第2章 冲裁

（2）塑性变形阶段
凸模挤入板料上部，同时板料下部挤入凹模洞口， 形成光亮的塑性剪切面。随凸模挤入板料深度的增大， 塑性变形程度增大，变形区材料硬化加剧，冲裁变形 抗力不断增大，直到刃口附近侧面的材料由于拉应力 的作用出现微裂纹时，塑性变形阶段便告终。此时冲 裁变形抗力达到最大值。由于凸、凹模间存在有间隙， 故在这个阶段中板料还伴随着弯曲和拉伸变形。间隙 越大，弯曲和拉伸变形也越大。
卸料力、推件力和顶件力示意图
推件装置
卸料板的形式
经验公式
要准确地计算卸料力、推件力和顶件力是 困难的，在实际生产中，F卸、F推和F顶常用以下 经验公式计算： F卸=K卸F F推=K推F F顶=K顶F 式中F 是冲裁力， K卸、 K推和K顶分别为 卸料力、推件力和顶件力系数，可查表选取。
查表选取三个系数。当冲裁件形状复杂、冲裁间 隙较小、润滑较差、材料强度较高时，应取较大值， 反之则应区较小值。
间隙对卸料力的影响
当间隙增大 时，冲裁件光亮 带变窄，因此卸 料力迅速减小； 间隙继续增大时， 制件产生较大拉 断毛刺，卸料力 又会增大。
合理冲裁间隙选用
合理的冲裁间隙可时冲裁件断面质 量好、尺寸精度高、模具寿命长、冲裁 力小。生产实际中，一般通过观察冲裁 件断面状况来判定冲裁间隙是否合理。 确定合理冲裁间隙主要有理论计算 法、查表法、经验记忆法等。
理论计算法
此方法的依据是： 在合理间隙情况下， 冲裁板料在凸、凹模 刃口处产生的裂纹成 直线汇合。从右图所 示几何关系，得出合 理间隙的公式：
Z=2t（1-h0/t）tanβ
从公式Z=2t（1-h0/t）tanβ可知，合理间隙取决于 板料厚度t、相对切入深度b/t、裂纹方向角β三个因素。 板料愈厚，塑性愈差或硬度愈高，则合理冲裁间 隙就愈大；板料愈薄，塑性愈好或硬度愈低，则合理 冲裁间隙愈小。 理论计算法对影响合理间隙值的各因素作定性分 析很有意义，但其尚不能在实际工作中发挥实用价值。
冲孔
d凸 d min X 凸
0
d凹 d凸 Z min 0
凹
式中Δ——冲裁件的公差 X——磨损系数（查表选取）
2.单配加工法
冲裁间隙对模具寿命的影响
模具寿命分为刃磨寿命和模具总寿 命。它失效的原因一般有：磨损、崩刃、 折断、啃坏和涨裂。 小间隙将使磨损增加，甚至使模具 与材料之间产生粘结现象，并引起崩刃、 凹模胀裂、小凸模折断、凸凹模相互啃 刃等异常损坏。大间隙同样会产生磨损 和崩刃现象。
间隙对冲裁力的影响
当间隙减小时， 凸模压入板料的情况 接近挤压状态，板料 所受拉应力减小，压 应力增大，最大冲裁 力增大。随着间隙的 增大，冲裁力怎呈减 小的趋势。
查表法
在生产实际中，合理间隙值是通过查阅由 实验方法所制定的表格来确定的。一般情况下， 取较小的间隙有利于提高冲裁的断面质量和尺 寸精度，而取较大的间隙值则有利于提高模具 寿命、降低冲裁力。
经验记忆法
这是一种比较实用的、易于记忆的确定合理冲裁 间隙的方法。其值用下式表达： Z=mt 式中：m——记忆系数，参考数据如下： 软态有色金属 m=4%~8% 硬态有色金属、低碳钢、纯铁 m=6%~10% 中碳钢、不锈钢 m=7%~24% 高碳钢、弹簧钢 m=12%~24% 硅钢 m=5%~10% 非金属 m=1%~4%
