冲压工艺讲义（3）

第三章 冲压工艺

第一节 冲 裁

冲裁是利用冲模使材料分离的一种冲压工艺方法，它是切断、落料、冲孔、修边、剖切、切口等工序的总称。

根据材料分离形式不同，冲裁工序可分为两大类：以破坏形式实现分离的一般冲裁，简称冲裁；以变形形式实现分离的称精密冲裁。制桶冲压件多属一般冲裁。

一、板料的冲裁过程及分析

冲裁时，板料的分离过程，按其特点，可分为三个阶段。

第一阶段：毛坯在凸模作用下，表面承受弹性压缩和弯曲，并略有挤入凹模洞口的情况。板料与凸模、凹模接触处形成很小的圆角，此时材料内应力没有超过材料的屈服极限，所以这上阶段叫弹性变形阶段。

第二阶段：凸模继续下降，材料内应力达到屈服极限，部分金属被挤入凹模洞口，产生塑剪变形，形成光亮带。由于凸模与凹模之间存在着间隙，毛坯发生弯曲和轻微拉伸，材料在凸模和凹模刃口部分产生应力集中，一直到开始出现细微裂纹。这一阶段叫塑性变形阶段。

第三阶段：随着凸模继续下行，已形成的上、下两面微裂纹将扩大，并向材料内部延伸。当上下两条裂纹相遇重合，材料便剪断分离，开成粗糙的断裂带，留在冲裁制件上。以后再向下行，可使已经开始形成的毛刺作不同程度的拉长，最后也留在冲裁件上。这一阶段叫剪断阶段。

冲裁断面的这四个部分——塌角、光亮带、剪裂带和毛刺在整个断面上所占的大小比例并非一成不变。它随材料的种类、状态、材料厚度和冲裁条件的不同而变化。

对塑性差的材料，靠塑性流动而形成的光亮带和塌角的这两部分所占比例要小，断面大部分是剪断面。而塑性良好的材料，其光亮带所占比例大，它随冲裁条件（间隙、刃口形状和刃口状态等）的改变而改变。如间隙比较大时，光亮带就要小一些，剪裂部分要大一些，塌角、毛刺也都较大，且弓弯现象也显著。间隙较小时，光亮带变大，塌角、斜度、弓弯现象减小。

二、冲裁间隙

冲裁间隙就是凹模和凸模之间的尺寸差，通常用Z来表示直径（双边）上的间隙数值。

㈠ 间隙的影响

冲裁间隙的大小对冲裁件断面质量和尺寸精度、冲裁力、卸料力、推件力以及模具寿命均有较大的影响。所以对冲裁工序来说，冲裁间隙是一个极为重要的工艺参数。

⒈ 间隙对冲裁件断面质量的影响

如间隙合理，上下面出现的裂纹相互重合，所得断面光洁、略带斜度。如间隙过小，上、下面裂纹相互不重合，隔着一定距离，互相平行，最后在其间形成毛刺和层片，并产生两个光亮带。如间隙过大，会使薄料拉入间隙中，形成拉长的毛刺，对于厚料，则形成很大的塌角。如果间隙分布不均，则小的一边形成双光亮带，大的一边则形成很大的塌角。

⒉ 间隙对尺寸精度的影响

冲裁件的实际尺寸与公称尺寸的差别，反映了冲裁件的尺寸精度，差值越小则精度越高。这个差值包括两个方面的偏差，一是冲裁件与凸模或凹模尺寸的偏差，一是凸模或凹模本身的制造偏差。

冲裁件与凸、凹模尺寸的偏差，主要是制件从凹模内推出（落料）或从凸模上卸下（冲孔）时，由于材料的回弹造成的。偏差可能是正的，也可能是负的。影响这个偏差值的因素有：①凸、凹模间隙②板料性质③制件形状与尺寸。而主要的则是凸、凹模间隙。若间隙过大，冲裁时材料的拉伸变形大，冲裁后的回弹会使落料件尺寸缩小，而使孔的尺寸增大。

模具制造的精度及结构形式对尺寸精度也有很大的影响。

⒊ 间隙对冲模寿命的影响

冲裁时，板料对凸模与凹模刃口产生侧压力。间隙偏小，侧压力增大，摩擦力也增大，使刃口磨损加剧，使用寿命下降；间隙偏大，毛坯弯曲相应增大，使刃口端面上的压应力分布不均匀，容易崩刃或产生塑性变形，降低使用寿命。

⒋ 间隙对冲裁时各种力的影响

间隙值增大时，冲裁力有一定程度的减小，卸料力和推料力也随之降低。反之，各种力均随之增加。

㈡ 间隙的选择

凸、凹模间隙对冲裁件质量、冲裁力、模具寿命都有很大的影响。因此。在设计制造模具时，一定要选择一个合理的间隙。但是分别以断面质量、尺寸精度、冲裁力等方面的要求各自确定的鸽合理间隙并不是同一数值。同时，要考虑模具的制造偏差及磨损。所以设计制造时通常是选择一个适当的范围作为合理间隙，只要间隙在这个范围内就可冲出良好的制件。这个范围的最小值称最小的合理间隙，最大值称最大合理间隙。考虑到模具在使用过程中的磨损，制造模具时，要采用最小合理间隙值。确定合理间隙的方法有理论确定法，经验确定法。也可以直接查表来确定间隙。

㈢ 间隙方向的确定

间隙的方向是根据制件的要求和工序的性质来决定的。落料时，制件尺寸决定于凹尺寸，故应以凹模为基准，间隙取在凸模上。由于凹模在使用过程中会磨损，使落料尺寸增大，因此凹模公称尺寸应取制件尺寸公差范围内的较小尺寸，即取接近下偏差的尺寸。

