第二章 第八节 精密冲裁方法

第八节精密冲裁方法
用普通冲裁所得到的工件，剪切面上有塌角、断裂面和毛刺，还带有明显的锥度，表面粗糙度仪为R a 值12.5～6.3μm，同时制件尺寸精度较低，一般为ITl0~ITll，在通常情况下，已能满足零件的技术要求。

当要求冲裁件的剪切面作为工作表面或配合表面时，采用一般冲裁工艺不能满足零件的技术要求，
这时，必须采用提高冲裁件质量和精度的精密冲裁方法。

精密冲裁是通过改进模具来提高制件精度，改善断面质量的。

其尺寸精度可达IT8~IT9(级)，断面
030或更佳。

精密冲裁主要有整修、光洁冲裁、负间粗糙度Ra值为1.6～0.4μm，断面垂直度可。

达89/
隙冲裁、小间隙圆角刃口冲裁、上下冲裁、对向凹模冲裁、精冲等。

一、精密冲裁的几种工艺方
二、见表2-39
表2—39精密冲裁的几种工艺
二、精冲(齿圈压板冲裁)
目前齿圈压板精冲方法使用较为广泛，其模具的结构型式可分为活动凸模式(图2一35)和固定凸模式(图2—36)。

而且还可把精冲工序与其它成形工序(如弯曲、挤压、压印等)合在一起进行复合或
连续冲压，从而大大提高生产率和降低生产成本。

图2—35活动凸模式精冲模图2—36固定凸模式精冲模
1—压力托杆2传力杆3一冲孔凸模4一顶杆1—顶杆2—齿圈压板3—凹模
4—冲孔凸模
5—托板6—传力杆7—活寨8—压味工作台5—压力机工作台6—反压力活塞7
—传力杆
9—凸模底板l0—下模座1l—齿圈压板8—凹模座9—坯料10—凸凹
模11—传力杆
12—凸凹模13—凹模14—推板l5—上摸座12—凸模座13—
床身14—滑块15—活塞
l6—压床滑块17—压力柱18—活
塞16—油压
1．精冲的主要特点
1)在冲裁过程中，由于有齿圈压板强力压边，顶件板和冲裁凸模的共同作用，并在间隙很小而凹模刃口带圆角的情况下，从而使坯料的变形区处于强烈三向压应力状态，提高了材料的塑性，抑制了剪切过程中裂纹的产生，使得冲裁件的断面质量和尺寸精度都有所提高。

精冲的变形过程见图2—37，根据精冲工艺要求，精冲设备应是能够提供三种加压压力(冲裁力、齿圈压力、顶出器反压力)的、导向精度要求高的专用精冲压力机。

根据我国情况，也可将普通压力机改装用于精冲。

图2—37精冲过程
l —模具开启、送料 2一模具闭合，V 形压边圈和反压板压紧材料
3一工件在完全压紧的状态下冲裁 4—滑块行程结束，工件及废料分别进入凹模及凸模
5一模具开启 ，压力释放 6—卸料、顶料 7—顶出工件，开始进料
8—吹出工件及废料 9—准备下一个工件的冲裁
2)精冲总冲裁力比普通冲裁力大，而凸、凹模间隙很小，故模具的刚度要求高，为了保证凸、凹摸同心，使间隙均匀，要有精确而稳定的导向装置，为了避免刃口损坏，要求严格控制凸模进入凹模的深度。

同时模具工作部分应选择耐磨、淬透性好、热处理变形小的材料。

3)由于精冲材料直接影响精冲件的剪切表面质量、尺寸精度和模具寿命，所以对材料的要求是比较严格的。

适合于精冲的材料必须具有良好的塑性，足够的变形能力(而屈强比
b a σσ/越小越好)和良好的组
织结构。

一般以铁素体为主要成分的碳钢是最好的精冲材料，因而纯铁是有利于精冲的。

对于含碳量较高的钢，由于存在片状渗碳体，对精冲不利．只有通过热处理，使渗碳体呈球状小颗粒，
并均匀分布于细晶粒的铁素体中。

这样的组织才适宜于精冲。

一般钢材精冲的适应范围可根据其退火后的强度划分如下：
σ一686MPa精冲允许料厚约为1.5mm；
b
σ—588MPa精冲允许料厚约为3.5I mm；
b
σ一490MPa精冲允许料厚约为6.0 mm；
b
σ—14lMPa精冲允许料厚约为10 mm；
b
σ一392MPa精冲允许料厚约为15mm。

