第二章 冲裁工艺及

第二章冲裁工艺与模具设计本章学习要求：

1.掌握冲裁变形规律和冲裁件质量的影响因素；2.掌握冲裁模刃口尺寸计算方法和排样设计；

3.掌握冲裁工艺性分析、工艺设计和工艺计算；4.了解冲裁模典型结构的特点和模具主要零部件的设计；

5.了解冲裁工艺与冲裁模设计的方法和步骤；冲裁定义:利用模具使板料沿一定的轮廓形状产生分离的一种冲压工序。冲裁包括：落料、冲孔、切边、冲缺、剖切、修整等。落料：用落料模沿封闭轮廓冲裁板料或条料，冲下部分为制件。（2）冲孔：用冲孔模沿封闭轮廓冲裁工件或毛坯，冲下部分为废料。（3）切断：用剪刃或模具切断板料或条料的部分周边，并使其分离。（4）切口：用切口模将部分材料切开，但并不使它完全分离，切开部分材料发生弯曲。（5）切边：用切边模将坯件边缘的多余材料冲切下来。（6）剖切：用剖切模将坯件(弯曲件或拉深件)剖成两部分或几部分。（7）整修：用整修模去掉坯件外缘或内孔的余量，以得到光滑的断面和精确的尺寸。第一节冲裁工艺分析一、冲裁变形过程

1、弹性变形阶段

板料产生弹性压缩、弯曲和拉伸等变形。2、塑性变形阶段

板料的应力达到屈服极限，板料开始产生塑性剪切变形。

3、断裂分离阶段

已成形的裂纹沿最大剪应变速度方向向材料内延伸，呈楔形状发展。二、冲裁件断面质量及影响因素1.断面特征(如图2.1.5)圆角带、光亮带、断裂带、毛刺a—圆角带；b—光亮带;

c—断裂带;d—毛刺2.1.5冲裁件的断面特征2.影响断面质量的因素（1）材料的性能对断面质量的影响

塑性好的材料，裂纹出现较迟，材料被剪切的深度较大；塑性差的材料，剪切开始不久即被拉裂，断面光亮带少。（2）模具冲裁间隙大小对断面质量的影响(如图2.1.6)材料性能、模具间隙、模具刃口状态图2.1.6间隙大小对冲裁件断面质量的影响a)间隙过小；b)间隙合适；c)间隙过大（3）模具刃口状态对断面质量的影响（如图2.1.7）图2.1.7模具刃口状态对断面质量的影响提高冲裁件断面质量的措施1、整修；2、选择塑性好的材料；3、选择合理的模具间隙值；4、保证模具刃口锋利。第二节冲裁力、卸料力及推件力的计算一、冲裁力的计算a.计算冲裁力的目的

选用合适的压力机、设计模具以及检验模具的强度。b、冲裁力的计算公式平刃口冲裁：式中：L——冲裁件周边长度（mm）；t——材料厚度（mm）；τ——材料的抗剪强度（MPa）；K——系数。一般k=1.3降低冲裁力的方法1）阶梯凸模冲裁凸模间高度差H的取值取决于材料厚度：t<3mm时，H=tt>3mm时，H=0.5t凸模的布置要尽量对称，使模具受力平衡。缺点：长凸模插入凹模较深，容易磨损。图2.4.2凸模阶梯布置2）斜刃口冲裁图2.4.3斜刃冲裁（a）、（b）落料凹模为斜刃；（c）、（d）、（e）冲孔凸模为斜刃；（f）用于切口或切断的单边斜刃斜刃角与斜刃高度一般按照书表2-1选取。斜刃口冲裁：卸料力:

推料力:顶件力:K取值与斜刃高度有关。当h=t时，k=0.4~0.6h=2t时，k=0.2~0.43)加热冲裁三、卸料力及推件力的计算K取值见表2-2刚性卸料和下出料的方式：F总=F冲+F推采用弹性卸料装置和下出料的方式：

F总=F冲+F卸+F推采用弹性卸料装置和上出料的方式：

F总=F冲+F卸+F顶

例2-1计算图所示零件所需的冲压力。材料为Q235钢，料厚t=2mm，采用弹性卸料装置和下出料方式，凹模刃口直壁高度h=6mm.解：冲裁力：查表查出第三节冲裁间隙一、冲裁模具的间隙

概念：指凹模与凸模刃口横向尺寸的差值，是设计模具的重要工艺参数。冲裁间隙分单边和双边间隙，单边间隙用C表示，双边间隙用Z表示。间隙的大小影响冲裁件质量、冲裁力、模具寿命。（一）间隙对冲裁件质量的影响

尺寸精度：指冲裁件的实际尺寸与基本尺寸的差值，差值越小则精度越高。差值原因：间隙；模具制造精度当模具制造精度确定后:间隙较大时，拉伸作用增大，落料件尺寸小于凹模尺寸，冲孔孔径大于凸模直径；间隙较小时，挤压力大，落料件尺寸增大，冲孔孔径变小。（二）间隙对模具寿命的影响（三）间隙对冲裁工艺力的影响二、间隙值的确定1.理论确定法

