向力，但还是出现防侧机构断裂，模具提前报废。究其原因，主要是前期侧向力分析和模具预防措施不到位。所以，提前分析冲裁模具的侧向力产生原因和大小，研究侧向力的预防措施成为提高厚板冲裁模寿命的重要措施。

2、侧向力的产生

模具冲裁中的侧向力是指模具工作中镶块受到的与冲裁方向垂直的，使镶块产生单向弯曲力距的作用力。

镶块受到材料垂直方向的抗剪压力P，镶块挤入材料时，受到材料产生的弹力N及摩擦力F的作用。很明显，由于弹力N的存在，镶块才有可能产生侧向力。同时摩擦力F也是弹力N存在的前提，而摩擦力F则是凸模磨损的主要原因，也是模具卸料时应克服的卸料力。

在冲裁过程中，不同镶块受到的侧向力大小和方向不同。单个侧向力对模具局部产生影响，所有侧向力的合力对上下模座产生影响。

3、防侧力的大小

分析侧向力的大小，还需要从冲裁中凸模所受的弹力N开始。

可见，N的大小与冲裁力成正比。冲裁力越大，N 就越大。实际上，冲裁力与镶块锋利程度、冲裁间隙、材料性能和厚度的波动等有关。另外，摩擦系数与镶块的表面光洁度、镶块瞬时温度等有关。所以，侧向力N不是定值。有研究表明，弹力N的大小是其相应位置冲裁力的30-40%。可通过以上公式计算局部侧向力，整个模具的侧向力可按照力的合成进行计算。

4、预防措施

侧向力对厚板冲裁模的影响，刚开始没有显现，在一段时间后，往往通过间隙偏、带料、零件毛刺等问题反映出来。等发现是侧向力引起的，就像人被人到了癌症中后期一样，有效的解决手段不多。最好的解决方法就是防患于未然，工艺分析确定出侧向力大小，模具设计阶段选择出合适的预防办法。

4.1 选择合理的工艺方案，降低模具的侧向合力大小

4.1.1 两个非对称件相向布置

使冲裁外形由不对称变为近似对称、由不封闭变为接近封闭。它不仅能使模具各部分侧向力互相抵消或大幅降低，而且效率提高1倍。这种办法对中小件非常适用。但缺点是，模具体积增大，制造费用增加，并要用较大冲床，只适合需求量特别大的零件。

4.1.2 增设工艺余边

根据零件的结构，在适当部位增添一个需要切除的工艺边，以达到冲压时平衡侧向力的目的。这种方法可有效平衡部分侧向力，但也会增加材料消耗。

4.1.3 改变冲压工艺方案

用板料剪切窄条或将角钢剪成短段时，通常采用单边剪切，有侧向力存在。若将单边剪切改为双边剪切，就能消除侧向力，并提高了工效和剪切质量。再如梯形件，将双边剪切改为落料，也同样的效果。

4.2 降低瞬时冲裁力，是减少侧向力影响最有效的途径

4.2.1 采用斜刃、阶梯冲、分段冲压或热冲等方法，以降低瞬时冲裁力。这样，模具镶块所受的最大侧向力也随之降低。

4.2.2 强力压料能防止板产生扭转力矩，作用于冲裁镶块的侧向力可降低10%～18%。与此同时，模具与板料之间的摩擦力也有所增加，从而提高了对侧向力的抵御。

4.2.3 有侧向力时，要尽量不用大间隙冲裁。因为大间隙冲裁使板料扭转，从而加大对镶块的侧向力。

4.3 提高上下模座之间的防侧能力

几乎所有零件，在加工过程会产生侧向力。如果上下模之间无防侧结构，加工过程中的侧向力主要由导柱导套来承担。在生产中出现，模具安装时是好的，但加工一定数量之后，模具间隙发生变化。这是侧向力导致上下模座错位引起相对位置发生变化。

根据侧向力大小有几种防侧设计。一种是模具设计有专门防侧结构，冲裁前提前啮合，冲裁过程中的侧向力内部已经抵消，这种一般用在侧向力很大的模具中；另一种是增强上下模座间的防侧能力，比如采用导板导向、或者增加导柱的直径或缩短长度的模具，一般厚板冲裁模都可以用这种结构。

4.4 提高镶块防侧向力的能力

冲裁模镶块，特别是凹模镶块的固定方式差异对侧向力的影响很大。凹模镶块的防侧设计有两个方面，首先是镶块外侧的防侧结构，其次是镶块的固定方式。选择合适的防侧结构是关键，常用的结构有实型铸造挡墙，或侧块、键。从效果上来看，挡墙最好，防侧块其次，键最差。镶块的固定方式对侧向力也起到重要作用，同一规格的螺栓销钉，布置方式、安装位置不同，产生的效果就不一样。我们有两套模具零件近似对称，凹模镶块外只设计键，虽然改为防侧块，但只使用了一年时间，模具就提前报废了。

5、结论

经过不断对问题模具分析、改进和总结，在后继模具设计中应用防侧技术，厚板冲裁模具崩刃少了，而且间隙偏、带料等“副产品”也大幅度降低，模具故障率和维修费用大幅度降低，使用寿命也不断提高。

[1] 张文祥，吴火然.模具冲裁中的侧向力分析[J].模具制造，2005,(6):22.

[2] 太田哲著.张玉良等译.冲压模具结构与设计图解[M].国防工业出版社出版，1980.

[3] 中国机械工程学会锻压学会编.锻压手册[M].机械工业出版社出版.2002.1.

The blanking die lateral force analysis and Prevention

Lu Zhengfeng
( Shaanxi Heavy Duty Automobile Group Co., Ltd., Shaanxi Xi’an )

The lateral force in blanking process is inevitable, it on thick plate blanking die, life of a great impact. This paper analyzes the causes of the lateral force, lateral force calculation, and introduces the design of the process scheme and die design of the lateral force of the measures of prevention.

lateral force; harm; produce; size; prevention

TG386.2

A

1671-7988(2015)07-25-02

卢正峰，工程师，就职于陕西重型汽车有限公司车架厂，从事汽车冲压技术工作。