b
对于不锈钢1Crl8Ni9Ti精冲前进行热处理亦可得到令人满意的粗糙度。

有色金属铝及铝合金也是较好的精冲材料。

凡能够进行冷弯、折边、拉深和冷挤的材料就有精冲性能。

硬铝的精冲效果不太理想，如果在淬火时效时间内实行精冲，其效果会有所改善，对冷作硬化的铝及其
合金在精冲前应给予软化处理。

纯铜与黄铜(H62等)如在软化状态或经退火处理能取得良好的精冲效果。

4)精冲刈‘模具工作部分的润滑是十分重要的，它有助于提高工件的光洁度和模具的寿命，对润滑剂
要求具备下列特性：高的耐压力、良好的抗高温性能，中性的化学性能。

2．精冲零什的工艺性
(I)精冲件的形状尺寸
1)圆角半径：精冲件应力求避免凸池尖角。

因为过小的圆角半径会使工件剪切面上产生撕裂和模具相
应部分应力集中及严重磨损，如图2—38所示。

图2—38 精冲件的圆角半径
圆角半径大小一般取：
1R =1r 2R =2r 2R =0.61R
2r =0.61r 2r =0.61R
抗拉强度
b =441MPa 的材料在不同拐角处的最小圆角半径min R 列于表2-40。

表2-40 工件拐角处最小圆角半径min R (单位：mm)
注：强度高于此值的材料，其数值按比例增加。

2)孔径、槽宽及边距：精冲的最小孔径min d ，孔边距min a 、最小槽宽m in e 。

等极限值都比通常的小。

当冲孔凸模的许用压应力为1600～1800MPa ，冲槽凸模的许用压应力为1200～1400MPa ，齿形的许用压应力
为1200MPa 时，可以精冲的各种尺寸极限值列于表2—41。

表2—41 各种材料精冲时的尺寸极限
注：薄料取上限，厚料取下限
表2一42为抗拉强度低于44lMPa 的材料可精冲的最小槽宽m in b 、最小槽边距m in s 。

高于44lMPa 的材
料，其数值按强度成正比增加。

表2-42 m in b /t 数值
注:
m in s =(1.1～1.2)m in b
3)悬臂和凸耳：冲槽的原理也适用于一件上窄长的悬臂(图2—39)。

但因悬臂在精冲时使凸模产生较高的侧向压力。

因而影响凸模寿命，故悬臂的最小宽度值叮按表2 42中最小槽宽确定。

并呵增大30％～40％。

工件上的凸耳，主要足指短而宽的凸起，但凸出长度不超过平均宽度的三倍．故与冲齿形相似，
其最小宽度的极限值可以按表2—41 中齿厚m in b 选取 。

4)形状的过渡：精冲件的形状过渡应尽可能的和缓。

从图2—40所示的两个实例可以看出将图中工件中窄长突出部分根部设置一个加大的锥形可以改善应力图．而优于用较大半径作弧形过渡。

：左下丁件
中，内形的转角处构成严重损坏危险，改善的办法是将工件外形轮廓做成圆形或者修正外轮廓。

图2—39 悬臂和凸耳 图2—40 精冲件上的过渡形状
（2） 精冲与其它工序复合 精冲和弯曲复合；如图2-41所示工件，但弯角0
75≤α，料厚mm 6≤。

压印通常可以和精冲复合进行，但应优先考虑压印的字母或花纹放在落料模一边，以便通过顶件器压出，否者将会削弱凸模并增加模具的制造和维修费用。

压印深度一般不超过0.1t ，见图2-42。

图2—41 一次冲压加工的弯性4精冲件 图2-42 压印件
压沉头孔可和精冲一次／复合进行。

但应注意沉头孔是在落料凹4模2的一边。

若沆头孔是在落料凸模的一边，则需先冲出沉头孔，然后以该孔定位来落料。

表2—43所示为90。

的沉头孔的最大深度hmax …
沉头孔的角度和深度改变时，应注意使压缩的体积不超过表列相应数值。

当在工件的凸模侧或两侧都可
有沉头孔时，需有预成形工序。

表2—43沉头孔的最大深度hmax(单位:mm)
半冲孔：常见的半冲孑L件如图2—43。

图a凹坑与外凸形状相同，最易成形图b凹坑与外凸形状不同。

只在不得已时才设计成这种形状，但外形轮廓的体积不得小于内形部的体积。

如果制件需要冲出盲孔而另一面又不允许有凸台时，必须先压出类似图a的形状，然后再将凸出部分切削掉。

如果凸台在工件的凸模侧，则半冲孔可和精冲一次复合完成，反之，也需要预成形工序。

图2—43 半冲孔件
a）内外形轮廓相同b）内外形轮廓不同
(3)精冲件的尺寸精度和几何精度精冲件的质量与模具结构、模具精度、凸模和凹模的状况、材料的状态、料厚、润滑条件、设备精度、冲裁速度、压边力和顶件反力等因素有关，正常情况下，精冲件
的尺寸精度和几何精度列于表2—44。

