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2 第 2 章 冲裁 第 2 章 冲裁 4 第 2 章 冲裁工艺及冲裁模设计 冲裁： 利用冲模在压力机上使板料分离的一种冲压工序。 从广义上说，是分离工序的总称，包括切断、落料、冲孔、 修边、切口等多种工序。一般来说，冲裁工艺主要是指落 料和冲孔。 落料： 冲裁的目的是为了制取一定外形的冲落部分。 （冲下部分为零件或毛料） 冲孔： 冲裁的目的是为了制取内孔。（ 冲下部分为废料 ） 根据变形机理的不同，冲裁可以分为普通冲裁和精密冲裁 两类。 5 第 2 章 冲裁工艺及冲裁模设计 6 第 2 章 冲裁工艺及冲裁模设计 冲裁变形机理（过程及其断面特征） 冲裁模具间隙 凸凹模刃口尺寸的计算 冲裁力的计算及降低冲裁力的方法 排样与搭边及其他冲裁方法 冲模零部件与类型 冲裁模设计要点 7 2.1.1 冲裁过程分析 2.1.2 剪切区力态分析（对于剪切线是直线的情况） 2.1.3 裂纹的形成与发展 2.1.4 剪切力行程 2.1.5 剪切断面分析 2-1冲裁变形机理 第 2 章 冲裁工艺及冲裁模设计 8 第 2 章 冲裁工艺及冲裁模设计 2-1冲裁变形机理 2.1.1 冲裁过程分析 弹性变形阶段 材料产生弹性压缩、拉伸与弯曲等变形。 塑性变形阶段 除剪切变形外，冲裁区还产生弯曲和拉 伸变形，至刃口附近的材料由于拉应力 的作用而出现微裂纹 断裂分离阶段 形成的上、下微裂纹逐渐扩大并向材料内 延伸，当上、下裂纹重合时，材料便被 剪断分离。 9 第 2 章 冲裁 2-1 冲裁变形机理 冲裁过程的分析 10 第 2 章 冲裁 2-1 冲裁变形机理 2.1.2 剪切区力态分析（对于剪切线是直线的情况） 板材剪切加工工艺原理图 Schematic diagram of sheet metal shearing process 11 第 2 章 冲裁 1vF 2v F 1hF 2hF 1vF 2vF 1hF 2hF 凸、凹模对板料的竖直作用力； 凸、凹模对板料的侧压力（水平作用 力）； 凸、凹模端面与板料间的摩擦力； 凸、凹模侧面与板料间的摩擦力。 板坯受力简图 Diagram of sheet metal under load 12 第 2 章 冲裁 2.1.3 裂纹的形成与发展 2-1 冲裁变形机理 裂纹产生的条件： 当变形区的应变达到极限塑性应变值时， 就产生微裂纹 裂纹扩展的方向： 沿着最大剪切应变速度的方向扩展 裂纹的成长过程：裂纹首先在低应力区产生，由于变形过 程中最大剪切应变的速度方向发生变化，使得新的裂纹不断产 生，旧裂纹的扩展不断停止，然后在旧裂纹的前端附近重新产 生新的裂纹，不断产生的微裂纹的根部汇成了一条主裂纹 极限塑性应变值 除和材质外，还和应力状态、变形历史（损 伤程度）有关。 13 第 2 章 冲裁 2-1 冲裁变形机理 2.1.4剪切力行程 剪切加工过程非稳定、不均匀。在剪切的初期，先产 生弹性变形，然后进入塑性阶段，之后，虽然剪切面积减 少了，但由于产生了加工硬化，其剪切力随着剪切行程的 增大而增大，对于塑性材料达到最大点后（微裂纹），剪 切力开始降低，直至断裂。 塑性材料、脆性材料的区别。 塑性材料： 比如铁线（丝 ),可以随意变曲 ,变形 ,也不会断 裂 ,就是具有可塑性的材料 . 脆性材料 ： 象玻璃 ,稍一用力变形就会断裂 ,破碎掉的材料 . 14 第 2 章 冲裁 2-1 冲裁变形机理 2.1.5 断面特征 1） 圆角带： 冲裁过程中，纤维的弯曲与拉伸形成， 软材料圆角大。 2） 光亮带： 塑剪变形时，由于相对移动，凸凹模侧 压力将毛料压平形成的光亮垂直断面。 3） 断裂带： 刃口微裂纹受拉应力不断扩展形成的撕 裂面，导致断面粗糙并有斜度。 4） 毛刺： 由微裂纹位置与冲裁间隙等引起，是金属 拉断而形成的金属刺残留在冲裁件上 15 第 2 章 冲裁 2.1.5 剪切断面分析 a. 圆角带 纤维的弯曲与拉伸引 起的结果。间隙大 a b. 光亮带 表面光洁。塑性变形 的结果。塑性好 b c. 断裂带 微裂纹在拉应力作用 下不断扩展而形成的撕裂面，表 面粗糙，略带斜度，不与板平面 垂直。塑性好 c d. 毛刺 出现微裂纹时形成，刃 口状态是影响毛刺的主要原因， 刃口钝易产生毛刺；从冲裁原理 上讲，毛刺是不可避免的。