板料冲压

第三章板料冲压

板料冲压：利用冲模在压力机上使板料分离或变形，从而获得冲压件的加工方法称为板料冲压。板料冲压的坯料厚度一般小于4mm，通常在常温下冲压，故又称为冷冲压，简称冲压。板料厚度超过8～10mm时，才用热冲压。

原材料：具有塑性的金属材料，如低碳钢、奥氏体不锈钢、铜或铝及其合金等，也可以是非金属材料，如胶木、云母、纤维板、皮革等。

板料冲压的特点：

（1）冲压生产操作简单，生产率高，易于实现机械化和自动化。

（2）冲压件的尺寸精确，表面光洁，质量稳定，互换性好，一般不再进行机械加工，即可作为零件使用。

（3）金属薄板经过冲压塑性变形获得一定几何形状，并产生冷变形强化，使冲压件具有质量轻、强度高和刚性好的优点。

（4）冲模是冲压生产的主要工艺装备，其结构复杂，精度要求高，制造费用相对较高，故冲压适合在大批量生产条件下采用。

一、冲压设备

主要有剪床和冲床两大类。剪

床是完成剪切工序，为冲压生产准

备原料的主要设备。冲床是进行冲

压加工的主要设备，按其床身结构

不同，有开式和闭式两类冲床。按

其传动方式不同，有机械式冲床与

液压压力机两大类。图8-26所示为

开式机械式冲床的工作原理及传动

示意图。冲床的主要技术参数是以

公称压力来表示的，公称压力（kN）

是以冲床滑块在下止点前工作位置

所能承受的最大工作压力来表示

的。我国常用开式冲床的规格为

63～2000kN，闭式冲床的规格为

1000～5000kN。

二、冲压工序

冲压基本工序可分为落料、冲

孔、切断等分离工序，和拉深、弯曲等变形工序两大类。

（一）分离工序它是使板料的一部分与另一部分分离的加工工序。

（1）切断：使板料按不封闭轮廓线分离的工序叫切断；

（2）落料：是从板料上冲出一定

外形的零件或坯料，冲下部分是成品。

（3）冲孔：是在板料上冲出孔，

冲下部分是废料。冲孔和落料又统称

为冲裁。

1、冲裁变形过程冲裁可分为普

通冲裁和精密冲裁。普通冲裁的刃口

必须锋利，凸模和凹模之间留有间隙，

板料的冲裁过程可分为三个阶段，如

图8-27所示：

（1）弹性变形阶段

（2）塑性变形阶段

（3）剪裂分离阶段

板料冲裁时的应力应变十分复杂，

除剪切应力应变外，还有拉伸、弯曲和

挤压等应力应变，如图8-28所示。

当模具间隙正常时，冲裁件的断面

有圆角带、光亮带、剪裂带和毛刺四部

分组成。如果间隙过大，会使得圆角带

和毛刺加大，板料的翘曲也会加大；如

果冲裁间隙过小，会使冲裁力加大，不

仅会降低模具寿命，还会使冲裁件的断

图2-43 间隙对断面质量的影响面形成二次光亮带，在两个光面间夹有

a）间隙过大 b）间隙过小

裂纹，如图2-43b所示，这些都会影响冲裁件的断面质量。因此，选择合理的冲裁间隙对保证冲裁件质量，提高模具寿命，降低冲裁力都是十分重要的。

2．冲裁工艺设计包括：冲裁件的结构工艺性分析、冲裁间隙的选择、冲裁模精度确定及刃口尺寸计算、冲裁力计算和排样设计等。

（1）冲裁间隙的选择设计冲裁模时，可以按相关设计手册选用冲裁间隙或利用下列经验公式选择合理的间隙值。

Z=2Ct

式中Z—凸模与凹模间的双面间隙，单位为mm；

C—与材料厚度、性能有关的系数，见表2-10；

t—板料厚度，单位为mm。

表2-10冲裁间隙系数C值

（2）刃口尺寸计算刃口尺寸的计算原则如下：

1) 落料时，落料尺寸由凹模决定，应以凹模为设计基准，凸模尺寸与凹模配制；冲孔尺寸由凸模决定，应以凸模为设计基准，凹模尺寸与凸模配制。凸、凹模配制时应保证冲裁的合理间隙。

2）凸、凹模应考虑模具的磨损规律，凹模磨损后会增大落料件的尺寸，因而凹模的刃口基本尺寸应接近落料件的最小极限尺寸；凸模刃口基本尺寸应趋向于孔的最大极限尺寸。 3）当凸、凹模采用配制加工时，刃口尺寸的制造公差一般为冲裁件公差的1/3~1/4。如果凸、凹模分别加工时，其制造公差之和应小于或等于最大与最小间隙之差的绝对值，即：（δ凹+δ凸）≤│Z max－Z min│。

4）刃口尺寸计算要根据模具制造特点，冲裁件的形状简单时，其模具采用分别加工法计算，冲裁件形状复杂时，其模具用配制法计算。

（3）冲裁力计算冲裁力是板料冲裁时作用在凸模上的最大抗力，冲裁力计算公式为：

F=KLtτ或F=Ltσb

式中F——冲裁力，单位为N；

L——冲切刃口周长，单位为mm；

t——板料厚度，单位为mm；

τ——板料的抗剪强度，单位为MPa；

σb——板料的抗拉强度，单位为MPa

K——安全系数，常取1.3。

（4）排样设计 冲裁件在条料上的布置方法称为排样。排样设计包括选择排样方法、确定搭边值、计算送料步距和条料宽度，画排样图等。

1）排样方法可分为以下三种，如图2-44所示。①有废料排样法，如图2-44a 所示，沿冲裁件周边都有工艺余料（称为搭边），冲裁沿冲裁件轮廓进行，冲裁件质量和模具寿命较高，但材料利用率较低；②少废料排样法，如图2-44b 所示，沿冲裁件部分周边有工艺余料。这样的排样法，冲裁沿工件部分轮廓进行，材料的利用率较有废料排样法高，但冲裁件精度有所降低；③无废料排样法，如图2-44c 所示，沿冲裁件周边没有工艺余料，采用这种排样法时，冲裁件实际是由切断条料获得，材料的利用率高，但冲裁件精度低，模具寿命不高。

2）搭边是指冲裁件与冲裁件之间，冲裁件与条料两侧边之间留下的工艺余料，其作用是保证冲裁时刃口受力均匀和条料正常送进。搭边值通常由经验确定，一般在0.5~5mm 之间，材料越厚、越软以及冲裁件的尺寸越大，形状越复杂，搭边值应越大。

3）画排样图 排样图是排样设计的最终表达形式，是编制冲压工艺与设计模具的主要依据。一般在模具装配图的右上角画出冲裁件图与排样图。在排样图上应标注条料宽度B 及其公差、表明冲压加工工序内容、冲压模具的压力中心位置、送料步距A 、搭边值a 等，如图2-45所示。

3．冲裁件结构工艺性 指冲裁件结构、形状、尺寸对冲裁工艺的适应性。主要包括以下几方面：

（1）冲裁件的形状应力求简单、对称，有利于排样时合理利用材料，尽可能提高材料的利用率。

（2）冲裁件转角处应尽量避免尖角，以圆角过渡。一般在转角处应有半径R

≥0.25t （t 为板厚）的圆角，以减小角部模具的磨损。