常用冲压工艺基本原理

a）、斜刃落料
b）、斜刃冲孔
c）、阶梯形布置冲头
（2）、阶梯形布置冲头冲裁：在多冲头模冲裁时，将各冲头加工成不同的高度，见上 图c，可使各个冲裁力的峰值不至于同时出现，于是降低了总冲裁力。
在采用阶梯形布置冲头的设计时应当注意以下几个问题： a、阶梯形冲头的高度差H只要稍大于冲裁件断面之剪切面高度即可； b、先开始工作的冲头最好带有导正销； c、一般先冲大孔，再冲小孔，这样可以使小直径的冲头做得尽量短 一些，增加其抗 压失稳的能力；但如果先冲小孔，再冲大孔，则有 可能更符合压力机的力-行程曲线； d、在设计时还应注意模具的对称性，以减小压力中心和偏移。 （3）、加热冲裁：材料加热后，其抗剪强度和抗拉强度大为降低， 从而能降低冲裁力。这种方法在铁道机车工厂及一些小型机械修配厂 有所采用。但加热冲裁操作麻烦且准备工作困难，故应用范围并不广 泛。
精密
参考单边间隙值（％） 一般 备注
3 5 7 3 5
A1100-0 A1100-HR,H10,H12,H18 A5052 / C1100-O,1/4H,1/2H C1100-H / C2680-O,1/4H,1/2H C2680-H C5111-O C5111-1/4H,1/2H C5111-H / SPCC,SECC / SUS301,303,304(A) SUS301,303,304(1/2H) /
落料件 冲孔件
接近凹模尺寸 接近凸模尺寸 较低 较低 较大 较大 冲件剪切面质量、尺寸 精度要求高时，采用小 间隙。冲模寿命较低
(表)
冲裁间隙的选取（惠州安特科技）
抗拉强度 （N/mm 2） 铝及铝合金
～100 100～180 180以上 ～215 215～275 275以上 ～300 300～410 410以上 ～340 340～500 500以上 ～280 280～370 370以上 ～600 600～1000 1000以上 4 6 8 6 8 4 6 6 8
d)、突然分离
e)、推出凹模
f)、卸离冲头
2、冲裁变形区与受力分析 （1）、冲裁变形区是指材料被分离断开的那一部分区域，但具体的模型未有统一的认 识。现公认的有纺锤形变形区(如下左图)和8字形变形区(如下中图) （2）、变形区及邻域的应力分析 （a）、冲裁力造成的应力：如下右图所示，冲裁变形时，于冲头平面下方、凹模平 面上方的材料，由于分别受到模具直接传递的高压作用，成为压应力区。同时，材料的 塌角处，既要支撑变形区又因摩擦力的作用而受到拉伸，成为拉应力区。
如下图所示，冲裁件的断面是由4个部分组成的：
a、塌角（一端圆角部分） b、剪切面（紧挨圆角的较光洁面部分） c、断裂面（粗糙表面部分） d、毛刺（另一端高出板平面部分）
（2）、冲裁件的精度 关于冲裁件的精度问题，主要表现在以下三个方面： （a）、弯拱：从冲裁过程的受力与变形分析中得知，材料受到弯曲力偶的作用， 因而冲裁件会有弯拱出现，严重的会看到明显的挠度存在。 一般预防弯拱的错施是：对于冲孔件，在模具结构上增设压料扳；若是落料件，则 在凹模孔中加顶料板。 弯拱的深度即弯拱挠度取决于材料的特性。容易弯曲变形的材料、加工硬化指数大 的材料，其弯拱较大。另外，间隙愈大，弯拱也愈大。 （b）、尺寸精度：冲裁件的尺寸精度是指冲裁件的实际尺寸与公称尺寸之差，差值 愈小，表明尺寸精度愈高。除了模具制造偏差外，这个差值主要是指冲裁件相对于模具 尺寸的偏差。比如，冲裁时所得到的外径尺寸，如果与凹模孔径尺寸相同，则认为其尺 寸精度好。但实际上工件的外径与凹模孔径尺寸往往有百分之几毫米的偏差。这是因冲 裁后的弹性回复所致。冲裁件外径尺寸的最大处位于剪切面与断裂面的分界处，假如该 分界线在材料中性面层以上时，弹复后则尺寸增大；反之，在中性面层以下时，则尺寸 减小。 （c）、斜度：冲裁件由于弯曲变形的残留和弹复，其剪切面（带）上会存在有斜度 或叫锥度β。实际上即便没有弯拱发生的某些材料冲裁件断面也仍有某种程度的斜度存 在。
3.1.2：展开长度计算
B±T1
kt