塑性 好 d 冲裁区应力、变形和冲裁件正常的断面状况 a）冲孔件 b）落料件 第 2 章 冲裁 17 第 2 章 冲裁 2 -2 冲裁模具间隙 间隙的概念 模具凸凹模刃口缝隙间的距离。 单边间隙 c、双边间隙 z。 间隙对冲裁件的质量、模具寿命、冲裁力都有很大 的影响，是冲裁工艺和模具设计中的最重要的工艺参数。 2.2.1 间隙对冲裁件质量的影响 2.2.2 间隙对冲裁力的影响 2.2.3 间隙对模具寿命的影响 2.2.4 间隙的确定 18 第 2 章 冲裁 2.2.1 间隙对冲裁件质量的影响 2 -2 冲裁模具间隙 冲裁件的质量：断面质量、尺寸精度 a 间隙对断面质量的影响 小间隙、合理间隙、大间隙情况下的剪切过程 断面特征值与间隙的关系图。 19 第 2 章 冲裁 2-2 冲裁模间隙 间隙对断面质量的影响 20 b 间隙对尺寸精度的影响 尺寸精度：实际尺寸与名义尺寸的差值。 差值由两个方面引起的：一是模具的制造偏差、二是冲裁件 相对于模具的尺寸偏差。 大间隙和小间隙情况下冲裁件尺寸相对于模具尺寸的变化 (P14) 尺寸变化量的大小与材料性质、厚度等因素有关。 第 2 章 冲裁 2.2.1 间隙对冲裁件质量的影响 2 -2 冲裁模具间隙 21 第 2 章 冲裁 2 -2 冲裁模具间隙 2.2.2 间隙对冲裁力的影响 冲裁力与剪切力的关系：冲裁力是指剪切力的最大值。 小间隙时冲裁力大：因为当冲裁间隙小时，冲裁 过程中的挤压作用加剧，冲裁力与磨擦力增大，使刃 口所受压应力增大，造成刃口变形与端面磨损加剧， 严重时甚至会崩刃。 合理间隙时冲裁力小：上下裂纹重合。 22 第 2 章 冲裁 2 -2 冲裁模具间隙 2.2.3 间隙对模具寿命的影响 模具的破坏形式有： 磨钝、崩刃、 折断。 附着磨损：由于高压，使材料与模具之间产生局部附着现 象，当接触面相对滑动时，附着部分产生剪切，而引起磨 损。 间隙过小： 加剧磨损，对模具寿命极为不利。 间隙过大： 由于弯矩及拉应力的增大而导致刃口损坏。 故间隙的大小应取合理值。 23 第 2 章 冲裁 间隙与 材料的性能 、 厚度 、 使用要求 的关系 。 使用要求 当制件尺寸精度要求和断面质量要求较高时 ， 采用小 间隙； 当制件尺寸精度要求和断面质量要求较低时 ， 只考虑 模具的寿命 、 冲裁力等因素 ， 而选用大间隙 。 材料厚度的影响： 材料越厚 ， 间隙值越大 材料性能的影响： 硬材料的间隙值应大些 ， 考虑降低冲裁 力及减少磨损 。 2 -2 冲裁模具间隙 2.2.4冲裁模间隙值的确定 24 第 2 章 冲裁 2-2 冲裁模间隙 合理冲裁间隙的概念 间隙选取时主要考虑冲裁件断面质量和模具寿 命这两个主要因素，当对冲裁件断面质量要求高时， 应选较小的间隙值；当对冲裁件断面质量要求不高 时，应选较大的间隙值，提高模具寿命、降低冲裁 力。 考虑到模具制造偏差及使用中的磨损，生产中通 常选择一个适当范围作为合理间隙，其中 最小值称 为最小合理间隙 Zmin，最大值称为最大合理间隙 Zmax。 在冲压实际生产中，主要根据冲裁件断面质量和模具寿命 这二个因素综合考虑，给间隙规定一个范围值。考虑到在生产 过程中的磨损使间隙变大，故设计与制造新模具时应采用最小 合理间隙 Zmin 1.理论法确定法 （ P16） t a n12t a n2 00 ththtZ 2 -2 冲裁模具间隙 第 2 章 冲裁 材料厚度 t越大，合理间隙值增大 材料塑性愈好，压入材料 h0越大， 合理间隙值愈小。反之硬脆材料的 h0较小，合理间隙值就要大。 26 第 2 章 冲裁 （ a）在同样情况下，非圆形比圆形大，冲孔比落料大 （ b）高速冲压时，间隙应增大 （ c） 热冲时材料的强度低，间隙可小 （ d）电火花加工的模具应比机械加工方法加工的模具间隙小 2.经验确定法 较小间隙值 较大间隙值 27 第 2 章 冲裁 2 -3 凸凹模刃口尺寸的计算 2.3.1、尺寸的计算原则 2.3.2、计算方法 2.3.3、算例 28 第 2 章 冲裁 2 -3 凸凹模刃口尺寸的计算 2.3.1、尺寸的计算原则 冲裁件的尺寸由模具刃口尺寸决定 （ 若不考虑从模具出 来后尺寸的变化 ,冲裁件尺寸等于模具刃口尺寸 ） 。 考虑在使用过程中模具产生磨损 。 