冲压工艺及基本原理

冲压工艺及基本原理

冲压用于加工圆孔、锥形沉孔、平头沉孔、穿孔翻边、切开成形、凸条、加强筋和成形凸台。

冲裁过程利用凸模给工件施加压力，迫使工件进入凹模。随着凸模的抬起，卸料板把工件从凸模上拉下来。冲压机对模具加以固定和导向，以免凸模触及凹模或卸料板。

冲裁力——冲孔需要的冲裁力取决于4个重要变量，而其它成形操作都有独特的压力计算公式；

冲孔需要的冲裁力（吨）=P×T×Y×S

式中：P—凸模周长。周长越大，需要的冲裁力越大

T—材料厚度。厚度越大，需要的冲裁力也越大

Y—材料的屈服强度系数，较硬的材料需要较大的力

S—剪形系数—增大刃口斜度意味着减小冲压力

剪形刃的优点——凸模端面不一定是平的，它以某个角度形成剪形面，降低了冲孔需要的压力。剪形刃磨通常应该是对称的，以避免模具承受侧向负载，因为侧向负载可导致模具弯曲变形、毛刺增多和冲孔位置不准确。在圆形冲端面上磨成凹形可以降低冲裁力，最多能降低70%，实际效果同冲头直径、凹处深度和材料厚度有关。中凹剪刀对步冲很有利，降低了冲头的最大承载能力。

断裂区——仔细检查冲裁出来的孔壁，可以看到断裂区。材料在凸模的压力下发生塑性变形（弯曲）时将产生光亮的壁。一旦达到材料的屈服点，随着材料的分离而产生无光泽的粒状表面。

废料排出——废料须落入废料收集箱，废料排出槽通常是倾斜的，它利用重力把废料送到收集箱。有时候废料会粘在冲头表面上，原因可能是润滑油以及冲头把材料挤入凹模时产生的真空度。如果发生这样的情况，下一个冲程将由废料

的表面代替冲头进行冲压，这样会损伤模具，一般来讲，严格完善模具维护程序，可以把废料置于控制之下。

凸模——凸模的作用是把工件压入凹模腔。一般规则是凸模硬度大于工件硬度，但如果凸模过硬，脆硬易断，同硬度不高容易磨损的软模具一样毫无用处。

氮化钛（TiN）——一般用来处理凸模并形成一层坚硬耐磨的表面，但冲模内部又有一定韧性，这样冲模外面耐磨，又不容易折断。

凹模——凹模腔使材料弯曲到超过屈服点，从而导致工件同废料分离。只要模具维护使用得当，凸模决不会碰到凹模，它们彼此间隙也不会太大。这就设计模具主要考虑问题“凹凸模间隙”。通常是指凸模与凹模孔尺寸之间的差值。

卸料板——卸料板使凸模与工件分离。卸料板形状是凸模不会接触卸料板。但又必须靠近卸料板。如果凸模和卸料间隙太大，工件将随着凸模的抬起而向上翘曲。同凹模配合加工的卸料板具有近似于凸模和凹模的形状。

工件擦伤——必须采用正确的卸料板间隙，并注意保护卸料板表面，把凸模从材料上脱开需要力量。

卸料弹簧——卸料弹簧使卸料板能够同工件分离，并使凸模穿过工件而进入凹模。如果卸料弹簧失效，凸模可能卡在工件上，导致故障停机，材料报废事小，还需增加调整机器时间等问题。

冲裁时力的计算：

1）冲压力：P冲=1.3P=1.3L×t×τ

式中：L—冲裁件周边长

t —冲裁件厚度

τ—材料抗剪强度由表查出τ=440兆帕

注：考虑材料厚度可能不一致，磨具刃口磨损，凹凸模间隙波动，材料性能变化，故实际冲裁时冲裁力还需增加30%。

2）卸料力，推件力和顶件力：

冲裁时，工件或废料从凸模上取下来的力叫卸料力，从凹模内将工件或废料顺着冲裁的方向推出的力叫推件力，逆冲裁方向顶出的力叫顶件力。目前多以经验公式计算：

卸料力 P 卸= K 卸×P 冲（牛） 推件力 P 推= n · K 推 · P 冲（牛） 顶件力 P 顶= K 顶 · P 冲（牛）

式中：P 冲 — 冲裁力

n — 同时卡在凹模中的工件（或废料数目）

n =

t

h

（h —圆柱形凹模腔口高度 t —材料厚度）

K 卸、K 推、K 顶分别为卸料力、推件力、顶件力系数，其值见表1

表1 卸料力、推件力和顶件力系数

注：卸料力系数K 卸在冲多孔、大搭边轮廓复杂时取上限值。

3） 总冲裁力

冲裁时总冲压力为冲裁力、卸料力和推件力之和，这些力在选择压力机时是否要考虑进去，应根据不同模具结构区别对待：

即：采用弹性卸料装置和上出料方式的冲裁模为：

P 总 = P 冲+P 卸+P 顶

采用刚性卸料装置和下出料方式的冲裁模为：

P 总 = P 冲+P 推

采用弱性卸料装置和下出料方式的冲裁模为：

P 总 = P 冲+P 卸+P 推

[例] 采用落料—冲孔复合冲裁垫圈（见图）计算冲裁力、推件力和卸料力。 解：由表查出τ = 304～373（兆帕） 取τ = 343（兆帕）

冲裁力计算： P 落 = 1.3π·d·t·τ = 1.3×3.14×35×3×343（牛）=147013（牛） P 孔 = 1.3π·d·t·τ = 1.3×3.14×12.5×3×343（牛）=52504（牛）

P 冲 = P 落+ P 孔=147013+52504=199517（牛）

卸料力计算： 由表1查出K 卸=0.03

P 卸=K 卸·P 落=0.03×147013=4410（牛）

推件力计算： 由表1查出K 推=0.045 凹模刃口直壁高h=6㎜

n=

3

6

t h =2

P 推= n·K 推·P 孔=2×0.045×52504=4725（牛）

总的冲裁力： P 总=P 冲+P 卸+P 推=147013+52504+4410+4725=208652（牛）

冲裁断面与间隙关系及分类

t：材料厚度

（4～7）% t （6～8）% t （8～10）% t （35～55）% t （25～40）% t （15～25）% t 小大

挠度f

尺寸精度

落料件冲孔件命