毛刺：毛刺的形成是由于在塑性变形阶段后期， 凸模和凹模的刃口切入被加工板料一定深度时，刃口 正面材料被压缩，刃尖部分是高静水压应力状态，使 裂纹的起点不会在刃尖处发生，而是在模具侧面距刃 尖不远的地方发生，在拉应力的作用下，裂纹加长， 材料断裂而产生毛刺，• 裂纹的产生点和刃口尖的距离 成为毛刺的高度。
断面质量 冲裁件断面的质量与冲裁间隙密切 相关。当间隙过大时，板料受拉伸弯曲 作用加大，光亮带高度缩短，断裂带高 度增加，斜度也加大；当间隙过小时， 则上下裂纹不重合，产生二次剪切。
影响断面质量的因素 ① 材料力学性能 ② 模具间隙 ③ 模具刃口状态
间隙对剪切裂纹与断面质量的影响 ａ）间隙过小 ｂ）间隙合理 ｃ）间隙过大
冲裁力是冲裁过程中凸模对板料施加的压 力，它是随凸模进人材料的深度(凸模行程)而 变化的。下图为冲裁力——凸模的行程曲线。
冲裁力的计算
通常说的冲裁力是指冲裁力的最大值，它是选用压 力机和设计模具的重要依据之一。用普通平刃口模具 冲裁时，其冲裁力F一般按下式计算：
F=KLtτ
b
式中 F——冲裁力； L——冲裁周边长度； t——材料厚度； τ b——材料抗剪强度； K——修正系数，一般取K＝1.3 。
概述
冲裁是利用模具使板料沿着一定的 轮廓形状产生分离的一种冲压工序。它 的基本工序是落料和冲孔，其既可加工 零件，也可加工半成品。
冲裁件
2.1 冲裁变形过程
板料的分离是瞬间完成的，冲裁变 形过程大致可分成3个阶段： （1）弹性变形阶段
在凸模压力下，材料产生弹性压缩、拉伸 和弯曲变形，凹模上的板料则向上翘曲，间隙 越大，弯曲和上翘越严重。同时，凸模稍许挤 入板料上部，板料的下部则略挤入凹模洞口， 但材料内的应力末超过材料的弹性极限。
1.分别加工法
分别加工法分别规定 了凸模和凹模的尺寸及公 差，使之可分别进行加工 制造。 优点：具有互换性、制造周 期短 缺点： 最小间隙Zmin不易保 证
根据上述原则，可得出下列计算公式：
| 凸| | 凹 | Zmax Zmin
落料
D凹 Dmax X0
0
凹
D凸 D凹 Z min 凸
F1、F2 ──凸、凹模对板料的 垂直作用力 F3、F4──凸、凹模对板料的侧 压力； μF1、μF2──凸、凹模端面与板 料间的摩擦力，其方向与间 隙大小有关，一般从模具刃 口指向外； μF3、μF4──凸、凹模侧面与板 料间的摩擦力
冲裁时作用于板料上的力 1-凸模 2-板材 3-凹模
冲裁应力状态图
（3）断裂分离阶段
材料内裂纹首先在凹模刃口附近的侧面产 生，紧接着才在凸模刃口附近的侧面产生。已 形成的上下微裂纹随凸模继续压入沿最大切应 力方向不断向材料内部扩展，当上下裂纹重合 时，板料便被剪断分离。随后，凸模将分离的 材料推人凹模洞口。
冲裁变形过程三阶段
冲裁变形区及受力
冲裁的变形过程很复杂。在以凸、凹模刃 口连线为中心而形成的纺锤区冲裁变形程度最 大。其变形的性质是以塑性剪切变形为主，还 伴随有拉伸、弯曲与横向挤压变形。
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