因此 ， 决定冲裁件尺 寸的因素包括：制造精度 、 磨损 （ 间隙 、 模具结构 、 硬度 ） 实践证明： 由于落料件尺寸和冲孔时孔的尺寸都是以光 亮带尺寸为准，而落料件光亮带尺寸等于凹模刃口尺寸，冲 孔时孔的光亮带尺寸等于凸模刃口尺寸，因此设计刃口时， 应分落料和冲孔两种情况来考虑。 29 第 2 章 冲裁 a. 基准件原则 b. 最大材料量原则 c. 一致性原则 2 -3 凸模与凹模刃口尺寸的确定 2.3.1、尺寸的确定原则 30 第 2 章 冲裁 a. 基准件原则 落料件尺寸由凹模尺寸来决定 ， 冲孔件尺寸由凸模尺寸决定 。 （ 在测量使用中 ， 落料件以大端尺寸为准 ， 冲孔件是以小端尺寸 为准 ） 。 落料模：以凹模尺寸为准 ， 间隙取在凸模上 冲孔模：以凸模尺寸为准 ， 间隙取在凹模上 b. 最大材料量原则 落料模：凹模基本尺寸应取工件尺寸公差范围内的较小值 冲孔模：凸模基本尺寸应取工件尺寸公差范围内的较大值 间隙取最小合理间隙 c. 一致性原则 模具精度高 ， 冲裁件的精度高 。 模具精度高于冲裁件精度 2 3级 。 当制件无标准公差时，对于非圆形件按国家标准取 IT14级， 模具取 IT11级。圆形件，模具取 IT6 7级 。 31 2 -3 凸模与凹模刃口尺寸的计算 2.3.2、计算方法 落料时 0 m a x 0 dddD D x 0m i n0 pp ZDD dp 冲孔时 00 m i np ppd d x dd Zdd pd 0m i n0 (1) 凸模与凹模分开加工 ， 分别标注刃口尺寸及公差 适于 圆形或简单形状 冲裁件 32 第 2 章 冲裁 2 -3 凸模与凹模刃口尺寸的计算 2.3.2、计算方法（表 2-4 制造公差） 冲裁件制造公差（冲压件未标注公差的极限偏差值可按 GB1800-79 IT1214级选取） x 磨损系数，与制造精度有关，一般可取系数值 x=0.5-1。 参考值：工件精度在 IT10级精度以上或大批量生产时， x取 1.0；工件精度在 IT11IT13级或中批量生产时， x取 0.75； IT14级精度或小批量生产时， x=0.5。 m i nm a x ZZdp 或 )(4.0 m i nm a x ZZp )(6.0 m i nm a x ZZd 为了保证磨损，须满足 33 第 2 章 冲裁 例 1： 如图所示垫圈，材 Q235， 板料厚度 2mm，试确定冲裁凸、 凹模的刃口尺寸及公差。 查表（无特殊要求的一般冲孔， 落料，工件精度取 IT14） Zmax 0.24 Zmin 0.20 冲孔 p=0.02, d =0.02 ,x=0.5 落料 p=0.02, d =0.03 ,x=0.5 12.5 35 +0.24 2.3.3 算例 -0.34 34 冲孔： 00 0 m in 0. 02 00.020 0.020 0.020 m in 000 12.5 0.5 0.24 12.62 ( ) 12.62 0.20 12.82 ( ) p d p dp d d x mm d d Z mm 凸： 凹： m a x m i n 0 . 0 2 0 0 . 0 2 0 0 . 0 4 pd ZZ 0 . 0 3 0 0 . 0 3 0 m a x 000 0 m in 0 . 0 2 00 . 0 2 0 3 5 0 . 5 0 . 3 4 3 4 . 8 3 ( ) 3 4 . 8 3 0 . 2 0 3 4 . 6 3 ( ) d p d pd D D x m m D D Z m m 凹： 凸： 校核： （满足间隙公差条件） 落料： 校核： m a x m i n 0 . 0 2 0 0 . 0 3 0 0 . 0 4 pd ZZ （不能满足间隙公差条件） 35 m a x m in: 0 .4 ( ) 0 .4 0 .0 4 0 .0 1 6 ( )p Z Z m m 凸 m a x m i n: 0 . 6 ( ) 0 . 6 0 . 0 4 0 . 0 2 4 ( )d Z Z m m 凹 因此只有缩小凸、凹模制造公差，提高制造精度，才能 保证间隙在合理范围内，由此可取： 0.024 0 0 0.016 34.83 ( ) 34.63 ( ) d p D m m D m m 凹： 凸： 故： 36 第 2 章 冲裁 练习 如图所示垫圈，材料 08钢，板 料厚度 2mm，试确定凸凹模刃 口尺寸及公差。 Zmax 0.18 Zmin 0.13 落料 p=0.02, d =0.03 ,x=0.5 冲孔 p=0.02, d =0.02 ,x=0.5 40.2 -0.34 13.9 +0.14 37 冲孔： 00 0 m in 0. 