根据实际的弯角形状，我们假定：Ro=Ri+1.3t 通常，展开长度按下列公式计算： ①：L = A + B + 0.4t；（经验公式）或 ②：L = L1 + L2 + L3； 其中L2＝π/2（Ri + k*t） 一般Ri的取值为0.3t；对于SPCC材料， 当Ri=0.3t时，k约为0.33； 3.1.3：模具结构参数 o 右图是标准的90 弯曲设计，各参数按下表 来选取：
小
一般 4°~7° 稍小
中
小 7°~8° 小 稍小于凹模尺寸 稍大于凸模尺寸 较高 小 最小 小 冲件剪切面质量、尺 寸精度要求一般时， 采用中等间隙。
大
一般 8°~11° 较大 小于凹模尺寸 大于凸模尺寸 最高 最小 小 稍小 冲件剪面质量、尺寸 精度要求不高时，应 优先采用大间隙，以 利于提高冲模寿命
名 称
冲击压缩阶段 压入剪切阶段 裂缝生长阶段 突然分离阶段
裂缝会合或错开后连合，冲头突 然卸载，一部分材料进入凹模内而到 彼此分离 获得工件或取走废料
取走废料或取得工件
产生振动与噪声之主要原因；材料之间、材 料与模具之间有摩擦，冲头凹模受到磨损
冲裁工件的剪切面与模具有摩擦，冲头、凹 模受磨损 剪切面与冲头有摩擦，冲头受磨损，且引起 拉应力，造成不对称循环交变应力；也是产生噪 声原因之一
Ri 0.3t (3~5)t
t
Ri
L3

L1
BL
L2
Ro
L2 L1 L L3
Rp
高度限位块
R0.5
H
t
0.1
仅当弯曲高度公差小于或等于0.06时，才使用 高度限位块。
t -0.01~0.02mm
压料块
H
W
Rp
1.5/2.5
弯曲镶块
t Ri 0.1t
弯 头
° 45
3. 2：材料厚度大于或等于1.5mm 3.2.1：具体参数范围
（Aluminum and Aluminum Alloy）
软铜
（Copper ）
黄铜
（Brass）
磷青铜
（Phosphor Bronze）
碳钢
（Carbon Steel）
不锈钢
（Strinless Steel）
6、减小冲裁力的设计 （1）、斜刃模冲裁：斜刃口模具冲裁过程，如同斜刃口剪板机剪切板料一样，材料是 逐渐地一部分一部分地剪断分离的，因此，它比平端面刃口冲裁减少很多。为了得到平 整零件，落料时冲头应成平状，凹模加工成斜刃；冲孔时则相反，凹模成平状，冲头加 工成斜刃。如下图a、b所示。
冲裁变形力学过程 序号
1 2 3 4
作用与特征
材料相应处出现小圆角，为冲件 断面塌角部分的形成作了准备
形成冲裁件断面的塌角部分及不 断生成剪切部分 产生冲裁件断面毛刺，继续生成 剪切面，逐渐形成断裂面部分
主要影响
产生振动与噪声原因之一
设备与模具受力最大的时刻，冲头、凹模在 高压下受摩擦，其剪切面愈长，磨损愈严重 倘若裂缝不会合或冲裁间隙过小，模具磨损 更甚；或间隙过大，则冲件质量差、模具寿命短
源自文库
5
6
推出凹模阶段
卸离冲头阶段
冲裁变形全过程的6个阶段，所反映的分别是模具工作的冲击压缩阶段、压入剪切阶 段、裂缝生长阶段、突然分离阶段、一部分材料推出凹模阶段、另一部分材料卸离冲头阶 段等6个阶段。 冲裁变形过程中各个变形阶段的变形情况及其位置关系如下图所示：
a)、冲击压缩
b)、压入剪切
c)、裂缝生长
（b）、力偶引起的（弯曲）应力： 讨论这种应力时，首先应分清冲裁时模具结构上 加压料板和不加压料板有所不同，如右图所示。
3、冲裁变形过程中力的计算 在纯剪切的场合，剪切变形的屈服应力为拉伸变形屈服应力的1/2。虽然可以推 论出剪切抗力是抗拉强度的1/2，但因冲裁时变形范围较大，它并不是一种纯剪切， 在其剪切变形中包含有拉伸、压缩、弯曲等作用，还有工具与材料间的摩擦影响等， 因此，冲裁时的剪切抗力大于这种比值。实际上作为经验数值，常取抗剪强度为抗拉 强度的0.8倍，即τ=0.8σb 冲剪力 F剪切= τ* t * L 式中： τ－材料抗剪强度（kg/mm2） t －材料厚度（mm） L －剪切形状的周长（mm） 卸料力 F卸料>=6%冲剪力 4、冲裁件的质量 （1）、冲裁断面