冲孔时，制件孔的尺寸决定于凸模尺寸，间隙取在凹模上。考虑使用过程中的磨损，凸模公称尺寸应取制件孔的尺寸公差范围内较大的尺寸，即取接近上偏差尺寸。

三、冲裁时的各种力

㈠ 冲裁力

冲裁力是指材料分离时的最大抗剪能力。它是由制件的剪切长度、材料厚度、机械性能、冲模的间隙数值与凸、凹模刃口的利钝状况决定的。冲裁力是选择压力机吨位的重要依据，也是检验模具强度所忙必需的数据。

㈡ 退料力、推出力、顶出力

在冲裁中，由于材料在冲裁后发生回弹及材料与凸、凹模间磨擦的存在，使得一部分材料梗塞在凹模洞口内，而余下的材料则紧箍在凸模上，为了退下包在凸模上的材料所需的力叫退料力。

顺着冲裁方向推出卡在凹模里的料所需的力，叫推出力。逆着冲裁方向顶出卡在凹模时的材料所需的力叫顶出力。

㈢ 减少冲裁力的方法

⒈ 波浪刃口

平刃口冲裁时，冲裁是同时进行的，工作负荷性质带有冲击性，振动大，噪声大。波浪刃口不是同时冲裁，材料是逐步分离的。因此能减少冲裁力和减少冲裁时的振动和噪声。采用波浪刃口的缺点是工作行程相对加长，刃口接触面大，要求垂直度高，工作部分较易磨损。

采用波浪刃口时，为了得到平整的制件，落料时，凸模要做成平的，波浪刃口作在凹模上。训孔时则相反，凹模做成平的，波浪刃口作在凸模上。

⒉ 阶梯凸模

在多孔冲裁时，为了减小冲裁力，使冲裁力不同时产生，可将凸模排列成阶梯式。

阶梯式凸模不仅能减少冲裁力，而且在多个直径相差悬殊、距离又很近的凸模冲孔时，还能避免小直径凸模由于承受板料变形而产生的挤压力所造成的折断或倾斜，从而减少磨损、提高寿命。所以一般将直径小的凸模作成短的，但在边续模中，则将不带导正销的凸模作成短。各阶梯凸模的分布应注意对称，并使其各瞬时的冲裁合力接近压床的压力中心，以避免冲压过程中压力机械承受的偏载荷过大而引起不正常的磨损。

四、提高冲裁件质量的方法

在一般冲裁中，由于间隙的作用，冲裁断面不可避免地存在着带有斜度的剪裂带。斜度的大小与间隙的大小成正比。在正常的情况下，冲裁断面只有三分之一厚度表面为光洁的剪切面，其余均为粗糙的断裂面。当冲裁件的剪切面作为工作表面或装配表面时，采用一般冲裁工艺就不能满足使用要求。因此，必须采用特种冲裁方法，以满足产品尺寸的精度和截面光洁度的要求。下面介绍几种提高冲裁件质量的方法。

㈠ 整修

整修的目的，就是切除带有斜度的剪裂带来代替切削加工，一般是采用小间隙或负间隙。

整修的优点是可获得较高的精度和光洁度，制件的塌角和毛刺也小。缺点是定位要求高，切屑不易排除，效率低于精冲。

㈡ 挤光

挤光是一种无切屑的加工方法，目的与整修相同。它是利用凹模上的反锥挤光制件断面。挤光后的质量低于整修和精冲，效率低于精冲。

㈢ 小间隙圆角刃口冲裁

采用小间隙圆角刃口的冲裁方法，冲孔时，凸模做成圆角；落料时，凹模做成圆角。

小间隙圆角刃口冲裁的目的是增强压应力，减轻应力集中现象，提高材料塑性，抑制冲裁过程中的裂纹，使制件不产生撕裂带，从而获得光洁的断面。但塌角、毛刺较大。

㈣ 负间隙冲裁

负间隙冲裁是用比凹模直径大的凸模和采用直径大的凹模圆角半径的凹模进行冲压的方法。它带有正挤压的加工性质，所以又称挤压冲裁。

㈤ 往复冲裁

往复冲裁具有毛刺小、圆角带小、剪断带宽等优点。往复冲裁的过程：第一步冲裁深度一般为料厚的25%，第二步反方向冲下制件。由于断面采到侧压力，成为压缩冲裁，所以能得到良好的断面。缺点是模具结构比较复杂。

㈥ 精密冲裁

精冲是提高制件质量经济而有效的方法。其工艺过程为：⑴起始位置；⑵模具闭合，压料圈、顶料器压紧毛坯；⑶在压料力和顶料反力的作用下冲裁；⑷冲裁完毕；⑸模具开启，从凸模上卸下余料，从凹模内推出制件；⑹取下次制件和余料，并送料，准备下一循环。

精冲的要领是使毛坯在冲裁过程避免出现剪裂而产生塑性剪切，并使制件和板料在冲裁过程中始终保持为一个整体，直到终了才分离。

在精冲模具上采用小间隙和带有小圆角的凹模刃口，并用V形环强力压料。这样，在冲裁过程中，在压料力、冲裁力和顶料反力的作用下，毛坯的变形区处于三向受压状态，提高了冲裁周界材料的塑性，消除了材料剪切区的拉应力，避免了在冲裁结束前制件和板料的分离，防止材料在冲裁过程中的拉伸流动，从而达到了精冲的目的。