02 00.020 0.020 0.020 m in 000 13 .9 0. 5 0. 14 13 .9 7 ( ) 13 .9 7 0. 13 14 .1 0 ( ) p d p dp d d x m m d d Z m m 凸： 凹： m a x m i n 0 . 0 2 0 0 . 0 2 0 0 . 0 5 pd ZZ 0 . 0 3 0 0 . 0 3 0 m a x 000 0 m in 0 . 0 2 00 . 0 2 0 4 0 .2 0 .5 0 .3 4 4 0 .0 3 ( ) 4 0 .0 3 0 .1 3 3 9 .9 ( ) d p d pd D D x m m D D Z m m 凹： 凸： 校核： （满足间隙公差条件） 落料： 校核： m a x m i n 0 . 0 3 0 0 . 0 2 0 0 . 1 8 0 . 1 3 = 0 . 0 5 pd ZZ （满足间隙公差条件） 38 第 2 章 冲裁 、 第 章 冲裁 2 -3 凸模与凹模刃口尺寸的确定 2.3.2、计算方法 思考题： 1、 画出落料冲孔时各个部分的公差分配位置， 给出刃口尺 寸的计算式，解释各个符号的含义。 2、以冲孔为例，分别在大批量生产和小批量生产时，用公 差分析的方法给出模具刃口尺寸的计算式，解释磨损系数的 含义。 39 第 2 章 冲裁 、 第 章 冲裁 2 -3 凸模与凹模刃口尺寸的确定 2.3.2、计算方法 (2)凸模与凹模配合加工 （ 非圆形件 ） 对于形状复杂的制件，或薄料件小间隙，采用配合加工。 模具制造公差不受间隙的限制。一般取模具制造公差 4/落料件 按模具磨损情况的不同 ， 可分为三类 A类尺寸：凹模磨损后尺寸增大 B类尺寸：凹模磨损后尺寸减小 C类尺寸：凹模磨损后尺寸不变 40 、 2.3.2、计算方法 (2)凸模与凹模配合加工 （ 了解各符号的意义 （ P28） 基准件尺寸与工件尺寸的关系： /41 ( )z dA A x （） /42 ( )zdB B x （） ( 0.5 ) ( 3 ) ( 0.5 ) 8 dd dd dd CC CC C C C 以上为落料时凹模尺寸的计算方法，相应的凸模尺寸按凹 模尺寸配制，并保证最小间隙。同时图纸上注明。 冲孔以凸模为基准，也同凹模一样分三种情况。 41 第 2 章 冲裁 Aj1 Aj2 Aj3 Bj1 Bj2 Cj2 Cj3 Cj1 A1 A2 A3 B1 B2 C2 C3 C1 落料件尺寸图 基准件（落料凹模）尺寸图 42 按模具磨损情况的不同 ， 可分为三类： A类尺寸： 落料凹模或冲孔凸模磨损后尺寸 增大 B类尺寸： 落料凹模或冲孔凸模 磨损后尺寸 减小 C类尺寸： 落料凹模或冲孔凸模 磨损后尺寸 基本不变 A类尺寸 =（ 冲裁件上该尺寸的 最大 极限尺寸 B类尺寸 =（ 冲裁件上该尺寸的 最小 极限尺寸 C类尺寸 = 冲裁件上该尺寸的 中间 尺寸 1/8 /40)x 0 /4)x 凸模与凹模配合加工的方法 ： （ 总结 ） 43 第 2 章 冲裁 0 0.4080a m m m m 0-0.34， b = 4 0 ， 2.3.4、算例 例 3 计算如图所示冲裁件的落料凸模尺寸和凹模尺寸。冲裁件的 材料为 10钢，冲裁件的尺寸为 m m m m m m00- 0 . 3 4 - 0 . 2c=35 ， d = 2 2 0 . 1 4 ， e = 1 5 查表得， Zmax 0.18 Zmin 0.13 厚度 t=2mm。 注：该冲裁件属于 落料件 ，只要计算落料凹模尺寸及制造公 差，凸模由凹模的实际尺寸按间隙要求配做。 （对于尺寸为 80mm的 x=0.5，其余尺寸均为 x=0.75 。） 1写明 abcde分别属于哪一类尺寸，再写上公式，然后代入。 44 落料凹模的基本尺寸计算如下： 1+ 0 . 4 + 0 . 14 008 0 0 . 5 0 . 4 = 7 9 . 8 0a m m m m 凹 1+ 0 . 3 4 + 0 . 0 8 5 + 0 . 0 8 54 0004 0 0 . 7 5 0 . 3 4 = 3 9 . 7 4 5 3 9 . 7 5m m m m m m 凹b 1+ 0 . 3 4 + 0 . 0 8 5 + 0 . 