由图2.2.2中三角形ABC的关系得：2、经验确定法3、查表法也可以根据材料和厚度直接查表得到。见书表2-5.软材料：硬材料：第四节冲裁模工作部分的设计计算一、凸模与凹模刃口的尺寸计算（一）凸、凹模刃口尺寸计算的依据和原则

观察冲压件,寻找计算的依据，根据观察的结果确定刃口尺寸计算和选择公差的原则：1.先确定基准件

落料：以凹模为基准，间隙取在凸模上；

冲孔：以凸模为基准，间隙取在凹模上。2.考虑冲模的磨损规律

落料模：凹模基本尺寸应取最小极限尺寸；

冲孔模：凸模基本尺寸应取最大极限尺寸。3、凸、凹模刃口制造公差应合理冲模精度比工件精度高2~3级。如果工件没有标注公差，圆形件按照10级处理，非圆形件按照14级处理。

对刃口尺寸磨损后无变化的制造偏差：取冲裁件相应部位公差的1/8并冠以（±）。4、冲裁间隙采用最小合理间隙值

凸凹模磨损到一定程度情况下,仍能冲出合格制件。5、工件尺寸偏差应按“入体”原则标注

落料件上偏差为零,下偏差为负；冲孔件上偏差为正,下偏差为零。（二）凸、凹模刃口尺寸的计算方法1.凸模与凹模分别加工计算模具刃口尺寸

(如图2.3.1)

冲模的制造公差与冲裁间隙之间应满足：适用于：圆形或简单刃口（1)落料凹模刃口尺寸：凸模刃口尺寸：（2）冲孔

凸模刃口尺寸：凹模刃口尺寸：（3）孔心距例题：垫圈，材料为A3钢，料厚t=2mm，试确定冲孔模和落料模的刃口尺寸。解：确定模具间隙，查表2－5，由表2－10查出凸、凹模制造公差：落料部分：冲孔部分：由表2－5查出：x=0.5所以落料部分：冲孔部分：凸模和凹模配制加工计算刃口尺寸

是先按尺寸和公差制造出凹模或凸模其中一个(基准件)，然后依此为基准再按最小合理间隙配作另一件。特点：（1）模具的冲裁间隙在配制中保证，不需受到条件限制，加工基准件时可适当放宽公差，使加工容易。根据经验，普通冲裁模具的制造偏差或一般可取（为制件公差）。（2）尺寸标注简单，只在基准件上标注尺寸和制造公差，配制件只标注公称基本尺寸并注明配做所留的间隙值。但该方法制造的凸模、凹模是不能互换的。

一个凸模或凹模会同时存在着三类不同磨损性质的尺寸：①凸模或凹模磨损会增大的尺寸；②凸模或凹模磨损后会减小的尺寸；③凸模或凹模磨损后基本不变的尺寸。形状复杂落料件的尺寸分类及凹模磨损情况，如图2.3.3所示。形状复杂冲压件孔及冲孔凸模磨损情况，如图2.3.4所示。例2-2图2.3.5。标注落料模和冲孔模的基准件刃口尺寸方法一样分为三类。第一类:基准件尺寸磨损后增大的为A类（落料凹模的计算方法，工件尺寸化为A-Δ）;第二类:基准件尺寸磨损后减小的为B类（冲孔凸模的计算方法，工件尺寸化为B+Δ）.

第三类:基准件尺寸磨损后没有增减的为C类，Cj分为三种情况

Δ´——工件偏差当公式中标注为+δ，-δ时，δ=Δ/4当标注形式为+δ时，δ=Δ/2=Δ´/4另一件只标注基本尺寸，并在零件图上说明：凸模(或凹模)按凹模(或凸模)实际尺寸配作，保证双面间隙Zmin--Zmax。若采用电火花加工冲裁模，由于凹模的刃口尺寸精度是由电极精度来保证的。因此不论冲孔还是落料，只在凸模标注尺寸和公差，凹模标明“与凸模配合加工”，保证最小间隙。采用成形磨削加工，同上。制件尺寸为时，制件尺寸为时，制件尺寸为时，例题计算图3所示工件用模具的刃口尺寸，并确定制造公差。（材料厚度t=0.8mm，材料：08F）落料凹模：磨损后增大类尺寸:128、96、16、32磨损后减小类尺寸：32磨损后不变尺寸：80查表2-7，合理间隙Z=0.04-0.07查表2-11X=0.75A1=（128-0.75×0.26）+（0.26×（1/4））

=127.8+0.06B1=（32+0.75×0.17）-（0.17×（1/4））

=32.13-0.04C1=（80+0.5×0.2）±（0.2×（1/8））=80.1±0.025图2.3.3形状复杂落料件的尺寸分类及凹模磨损情况图2.3.4形状复杂冲压件孔及冲孔凸模磨损情况图2.3.5冲裁件与落料凹模、凸模刃口尺寸（a）冲裁件；（b）凹模轮廓磨损图；（c）落料凹模刃口计算尺寸；（d）落料凸模配制尺寸三、排样设计

