金属板冲压模具设计的关键原理是什么？如何避免材料开裂、起皱和过度变薄？

金属板冲压模具设计的关键原理

材料流动性控制

合理的分型面设计:确保物料流路顺畅,减少突然变化的阻力。

拉伸肋的优化:在不锈钢板加工中,拉伸肋（圆形/矩形横截面）布置在冲裁表面上,以精确控制材料流入并平衡局部拉伸和压缩。
目的:实现均匀的塑性变形,避免某些区域过度变薄或堆积。

模具的结构强度和精度

刚性和耐磨性:采用Cr12MoV等高硬度钢制成,关键部件的硬度为HRC58-62。增加导柱(≥4组）和过盈配合,以抑制横向力引起的偏移。

表面光洁度:工作表面抛光至Ra0。4μm以下,以降低摩擦阻力。

工艺参数的协调

刀架力的动态调节:底盘和机柜的金属板加工通过氮气弹簧或液压系统实现刀架力的分区控制（例如在边缘区域施加压力以防止皱纹,降低中心区域的压力以防止开裂）。

冲压速度分类:深拉工艺采用“慢-快-慢”速度曲线,降低冲击开裂的风险。

缺陷预防和控制措施

避免开裂（材料断裂）

增加圆角半径:冲头/模具的圆角应为材料厚度（t）的≥5倍,以降低应力集中。

优化冲头的形状:使用阶梯式或球形冲头来分散拉应力。

增强润滑性:使用含有极压添加剂（如硫化烯烃）的高粘度润滑剂,将摩擦系数降低30%以上。

抑制起皱（材料不稳定性）

精确控制压边力:单位压边力设定为材料屈服强度的1。5至2倍（例如,SPCC钢为2至3MPa）。

增加弹力棒的密度:在容易起皱的区域（例如表面突然变化的地方）,增加弹力棒的密度,弹力棒高度为6-8吨,宽度为12-15吨。

材料预拉伸:通过工艺切口释放局部压力（承载孔）。

防止过度变薄（厚度不均匀）

提前进行CAE模拟:利用AutoForm/Dynaform模拟物料流,识别变薄率大于20%的高风险区域。

稀释率控制:在设计阶段,稀释率可控制为≤15%（铝材料）或≤20%（低碳钢）。

多工序分配:深拉零件拉拔2至3次,中间有额外的退火工序（例如,当变形为40%时不锈钢退火）。

典型案例的应用

汽车油箱壳冲压

角落处的开裂率为15%。

对策:将模具圆角从3t增加到6t。在冲头上添加 20° 导向斜面；压边器力已从 250t 减小至 180t。

结果:开裂率降低至0。5%,减薄率优化为25%至18%。

核心逻辑:通过模具几何形状优化（坯料/导角）平衡物料流,通过CAE模拟和参数调节（毛坯支架力/拉肋）实现张力和压力之间的动态平衡,从根本上抑制缺陷的产生。