0 8 54 0003 5 0 . 7 5 0 . 3 4 = 3 4 . 7 4 5 3 4 . 7 5m m m m m m 凹c 0 01 0 . 0 70 . 2 8 4 2 2 0 . 1 4 0 . 7 5 0 . 2 8 = 2 2 . 0 7m m m m 凹d 115 0. 1 0. 2 = 14 .9 0 0. 02 58 m m m m 凹e 45 落料凸模的基本尺寸与凹模相同，分别是 79.80mm、 39.75mm、 34.75mm、 22.07mm、 14.90mm，不必 标注公差，与落料凹模配做时，保证双边间隙值为 0.13 0.18mm。 或者写： 凸模尺寸按凹模实际尺寸配制，保证双边间隙值为 0.13 0.18mm。 46 47 第 2 章 冲裁 2 -4 冲裁力的计算及降低冲裁力的方法 2.4.1、冲裁力的计算 k L tP 2.4.2 、降低冲裁力的方法 2.4.3 、卸料力、推件力及顶件力的计算 1. 阶梯形凸模 3. 斜刃冲模 2. 材料加热 2.4.1 冲裁力的计算（平刃） 常取 K=1.3，一般情况下，材料的抗拉强度 1.3b 所以，为了计算方便，也可用下式计算冲裁力： bF Lt 49 2 -4 冲裁力的计算及降低冲裁力的方法 2.4.2 、降低冲裁力的方法 1）将材料加热后冲裁 把材料加热后冲裁可以大大降低其抗剪强度，有数据显示： 将钢材加热到 700 900摄氏度时，冲裁力只及常温的三分之 一甚至更少。 优点： 冲裁力降低明显。 缺点： 断面质量较差（毛刺多）、 精度低、冲裁件上会产生氧化皮，另外加热冲裁的劳动条件也 差 。只用于精度要求不高的厚料冲裁。 当板料较厚或者冲裁件较大时，所需要产生的冲裁力过大 或者压力机吨位不够时，可采用下列方法来降低冲裁力。 50 3） 用斜刃冲模冲裁 将凸模或凹模刃口做成斜刃口，整个斜刃不是与冲裁件周 边同时接触，而是逐渐切入，所以冲裁力会减少。 优点：压力机能在柔和的条件下工作，当冲裁件很大时，降 低冲裁力很明显。缺点：模具制造难度提高，刃口修磨也困难。 适用于形状简单、精度要求不高、料不太厚的大件冲裁。在 汽车、拖拉机等大型覆盖件的落料中应用较多。 2） 阶梯形凸模 在多凸模冲模中，将凸模做阶梯型布置（不同高度）， 采用阶梯布置可使各凸模冲裁力的最大值不同时出现，从而降 低了冲裁力。 缺点是修模刃口比较麻烦，主要用于有多个凸模而其位置 又较对称的模具。 51 2.4.3 卸料力及顶件力的计算 推件力：沿着冲裁方向 ， 把卡住的板料 （ 工件或废 料 ） 从凹模内推出所需要的力； 顶件力：与冲裁方向相反 ， 把卡住的板料从凹模内 顶出所需要的力； 卸料力：从凸模上将紧箍板料卸下所需要的力 。 影响因素 (P31) 经验公式： F1 nk1F F2 k2F F3 k3F n-同时卡在凹模洞口内的零件数； F-冲裁力（ N） K1、 K2、 K3-推件力、顶件力和卸料力系数，见书上表 2-5。 52 2. 卸料力、推件力和顶件力的计算 53 第 2 章 冲裁 采用弹性卸料装置和上出料方式的总冲裁力 F0 F F2 F3 采用弹性卸料装置和下出料方式的总冲裁力 F0 F F1 F3 采用刚性卸料和下出料方式： F0 F F1 排样 : 合理的排样 ： 冲裁件在条料、带料或板料上的布置方法。 排样方案是模具结构设计的依据之一。 提高材料利用率、降低成本，保证冲件质量及 模具寿命的有效措施。 2.5 排样与搭边 第 2 章 冲裁 55 根据材料的合理利用情况，条料排样方法可分为三种（ P33）： 2.5.1 排样方法 一个步距内的材料利用率 材料利用率： a材料利用率 %100 BSA 冲裁件的实际面积与所用板料面积的百分比，它 是衡量合理利用材料的经济性指标。 2.5.2 材料的经济利用 步距 :条料在模具上每次送进的距离称为送料步距（也称进距） 步距的大小应为条料上两个对应冲裁件的对应点之间的距离。 一张板料 (或带料、条料 )上总的材料利用率 a材料利用率（续） 总 %1001 LBnA总 2.5.2 材料的经济利用 （续） 第 2 章 冲裁 冲裁所产生的废料：一类是 结构废料 ；另一类是 工艺废料 。 b提高材料利用率的方法 2.5.2 材料的经济利用 （续） 第 2 章 冲裁 减少工艺废料 的有力措施是： b提高材料利用率的方法 (续） 设计合理的排样方案； 选择合适的板料规格和合理的裁板法 减少料头、料尾和边余料，利用废料作小零件等。 