表2-44 精冲件尺寸精度和几何精度
注：1.表中
δ系指外形剪切面的倾斜值小于表中数值。

2.精冲件剪切的粗糙度一般可达
m
R
a
μ4.0
2.3～
值
，精冲件仍有塌角和毛刺，但比一般冲裁件小。

3.精冲力
精冲时作用的力，见图2-44(如下)所示。

冲裁力：
b Lt F σ9.0=冲
式中 L ——冲裁周边长度（mm ）
t ——料厚(mm)
b σ——抗拉强度（MPa ）
齿圈压力：
压F =（40～60）％
冲F
反压力：
反F =Ap
反F =(0.0～0.25) 冲F
式中 Ａ——工件的受压面积（mm 2）
p ——工件的单位反压力，p ＝２０～７０MPa
冲F ——冲裁力（N ）
卸料力：
卸F =（0.1～0.15）冲F
推件力：
推F =（0.1～0.15）
冲F
4.精冲间隙
一般精冲的凸、凹模的双面间隙值为料厚的1％，软材料取大值，硬材料取略小的数值，它与普通冲裁相比，要小得多（见图2-45）。

而精冲模的冲孔和落料的间隙值是不一样的，其值见表2-45。

图2—44精冲时作用力示意图图2—45普
通冲裁与精冲的间隙范围
表2-45凸、凹模间隙（双面）
注 ：1.本表适于精冲要求的金相组织的碳钢，沿整个剪切断面均十分光洁，且在两次磨修间具有较高寿命的
基础上制定的
2.外形上向内凹的轮廓及齿圈不沿轮廓分布的部分，按内孔确定间隙。

5. 凸模和凹模的尺寸
精冲模刃口尺寸设计与普通冲裁模刃口设计基本相同，落料件仍以凹模为基准，冲孔件以凸模为基准，不同的是精冲后零件外形或内孔均有微量收缩，一般崴性比凹模口稍小，内孔略小于冲孔冲头尺寸。

在
确定凸模和凹模的尺寸时，必须考虑这一特点。

落料∆-D
凹）（凹δ+∆-=43D D
凸模刃口尺寸按凹模实际尺寸配制，保证双面间隙值。

冲孔∆+d
凸）（凸δ+∆+=43d d
凹模刃口尺寸按凸模实际尺寸配制，保证双面间隙值。

式中 凹D ——凹模刃口尺寸，（mm ）;
凸d ——凸模刃口尺寸，（mm ）;
D 、d ——工件基本尺寸，（mm ）;
∆——工件公差，（mm ）;
、凸δ凹δ——分别为土、凹模制造公差（mm ），按IT5～IT6级制造。

6.排样与搭边
由于精冲时在压力圈上有V 形环，故搭边较普通冲裁要大些，如果零件不考虑材料纤维方向，则排样时应尽量减少废料。

对于形状复杂的，带锯齿形的冲裁表面应放在进料方向，以便精冲时搭边更充分（图
2-46）。

搭边宽度a 可由图2-47中查得。

图例：料厚t =4mm 时，a =6mm 、e =8mm 。

图2—46 排样（t—料厚）图2—47 搭边尺寸
7.齿圈尺寸
齿圈常用的形式为尖状齿圈（或称V形齿圈），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（图2-48）。

当材料厚度大于4mm，或材料韧性较好时，应在齿圈压板和凹模板上各加一个，齿圈尺寸，根据被冲材料厚度不同，可参考表20-46中选取。

冲孔时一般可不齿圈，当孔径在30～43mm以上时，可在顶杆上加齿圈。

齿圈应和工件轮廓形状线呢感一致，工件有较小向内凹的缺口和凸弯很大的部分，齿圈可不紧靠轮廓分布（图－４９）。

图2—48齿圈的齿形
a)对称角度齿形b) 非对称角度齿形表２－4６单面齿圈齿形尺寸（单位mm）
厚度
t/mm b σ450
450<b σ600 600<b σ<700 a h a h a h 1 0.75 0.25 0.50 0.20 0.50 0.15 2 1.5 0.5 1.20 0.40 1.00 0.30 3 2.3 0.75 1.80 0.60 1.50 0.45
3.5 2.6 0.90 2.10 0.70 1.70 0.55
图2—49 齿圈与刃口的相对位置。