常用冲压工艺 基本原理
制作:工程部 版本:A/1
第一讲：冲裁
一、冲裁 1、冲裁变形过程： 根据实测到的冲裁力曲线，并经过对冲裁变形的观察与分析，冲裁 变形全过程可以分为以下6个阶段 。 冲裁变形过程中，材料经受各个变形阶段的作用与 特征及其对冲裁加工之实现诸方面的主要影响见下表。 冲裁变形过程各阶段的特征与影响
第二讲：弯曲与翻边
一、弯曲 BL 1、种类：L形弯曲，V形弯曲， U形弯曲， Z形弯曲等； L1 Ro 2、特征参数： Ri t－－材料厚度； B－－弯曲高度； BL－－弯曲线长度； Ri －－弯曲内圆角半径； A±T3 Ro－－弯曲外圆角半径； 弯曲时，内角部位存在压缩应力，外角部位存在拉伸 应力，在拉伸和压缩应力的共同作用下，角部材料变薄。因此在计算弯曲展开长度时我们 就必须引入弯曲中性层系数k。 2.1：弯曲展开长度计算 弯曲展开长 L＝ L1+L2+L3；其中L2＝π/2（Ri + k*t） 2.2：弯曲力、压料力的计算 弯曲力F弯曲＝0.40 * BL* t * τ 压料力F压料＝0.13 * BL* t * τ 其中：τ－材料的抗剪强度（kg/mm2）
L2
t B±T1 L3
2.3：影响特征效果的主要因素： （1）、材料的特性（如屈服强度、杨氏模量） （2）、材料的厚度公差 （3）、弯曲内径对材料厚度的比值 （4）、弯曲结构 （5）、弯曲线的方向 2.4：现有产品特征参数范围：
材 质 冷轧钢：如SPCC、SPCE 不锈钢、铝及铝合金、铜及铜合金 0.1mm ～ 3.5mm 0.5t ～ 10.0t 1.5t ～ 5.0t ±0.05mm or MORE 0.05mm or MORE
t 1.5~3.5mm BL 0.5t~10.0t B 1.5t~5.0t T1 T3 T2 0.05mm or MORE ±0.05mm or MORE
3.2.2：展开长度计算 展开长度计算公式为：L=L1+L3+ π/2（Ri + k*t） 中性层系数k的取值见下表：
材料厚度（t） 弯曲线长度（BL） 弯曲高度（B） 弯曲高度公差（T1） 垂直度公差（T2）
弯曲边距离公差（T3） ±0.05mm or MORE
3、根据材料厚度、尺寸及公差分类： 3.1：材料厚度小于1.5mm 3.1.1：具体参数范围
t 0.1~1.5mm BL 0.5t~10.0t B 1.5t~5.0t T1 T3 T2 0.05mm or MORE ±0.05mm or MORE
(表)
冲裁间隙分类
类别 剪切面特征 Ⅰ Ⅱ Ⅲ
分类依据 冲 件 剪 切 面 质 量
塌角深度a 光亮带b
(4~7)%t (35~55)%t
(6~8)%t (25~40)%t
(8~10)%t (15~25)%t
剪裂带e
毛刺高度h 斜度β 冲 挠度f 件 精 尺寸精度 度 模具寿命 力 冲裁力 能 消 卸、推料力 耗 冲裁功 适用场合
5、间隙对冲裁加工的影响 （1）、间隙对冲裁件断面的影响：小间隙冲裁时，工件的剪切面较大，可超过断 面厚度的1/2以上甚至有二次剪切面（但普通冲裁很少采用接近于零的间隙值）；适 中间隙的剪切面一般占断面的1/3~1/2；间隙太大，则剪切面变小，塌角增大，毛刺 也增大。 （2）、间隙对冲件精度的影响：研究表明，间隙对冲裁件弯拱影响的一般规律为： 小间隙时，弯拱较大；间隙为（5%~15%）t时弯拱较小；往后，随着间隙的增大弯拱 挠度又增大。冲裁件断面锥度是随着间隙的增大而不断增大的。 （3）、间隙对模具寿命的影响：一般地说，间隙愈小，模具作用的压应力愈大， 磨损愈严重，寿命愈低。间隙过小造成模具因胀裂而报废的怀况也时有发生。而间隙 太大时，模具因受到的拉应力作用增大会使模具磨损又变严重，故模具寿命反而又变 短。 模具寿命是一个受各种因素综合影响、相当复杂的问题，间隙只是其中一个因素， 而不是唯一因素。 （4）、间隙对加工能量的影响：从节省加工能量的角度出发，采用中等间隙是最 好的，可降低冲裁力、冲裁功，减小推料力、卸料力及模具的侧压力。