利用结构废料 的措施有： 当材料和厚度相同时，在尺寸允许的情况下，较小尺寸的冲 件可在较大尺寸冲件的废料中冲制出来。 在使用条件许可下，也可以改变零件的结构形状，提高材料 利用率。 2.5.2 材料的经济利用 （续） 第 2 章 冲裁 搭边 ： 排样时冲裁件（工件）之间以及冲裁件与条料侧边之间留下 的余料。 搭边的作用： 一是补偿定位误差，确保冲出合格零件； 二是增加条料刚度，方便条料送进，提高劳动生产率； 合理搭边还可以避免冲裁时条料边缘的毛刺被拉入模具间隙， 从而提高模具寿命。 2.5.3 搭边 第 2 章 冲裁 a影响搭边值的因素 （ 1） 材料的机械 （ 力学 ） 性能 硬材料的搭边值可小一些；软 材料 、 脆材料的搭边值要大一些 。 （ 2） 材料厚度 材料越厚 ， 搭边值也越大 。 （ 3） 冲裁件的形状与尺寸 零件外形越复杂 ， 圆角半径越小 ， 搭边值取大些 。 （ 4） 送料及挡料方式 用手工送料 ， 有侧压装置的搭边值可以 小一些 。 （ 5） 卸料方式 弹性卸料比刚性卸料的搭边小一些。 2.5.3 搭边 第 2 章 冲裁 b搭边值的确定 表 2-7为搭边值的经验参数表之一 ， 供设计时参考 。 2.5.3 搭边 第 2 章 冲裁 条料宽度 ： 2+B D a B：条料宽度的基本尺寸 (mm); D: 工件在宽度方向的尺寸 (mm); a: 侧搭边的最小值 (mm); ： 条料宽度的单向（负向）公差 (mm) 。 2.5.4 条料宽度的确定 第 2 章 冲裁 一张完整的排样图应标注条料宽度尺寸 0B 、条料长度 L、板 料厚度 t 、端距 l、步距 S、工件间搭边和侧搭边 a。并习惯以剖面 线表示冲压位置。 2.5.5 排样图 第 2 章 冲裁 65 2.6 冲裁件工艺性分析 冲裁件的工艺性是指冲裁件 对冲裁工艺的适应性 。对冲裁工艺性影响 最大的是制件的是 几何形状、尺寸和精度要求 等。 冲裁工艺性好 是指能用普通冲裁方法，在模具寿命和生产率较高、成 本较低的条件下得到质量合格的冲裁件。 第 2 章 冲裁 2.6.1 冲裁件的精度等级 一般精度 ： IT10 12级； 高精度 IT8 10级；冲孔大于落料。 获得高精度方法： 1、普通冲裁后整修或辅以切削加工 2、精密冲裁 66 （ 3）冲孔尺寸不宜过小，否则凸模强度不够。 （ 4）为避免工件变形和保证模具强度，孔边距和孔间距不 能过小。 （ 5） 在弯曲件或拉深件上冲孔时，孔边与直壁之间应保持 一定距离，以免冲孔时凸模受水平推力而折断。 2.6.2、冲裁件的形状和尺寸要求 （ 1）冲裁件的形状应力求简单、对称，避免形状复杂的曲 线。 （ 2） 冲裁件内孔及外形的转角处要尽量避免尖角，应以圆 弧过渡，以便于模具加工，减少热处理开裂，减少冲裁时尖 角处的崩刃和过快磨损。 67 2.7 整修与精密冲裁 采用普通的冲裁工艺，冲裁件的尺寸精度在 IT10 IT14 级左右，表面粗糙度在 6.3左右，其断面略带斜度，光亮带也 只有断面的 1/3左右。当冲裁件尺寸精度、表面粗糙度和断面 垂直度有较高要求时，就必须采取一些措施来满足冲裁件的 质量要求。 2.7.1 整修 整修是利用整修模沿着冲裁件外缘或内孔刮削去一层薄薄 的切屑，以除去普通冲裁时在断面上留下的塌角、毛刺和剪 裂带等，从而提高了冲裁件的加工精度，降低了表面粗糙度。 整修时应合理确定整修余量，而整修余量又决定于整修次数。 整修又分为 外缘整修 和 内缘整修 68 图 2-12 修 整工艺简图 1 凸模； 2 凹模 69 1、外缘整修 冲裁件外形的整修称为外缘整修，它是将预先留有整修余 量的落料件置于整修凹模上，其凸模将毛坯压入凹模，余量被 凹模切去。外缘整修的质量与整修次数、整修余量以及整修模 结构等因素有关。 分为两种： （ 1） 切削外缘件整修： 切削外缘整修可以整修出 IT6级精度、 表面粗糙度可达 0.4以下的冲压件。 这种整修方法与切削加工相似。整修余量与材料的性质、 冲裁件形状和大小、板材厚度及整修前的断面质量等状况有关。 大间隙落料： 断面上断裂带斜度大，整修量必然要大； 小间隙落料： 需要切去二次剪切形成的中间断裂带的斜度小， 整修量相对也小。 70 整修次数 根据整修量的大小、材料的性质、板材厚度和 冲压件的几何形状等因素来确定。