排样是指零件在条料或板料上的布置方法。

目的：提高材料的利用率。1.材料的经济利用衡量排样的经济性的标准——材料的利用率。η＝S0/S×100%so——工件实际面积s—所用材料面积η增大，成本降低。结构废料、工艺废料合理的排样方法就是将工艺废料减到最小。为了提高η，在不改变零件使用的前提下，可改变零件形状，以便于排样。（如图冲裁3-55）2.排样方法（如图冲裁2-25）（1）有废料排样（例如垫圈）工件周边都有搭边，因为搭边既能保护产品质量，又能使模具寿命长，但材料的利用率低。（2）少废料排样沿工件部分面积冲裁，只局部有搭边和余料。（3）无废料排样无任何搭边，材料的利用率可达85—95%。

用少废料排样、无废料排样的排样方法材料利用率高，但工件质量差，模具寿命不高，模具结构简化，冲裁力小，生产效率高。目前采用计算机排样，选最佳方案——保证产品质量，操作简便，以最低成本生产满足质量和产量要求。3.搭边（如图冲裁2-25）（1）工件之间及工件与条料侧面之间的余料叫搭边。（2）作用：1.补偿定位误差，保证冲压合格的工件；2.保证条料有一定的刚度，便于送料；3.保护模具刃口，延长寿命。搭边过大，材料利用率低，η下降。搭边过小，冲裁时易拉断，使工件产生大的毛刺，有时会拉入间隙中损坏模具刃口，降低寿命。送料没有一定刚度，不便于送料。

搭边四、冲裁工艺设计冲裁件的工艺性是指冲裁件对冲裁工艺的适应性。所谓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。1.冲裁件的形状和尺寸⑴冲裁件形状应尽可能简单、对称、排样废料少(如图2.6.1）；⑵采用圆角过渡，避免尖角，一般在圆角处应使R≥0.5t；⑶避免冲裁件上产生过长悬臂与狭槽（如图2.6.2）；⑷孔间距、孔与零件边缘之间的壁距离不能过小（如图2.6.3）；⑸孔径不宜太小。２．冲裁件的尺寸精度和表面粗糙度要求

对于普通冲裁，冲孔件公差最好低于IT9级；落料件公差最好低于IT10级。

３．冲裁件的尺寸基准

冲裁件的尺寸基准应尽可能和制模时的定位基准重合，孔位置尺寸基准应尽量选择在冲裁过程中始终不参加变形的面或线上。冲裁件的尺寸标注（如图2.6.4）五、冲裁工艺方案的确定1.冲裁工序组合冲裁工序可分为单工序冲裁、复合冲裁和级进冲裁。确定冲裁组合方式时应考虑下列一些因素：（模具结构比较）(1)生产批量；(2)冲裁件尺寸和精度等级；(3)对冲裁件尺寸形状的适应性；(4)模具制造安装调整的难易和成本的高低；(5)操作是否方便与安全。2.冲裁顺序的安排(1)级进冲裁的顺序安排①先冲孔或切口，最后落料或切断；②采用定距侧刃时，定距侧刃切边工序应安排与首次冲孔同时进行。(2)多工序工件用单工序冲裁时的顺序安排①先落料，使毛坯与条料分离，再冲孔或冲缺口；②冲裁大小相同、相距较近的孔时，应先冲大孔再冲小孔。

3、冲裁模的结构设计单工序冲裁模

压力机在一次冲压行程内只完成一种冲压工序。1）落料模(1)无导向的敞开式落料模(如图2.7.1)(2)导板式落料模(如图2.7.2)(3)导柱式弹顶落料模(如图2.7.3)2）冲孔模(1)侧壁冲孔模(如图2.7.4)(2)单工序多凸模冲孔模（如图2.7.5）1一模柄;2一凸模:3一卸料板;4一导料板;5一凹模;6-—下模座:7一定位板图2.7.1无导向落料模1—下模座；2、4、9—销；3—导板；5—档料钉；6—凸模；7—螺钉；8—上模座；10-垫板；11—凸模固定板；12、15、16—螺钉；13—导料板；14—凹模；图2.7.2导板式落料模图2.7.4侧壁冲孔模1—上模座；2—标记槽凸模；3—凸模垫板；4—凸镆固定板；5—槽形凸模；6—导柱；7、8—导套；9—卸料板；10—凹模；11—凹模套圈；I2—下垫板；13—下模座；14—定位块；15—推杆螺钉；16—推板；17—打杆图2.7.5(单工序)多凸模冲孔模复合冲裁模

压力机的一次工作行程,在模具的同一工位同时完成数道冲压工序。基本结构(如图2.7.7）1）倒装复合模（如图2.7.8）2）顺装复合模（如图2.7.9）级进冲裁模

级进模是指压力机在一次行程中一次在模具几个不同的位置上同时完成多道冲压工序的冲模。1）用导正销定距的级进模（如图2.7.10）2）用侧刃定距的级进模

双侧刃冲孔落料级进模（如图2.7.11）1