冲裁工艺与模具设计（2-9）

复习上次课内容1.单工序冲裁模、级进模、复合模第二章冲裁工艺与模具设计2.正装复合模与倒装复合模的区别的特点比较1第十节精密冲裁工艺及模具设计第二章冲裁工艺与模具设计2

普通冲裁的材料都是从模具侧刃口处产生裂纹而剪切分离，制件尺寸精度低，在IT11级以下，切断面表面粗糙度Ra值在12.5~6.3μm之间，断面不平直，且有一定斜度，往往不能满足零件较高的技术要求，有时还需再进行多道后续的机械加工。因此，对于一些光洁度和尺寸精度要求较高的零件或要求剪切断面与工件垂直的零件，一般冲裁方法达不到要求，需要采用精密冲裁工艺。

精密冲裁的实质是使材料呈纯剪切的形式进行冲裁，它是在普通冲裁的基础上，通过改进模具设计和结构，比如采用比普通冲裁更小的模具刃口间隙，迫使变形区材料在冲裁力、反顶力、齿形强力压板三者共同作用下形成的三向压应力状态下，发生纯剪切变形，延长冲裁过程中塑性变形阶段达到分离材料，推迟裂纹的产生，以便提高光亮带高度，改善切断面质量，获得断面光洁，质量优良的精冲件。第二章冲裁工艺与模具设计一、精密冲裁的工艺特点

精密冲裁是一种在强力压边下间隙很小的精冲工艺。其原理是如图所示:先使卸料板上的V形齿圈压人凹模刃口附近的金属板材上，然后在反压力加压（即F顶）的情况下，冲裁力作用于板材上，使刃口内的材料在三向压应力状态下挤人凹模型腔内，从而形成高精度的冲压零件。在冲裁过程中，必须使刃口附近的材料始终处于三向压应力状态，阻止拉应力出现，从而防止冲裁剪切面出现裂纹或裂纹扩展而导致剪切面的拉断。

由于精冲模具凸、凹模之间的单边间隙只有被冲板材厚度的0.5%左右，再加上凸、凹模之间的相对运动是在精度很高的滚珠导柱系统和(或)闭锁销系统的精密导向下完成的，所以精冲件的剪切面垂直度好，十分光洁。3第十节精密冲裁工艺及模具设计精冲模的工作原理1-凸模2-齿圈压板3-板料4-凹模5-顶出器第二章冲裁工艺与模具设计

精冲技术与普通冲裁工艺相比，具有如下特点:

(1)尺寸精度和表面粗糙度高。优质精冲零件剪切面的尺寸精度可达IT6一IT8级，表面粗糙度可达Ra0.8一0.4μm。(2)生产效率高。对于许多形状复杂的零件，如齿轮、棘轮、链轮、凸轮等扁平类零件，仅用一次精冲工序即可完成，时间紧需几秒钟，从而减少了大量的铣、刨、磨、镗等切削工序。因此，采用精冲工艺可提高工效10倍以上。(3)低耗。精冲工艺不仅避免了切削工序所造成的大量能耗和材料消耗，而且由于精冲后的表面具有很强的冷作硬化效果，因而有时可以取代后序淬火工序而进一步降低能耗和成本。(4)应用范围广。精冲工艺的应用覆盖面很广，它已广泛用于汽车、摩托车、纺织机械、农用机械、计算机、家用电器、仪器仪表和量刃具等领域。4第十节精密冲裁工艺及模具设计第二章冲裁工艺与模具设计1.光洁冲裁

光洁冲裁又称小间隙圆角凹模冲裁。与普通冲裁相比，其特点是采用了小圆角刃口和很小的冲模间隙。落料时，凹模刃口带小的圆角或椭圆角如下图所示，凸模为普通形式。冲孔时凸模刃口带圆角，而凹模为普通形式。凸、凹模双面间隙值小于0.01~0.02mm，这是因为当存在间隙时，即使刃口带有圆角，也会发生拉伸力而得到断裂带，所以希望间隙值尽可能地小，一般在0.02mm以下。5第十节精密冲裁工艺及模具设计二、精冲工艺三种凹模结构形式第二章冲裁工艺与模具设计由于凹模刃口为圆角加之采用极小间隙，故提高了切割区的静水压应力，减少了拉应力，加之圆角刃口还可减小应力集中，因此，消除或延缓了裂纹的产生，通过塑性剪切使断面形成光亮的切断面。

小间隙圆角凹模冲裁适用于塑性较好的材料，如软铝、紫铜、低碳钢等，加工表面粗糙度达1.8~0.4，尺寸精度可达IT9~11。由于刃口带有圆角，切断时所需的力能有所增大，冲裁力比普通冲裁大50%。冲裁工件上若有直角或尖角，则角顶需做成圆角过渡，以防产生撕裂。