就实际生产而言，总是希 望整修次数愈少愈好，但有时是不可能实现的。 当板材厚度小于 3mm、冲裁件外形比较简单时，一般只 需要一次整修即可； 如果冲裁件外形复杂，就必须进行多次整修。 对于软材料（如黄铜、铝）的整修，凹模与凸模应采用 锋利刃口；对于较硬材料（如钢）的整修，凹模刃口应稍带 有圆角，凸模做成锋利刃口。 71 （ 2）挤光外缘整修： 主要适用于塑性较好、板材厚度为 3 7mm的冲裁件。整修方法是将大于凹模的冲裁件挤入锥形凹模内，以获得光洁的 外缘表面，每边的压缩量不应超过 0.04 0.06mm。 2.内缘整修： 冲裁件孔的整修称为内缘（孔）整修。内孔整修过程与 外缘整修相似，不同处就是内孔整修利用凸模切除余量。整 修的目的是校正孔的坐标位置，提高光洁度和孔的尺寸精度。 内缘整修有 切削内缘整修 和 挤压内缘整修 两种。 72 1）切削内缘整修： 整修精度可达 IT6级左右，表面粗糙度在 0.4 左右。整修 量与材料性质、厚度及内缘断面质量状况等因素有关。如果 整修前冲压件上的孔用钻孔工艺加工的，其整修量要比用冲 孔时小。若整修孔的同时，还兼有校准孔径和孔中心距时， 应增加整修量。 2）用钢球或芯棒整修 ： 此法是利用滚珠或芯棒对孔进行精压。工作时，利用凸 模的压力，使硬度很高的钢球或芯棒强行通过孔，借以达到 整修目的。整修后的尺寸精度可达 IT6级左右，表面粗糙度 在 0.1左右。 73 改变冲裁条件，以增大变形区的静水压作用，抑制材 料的断裂，使塑性剪切变形延续到剪切的全过程，在材料 不出现剪裂纹的冲裁条件下实现材料的分离，从而得到断 面光滑而垂直的精密零件。 精密冲裁法 2.7.2 精密冲裁 74 精密冲裁简称精冲 ： 精冲按冲裁机理分 半精冲 （ 小间隙或负 间隙冲裁，机理与普通冲裁差异不大，增强了冲裁变形区静 水压作用，断面质量提高，光亮带比例增大，模具设备简单 ） 和 精冲 （齿圈压板）两种。 1、小间隙圆角刃口冲裁（图 2-14） 以 a图为例，凹模带小圆角刃口，这种冲裁方法在凹模的 刃边不产生剪裂，金属均匀地被挤进了凹模的洞口，这时金 属的纤维被拉长，并被凹模的光滑表面压平，形成了很光的 断面，在废料上有拉长的毛刺。同普通冲裁方法相比，两者 的差别仅在于采用了小间隙（ 一般 0.01-0.02mm），小圆角 刃口（ 半径一般为材料厚度的百分之十 ），加强了冲裁区的 静水压，起到了抑制裂纹的作用。 冲裁力约为普通冲裁力的 1.5倍。 （ 1）半精冲 75 这种方法只适用于塑性较好的有色金属和软钢，如软铝、 紫铜、黄铜、 05F和 08F等，精度为 IT8-IT11。这种方法用于 硬钢和磷青铜等时会产生断裂现象。 2、负间隙冲裁（图 2-15）（机理基本和 1相同） 负间隙 是指凸模尺寸大于凹模尺寸，凹模带小圆角刃口， 半径约为材料厚度的百分之五到十，静水压作用强，凸模可刃 口锋利。对于圆形冲裁件，凸模比凹模大出的周边是均匀的， 一般约大（ 0.1 0.2) t；对于几何形状复杂的冲裁件，在凸出 的角部要比圆形部分大出一倍，即为（ 0.2 0.4 )t；在凹进的 部位应比圆形部分减少一半，即为（ 0.05 0.1） t。 负间隙冲裁方法只适于冲裁塑性好的材料，如软铝、铜和 软钢等。对于普通碳素钢和合金钢不能采用。采用这种方法， 在冲裁后可获得 IT8 IT11、粗糙度 0.8 0.4的冲压件。 76 由于凸模尺寸大于凹模尺寸，出现的裂纹与普通 冲裁时相反，形成一个倒锥形，凸模将此倒锥形毛 坯推入凹模时，切去了部分余量，获得较高的断面 质量。有时，为获得使断面有更低的表面粗糙度， 可以在凹模的刃边作出很小的倒角。 冲裁时，模具在完全闭合后，凸模的最下边工 作位置应与凹模上平面保持有 0.1 0.2 mm的距离。 77 1.精冲原理： 要想获得既不带锥度又光洁的切断面，其先决条件是凸模 和凹模之间的间隙要 极小， 同时还要避免普通冲裁变形时出现 的撕裂阶段，只产生塑性剪切。也就是说，冲裁件与板材分离 的过程始终是塑性剪切过程。为获得纯塑性剪切变形，板材在 冲裁过程中必须一直处于强力的压紧状态。板材在很大的静压 力作用下，产生以下的效果： 使材料塑性增大，不至于在模具刃口附近产生裂纹； 将板材压平，使冲裁切断面与冲裁件表面保持垂直。 （ 2）精冲（齿圈压板法） 78 精冲是精密冲裁工艺的简称。是在普通冲裁的 基础上发展起来的一种精密加工工艺。