2.2 冲裁件的质量分析及控制
衡量冲裁件的质量主要有4个方面— —尺寸精度、形状误差、断面质量和毛 刺高度。 尺寸精度
冲裁件的尺寸精度一般由冲模的制造精度决定， 一般它比冲模精度低1~3级。此外它还与板材的性质、 厚度、冲裁的间隙及制件形状有关。
2.5 冲裁模工作部分尺寸计算
计算原则：
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
凸、凹模刃口制造公差应与冲裁件的尺寸精度像 适应，一般比制件的精度高2~3级。
3.冲裁间隙
冲裁间隙对冲裁件的影响表现为：当间隙偏大时， 冲孔件尺寸会大于凸模尺寸，落料件尺寸会小于凹模 尺寸。间隙过小的情况则正好相反。
4.冲裁件形状
冲裁件形状愈简单，其冲裁精度愈高。这主要是 因为形状简单的冲裁件，其冲模的加工精度愈容易保 证。
形状误差
材料在冲裁过程中会受到弯曲力偶的作用，从而会 出现弯拱现象。加工硬化指数大的材料，弯拱较大。 凹模间隙愈大，弯拱也愈大。
提高断面质量的措施 ① 硬质材料软化处理 ② 合理的模具间隙 ③ 保持刃口的锋利
毛刺高度 冲裁件产生微小毛刺是不可避免的。 当毛刺高度超过一定值，便会出现不正 常毛刺。它分两种：间隙毛刺和刃口磨 损毛刺。
凸、凹模刃口磨钝时毛刺的形成情况 a) 凹模磨钝 b) 凸模磨钝 c) 凸、凹模均磨钝
2.3 冲裁力
第 2章
冲质量影 响因素的基础上，介绍冲裁工艺计算、工艺方 案制定和冲裁模设计。涉及冲裁变形过程分析、 冲裁件质量及影响因素、间隙确定、刃口尺寸 计算原则和方法、排样设计、冲裁力与压力中 心计算、冲裁工艺性分析与工艺方案制定、冲 裁典型结构、零部件设计及模具标准应用、冲 裁模设计方法与步骤等。
教学安排

6～8学时


2.1 冲裁变形过程 2.2 冲裁件的质量分析及控制 2.3 冲裁力 2.4 冲裁间隙 2.5 冲裁模工作部分尺寸计算 2.6 冲裁件的排样 2.7 冲裁工艺设计 2.8 精密冲裁 2.9 半精密冲裁和整修
学习目的与要求
1．了解冲裁变形规律、冲裁件质量及影响因素； 2．掌握冲裁模间隙确定、刃口尺寸计算、排样设 计、冲裁力计算等设计计算方法。 3．掌握冲裁工艺性分析与工艺设计方法； 4．认识冲裁模典型结构（尤其是级进模和复合模） 及特点，了解模具标准，掌握模具零部件设计 及模具标准应用方法； 5．掌握冲裁工艺与冲裁模设计的方法和步骤。
冲裁断面特征
冲裁断面可分成4个特征区：塌角 带、光亮带、断裂带和毛刺。
1—毛刺 2—断裂带 3—光亮带 4—圆角带
塌角带：该区域的形成是当凸模刃口压入材料时， 刃口附近的材料产生弯曲和伸长变形，材料被拉入间 隙的结果。 光亮带 ：该区域发生在塑形变形阶段，当刃口切 入材料后，材料与凸、凹模切刃的侧表面挤压而形成 的光亮垂直的断面。通常占全断面的1/2-1/3。 断裂带：该区域是在断裂阶段形成。是由刃口附 近的微裂纹在拉应力作用下不断扩展而形成的撕裂面， 其断面粗糙，具有金属本色，且略带有斜度。
4.冲裁间隙采用最小合理间隙值
采用最小合理间隙值能够保证凸凹模磨损到一定 程度情况下,仍能冲出合格制件。