6第十节精密冲裁工艺及模具设计二、精冲工艺第二章冲裁工艺与模具设计

2.负间隙冲裁负间隙冲裁时如图所示，凸模尺寸大于凹模尺寸，冲裁过程中出现的裂纹方向与普通冲裁相反，形成一个倒锥形毛坯。凸模继续下压时将倒锥毛坯压入凹模内，相当于整修过程。所以，负间隙冲裁实际上是落料与整修的复合工序。由于凸模尺寸大于凹模，故冲裁完毕时，凸模不进入凹模内孔，而应与凹模表面保持0.1~0.2mm距离为宜。此时毛坯尚未全部压入凹模，要待下一个零件冲裁时，再将它全部压入。

7第十节精密冲裁工艺及模具设计二、精冲工艺负间隙冲裁第二章冲裁工艺与模具设计

2.负间隙冲裁

负间隙冲裁的凸、凹模间单边负间隙值的分布很重要，对于圆形工件其间隙是均匀分布的，可取（0.1~0.2）t（t——材料厚度）。对于形状复杂的工件，单边负间隙值的分布是不均匀的，如左图所示，在凸出的尖角处应比其余部分大一倍，在凹进的角落则应减少一半。

8第十节精密冲裁工艺及模具设计二、精冲工艺负间隙冲裁第二章冲裁工艺与模具设计

2.负间隙冲裁

负间隙冲裁只适用于软的有色金属及其合金、软钢等低强度高伸长率、流动性好的软材料，一般尺寸精度可达IT9~IT11，断面粗糙度Ra值可达0.8~0.4μm。模具结构简单，可在普通压力机上进行。但对于料厚小于1.5mm的大尺寸薄板精冲件，容易产生明显的拱弯。由于精冲过程中，凸模不能进入凹模，故工件常产生难以除去的纵向毛刺，且工件圆角带也较大。此工艺方法不能精冲外形复杂、带有弯曲、压扁、起伏等成形工序的精冲零件。

9第十节精密冲裁工艺及模具设计二、精冲工艺第二章冲裁工艺与模具设计

3.上、下冲裁上、下冲裁又叫往复冲裁，是用两个凸模从上、下两次冲裁工作，使冲裁断面的上、下两个拐角处形成塌角，以防止毛刺的发生如图所示。因此上、下冲裁的切削面光洁，尺寸精度高、塌角小，垂直度好。

10第十节精密冲裁工艺及模具设计二、精冲工艺上、下冲裁示意图1-上凸模2-上凹模3-坯料4-下凹模5-下凸模第二章冲裁工艺与模具设计

４．对向凹模冲裁冲裁时，随着两个凹模之间的距离缩小，一部分材料被挤入到平凹模内，同时也有一部分材料被挤入到带凸台凹模内。因此在冲完的工件两面都有塌角，而完全没有毛刺。

对向凹模冲裁过程属于整修过程，冲裁力比较小，模具寿命比较高，对高强度的材料、厚度或脆性材料也可以进行冲裁。但需使用专用的三动压力机。11第十节精密冲裁工艺及模具设计二、精冲工艺对向凹模冲裁工艺过程示意图1-凸模2-带凸台凹模3-顶杆4-平凹模第二章冲裁工艺与模具设计

5.齿圈压板冲裁（俗称精冲法）齿圈压板冲裁的工艺特点：与普通冲裁模相比，模具结构上多一个齿圈压板与顶出器，而且凸凹模间隙极小（只有普通冲裁的10%，甚至更小），凹模刃口带有圆角。冲裁过程中，凸模接触材料前，通过力使齿圈压板将材料压紧在凹模上，从而在V形齿的内面产生横向侧压力，以阻止材料在剪切区内撕裂和金属的横向流动，在冲裁凸模压入材料的同时，利用顶出器的反压力，将材料压紧，加之利用极小间隙与带圆角的凹模刃口消除了应力集中，从而使剪切区内的金属处于三向压应力状态，消除了该区内的拉应力，提高了材料的塑性，从根本上防止了普通冲裁中出现的弯曲-拉伸-撕裂现象，使材料沿着凹模的刃边形状，呈纯剪切的形式被冲裁成零件，从而获得高质量的光洁、平整的剪切面。精冲时，压紧力、冲裁间隙及凹模刃口圆角三者相辅相成。它们的影响是互相联系的，当间隙均匀、圆角半径适当时，便可获得光洁的断面。12第十节精密冲裁工艺及模具设计二、精冲工艺第二章冲裁工艺与模具设计