它与普通冲 裁在工艺上的区别， 除凸模、凹模间间隙极小与凹 模刃口带圆角外，在模具结构上也有其特点，精冲 模具比普通冲裁模多了一个齿圈压板与一个顶出器， 所以材料在受压状态下进行冲裁，可以防止材料在 冲裁过程中的拉伸流动。 实践证明：在精冲时，压紧力、冲裁间隙和凹 模刃口圆角三者是相辅相成的，其中冲裁间隙是主 要的。 79 2、适用于精冲的材料 精冲对材料要求比较严格，适合精冲的材料必须具有良 好的塑性、较大的变形能力和良好的组织结构，以便在冲裁 中不致发生撕裂现象。 以含碳量小于 0.35、强度极限 b=300 600MPa的钢 精冲效果最好。含碳 0.35 0.7%,甚至更高的碳素钢及铬、 镍、钼含量比较低的合金钢经退火处理后仍然可以获得良好 的效果。 至于有色金属包括纯铜、黄铜（含铜量大于 62）、软 青铜、铝及其合金（抗拉强度 b 250MFa）等都可以精冲。 但是用作冲裁钥匙的铅黄铜精冲效果不好。 80 齿圈压板精冲： 加工精度可达 IT6-IT8，粗糙度值可达 0.8-0.4微米，需要 专用精冲压力机，模具要求高，成本较高。 精冲总压力等于冲裁力、压边力、顶板反压力之和。为 增强静水压作用，兼顾模具寿命，一般取材料厚度的百分之 一作为双边间隙值。 凸凹模圆角：为增强静水压作用，冲孔凸模、落料凹 模刃口略带圆角， 落料凹模刃口圆角半径一般取 0.01- 0.03MM，冲孔凸模刃口圆角半径一般取 0.01MM以下。 81 （ 1）最小圆角半径：精冲件一般不允许有尖角，必须是 圆角，否则在相应的剪切面上会发生撕裂，而且易使凸模损 坏。冲裁件的最小圆角半径与冲裁件的尖角角度、板材厚度 及其机械性能等因素有关。 （ 2）精冲允许的最小孔径主要是从冲孔凸模所能承受的 最大压应力来考虑的，其值与材料性质和板材厚度等因素有 关。 （ 3）孔边距：精冲所允许的孔边距的最小值比普通冲裁 时小。 3、精冲件的结构工艺性 82 2-8 冲裁模基本类型和典型结构 冲裁模： 用来完成冲裁工序的冲模，是实现冲压变形的 一种工艺装备。冲模结构应满足生产要求，能保证冲出合 格的零件，满足生产批量要求。还要考虑制造容易、使用 方便、操作安全、成本低廉等各方面的要求。 分类： 1.按工序性质分： 6种（ P） 2.按工序的组合分： 3种（ P） 2-8冲裁模基本类型及典型结构 2-8冲裁模基本类型及典型结构 一、冲裁模的分类： （ 1） 按工序性质分： A：落料模：沿封闭的轮廓将工件与板料分离 ， 冲下来的部分 为工件 。 B：冲孔模：沿封闭的轮廓将工件与板料分离 ， 冲下来的部分 为废料 。 C：切断模：沿敞开的轮廓将材料分离 。 D：切口模：沿敞开的轮廓将零件局部切开 ,但不完全分离 。 E：切边模：将工作多余的边缘切掉 。 F：剖切模：将一个工件切成两个或多个工件 。 （ 2） 按工序的组合分 1） 简单模： A：一个凸模一个凹模的简单模 。 B：多个凸模多孔 凹模的复 式模 。 2） 级进模： 3） 复合模： 二、典型冲裁模结构分析 1、简单模 1）无导向简单冲裁模 A：结构 85 （ 1）简单模：在冲压的一次行程过程中，只能 完成一种冲压工序的模具。 模具简单 ,造价低。 2） 导板式简单冲裁模 3)导柱式简单冲裁模 88 （ 2）级进模： （连续冲模） 在冲压的一次行程过程 中，在不同的工位上同时完成两道或两道以上冲压 工序的模具。 生产率高，要求定位精度高。 2、 级进模 1） 有固定挡料销及导正销的级进模： 2)侧刃定位的级进模 91 电机转子多工位级进模 92 （ 3）复合模：在冲压的一次行程过程中，在同 一工位上同时完成两道或两道以上冲压工序的 模具。 精度高，模具复杂。 3、 复合模 A、 倒装复合模： B、 正装复合模 95 电机定子、转子复合模 96 第 2 章 冲裁 落 料 冲 孔 复 合 模 1-下模板 2-卸料螺钉 3-导柱 4-固定板 5-橡胶 6-导料销 7-落料凹模 8-推件块 9-固定板 10-导套 11-垫板 12、 20-销钉 13-上模板 14-模柄 15-打杆 16、 21-螺钉 17-冲孔凸模 18-凸凹模 19-卸料板 22-挡料销 98 下出料刚性卸料 落料模 99 下顶出落料模 100 内壁冲孔模
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