6.整修整修是利用整修模将普通冲裁后的毛坯放在整修模上沿冲裁件外缘或内孔进行一次或数次整修加工。常用的整修方法主要有：外缘整修、内孔整修、叠料整修和振动整修等。13第十节精密冲裁工艺及模具设计二、精冲工艺第二章冲裁工艺与模具设计

（1）精冲力的计算：精冲是在材料处于三向压应力状态下进行冲裁的，其变形抗力比普通冲裁要大得多。据苏联学者罗曼洛夫斯基介绍，在这种情况下的抗剪强度不能用一般平均值来考虑，而必须考虑间歇的大小、材料的相对厚度等因素。因此实际计算时必须对各个压力分别进行计算，再求出精冲所需的总压力，从而选用合适吨位的精冲机。精冲冲裁力F1（N）可按经验公式计算：F1＝Ltbf1式中

L——内外剪切线的总长（mm）；t——料厚（mm）；b——材料强度极限（MPa）；f1——系数。其值为0.6～0.9，常取0.9。14第十节精密冲裁工艺及模具设计三、精冲模具设计要点第二章冲裁工艺与模具设计

（1）精冲力的计算：齿圈压板压力的大小影响工件切断面质量。压力太小，将出现撕裂；压力过大，因摩擦力增加，会使凸模易于损坏。此外，齿圈压板压力的大小还对冲压力和模具寿命等有影响。压边力F（N）的计算公式为：F＝Lhbf压式中

h——齿圈齿高（mm）；f压——系数，常取4。15第十节精密冲裁工艺及模具设计三、精冲模具设计要点第二章冲裁工艺与模具设计

（2）凸凹模间隙凸凹模间隙值的大小及其沿刃口周边的均匀性是影响工件剪切面质量的主要因素，合理的间隙值不仅能提高工件质量，而且能提高模具的寿命。间隙过大，将使工件断面产生撕裂而引起断面粗糙；间隙太小，会缩短磨具寿命。从延长模具寿命考虑，往往要允许切断面上出现少量撕裂现象（对厚板可允许撕裂层厚达板厚的10%）。间隙值大小与材料性质、材料厚度、工件形状等因素有关。对塑性好的材料，间隙值可适当取大一些；对塑性差的材料其间隙值要相应小一些，具体数值可按表2-26选取。16第十节精密冲裁工艺及模具设计三、精冲模具设计要点第二章冲裁工艺与模具设计

（3）凸凹模刃口尺寸设计精冲模刃口尺寸的计算与普通冲裁刃口的尺寸计算基本相同。落料件以凹模为基准，冲孔件以凸模为基准，采用修配法加工。不同的是精冲后工件外形和内孔一般约有0.005~0.01mm的收缩量。因此，落料凹模和冲孔凸模在理想情况下，应比工件要求尺寸大0.005~0.01mm。此外，还应考虑使用中的磨损。17第十节精密冲裁工艺及模具设计三、精冲模具设计要点第二章冲裁工艺与模具设计（4）齿圈压板设计

齿圈是精冲的重要组成部分，常用的形式为尖状齿形圈。根据加工方法的不同，分为对称角度齿形和非对称角度齿形两种，见图2-66，其尺寸可参考表2-27。齿圈的形状根据加工零件的形状和要求考虑。加工形状简单的零件时，可把齿圈做成和零件的外形相同；加工形状复杂的零件时，可在有特殊要求的部位做出与零件外形类似的齿圈，其它部分则可简化或做成近似形状，具体齿圈的平面布置如图2-67所示。当板料厚度在3.5mm以下时，只需在带齿压料板上设齿圈，即单面齿圈；当板料厚度在3.5mm以上时，则在带齿压料板和凹模上均要设齿圈，即双面齿圈，而且上、下齿圈应稍微错开。18第十节精密冲裁工艺及模具设计三、精冲模具设计要点第二章冲裁工艺与模具设计（5）搭边与排样因为精冲时齿圈压板要压紧材料，故精冲的搭边值比普通冲裁时要大些，搭边值与材料厚度的关系见表2-28。精冲的排样原则基本上与普通冲裁相同。但要注意，应将零件上形状复杂或带齿形的部分，以及剪切断面质量要求较高的部分放在靠材料送进的这一端，使这部分断面从没有精冲过的材料中剪切下来，以保证有较好的断面质量19第十节精密冲裁工艺及模具设计三、精冲模具设计要点第二章冲裁工艺与模具设计1.精冲模特点精冲模与普通冲裁模相比，具有以下特点：（1）因精冲总冲裁力比普通冲裁力大1.5~3倍，而凸、凹模间隙又小，故刚性和精度要求较高。（2）因凸、凹模