第九章 冲压工艺
冲压工艺按变形性质分为分离工序与成形工序两大类。
第一节 冲 裁
1．剪切区应力状态分析
图91 冲裁时作用于板料上的力 图92 冲裁应力状态图 1—凹模 2—板料 3—凸模 2．冲裁过程
冲裁过程包括弹性变形、塑性变形和断裂三个阶段。
3．冲裁件断面情况
冲裁件的断面有三个特征区，即圆角带、光亮带和断裂带(图 93)。
图93 冲裁件的断面
1．间隙对冲裁件质量的影响
1）间隙对断面质量的影响
间隙合理时， 上下刃口处产生的裂纹在冲裁过程中将相互重合， 此时冲出的制件断面虽有一定斜度， 但比较平直、光洁，毛刺很小[如图 94(a)]，且冲裁力小。
图94 间隙大小对冲裁件断面质量的影响
a）间隙过小 b）间隙合适 c）间隙过大
1断裂带 2光亮带 3圆角带。
冲裁件相对于模具尺寸的偏差，主要是因为板料冲裁过程中伴随挤压变形、纤维伸长和穹弯发生的 弹性变形，在零件脱离模具时消失所造成的。偏差值可能是正的，也可能是负的。影响这一偏差的主要 因素是模具间隙(如图 95)。零件的材料性质、形状及尺寸对此也有一定影响。 图95 间隙对冲裁件精度的影响 [17]
材料：黄铜 料厚：4 mm
a）冲孔 b）落料
2．间隙对冲裁力的影响
由图 96 可以看出，随着模具间隙的减小，冲裁力增大，这是因为间隙小，弯矩 M 减小，材料所 受拉应力减小，而压应力增大。增大间隙，冲裁力减小，但继续增大间隙值，由于从凸、凹模刃口产生 的裂纹不重合，所以冲裁力下降变缓。
图96 间隙z对冲裁力户的影响 [17]
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弯头制作3．间隙对模具寿命的影响
冲裁模具的寿命通常以保证获得合格产品的冲裁次数表示。冲裁过程中模具的损坏是磨钝、崩刃和 凹模刃口涨裂。凸、凹模的磨损形式如图 97所示。
增大间隙可使冲裁力减小，因而模具的磨损也减小。但间隙取得太大，因弯矩与拉应力增大，使模 具刃口损坏。一般间隙为材料厚度的 10％～15％时，磨损最小，模具寿命较高。当间隙小时，落料件卡 在凹模洞口中，可能引起模具开裂。
4．合理间隙值的确定
1）理论方法 模具制造中的偏差及使用中的磨损，生产中通常选择一个适当的范围作为合理间隙； 这个范围的最小值称为最小合理间隙值，最大值称为最大合理间隙值。设计与制造新模具时采用最小合
理间隙值。
图97凸、凹模的磨损形式 图98合理间隙值的确定
确定合理间隙值的理论方法的依据是保证凸、凹模刃口处产生的裂纹相重合。由图 98 所示中可以
得到合理间隙值的计算公式如下；
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t——板料厚度；
h0——凸模压入深度；
β——破裂时的倾角。
上式表明，间隙值 C 与板料厚度及材料性质有关。
2）经验方法 经验方法也是根据材料的性质与厚度，来确定最小合理间隙值。建议按下列数据确 定双面间隙值：
软材料： t＜1mm C＝(6%～8%)t
t＝1～3mm C＝(10%～15%)t
t＝3～5mm C＝(15%～20%)t有起子
硬材料： t＜1mm C＝(8%～10%)t
t＝1～3mm C＝(11%～17%)t
t＝3～5mm C＝(17%～25%)t
间隙值也可查确定。试验研究结果与实践经验表明，对于尺寸精度和断面垂直度要求高的零件，应 选用较小的间隙值。
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三、凸、凹模刃口尺寸的计算
1．尺寸计算原则
在设计和制造模具时，需遵循下述原则：
1）设计落料模时，以凹模为准，间隙取在凸模上；设计冲孔模时，以凸模为准，间隙取在凹模上。
2）设计落料模时，凹模公称尺寸应取零件尺寸公差范围内的较小尺寸；设计冲孔模时，凸模公称 尺寸应取零件孔的尺寸范围内的较大尺寸。
3）凸、凹模刃口部分尺寸的制造公差要按零件的尺寸要求决定，一般模具的制造精度比冲裁件的 精度高 2～3级。若零件未注公差，对于非圆形件，冲模按 IT9 精度制造；对于圆形件，一般按 IT6～IT7 级精度制造。
2．刃口尺寸计算方法
1）凸模与凹模分开加工 设计计算中要分别标注凸、凹模刃口尺寸与制造公差。模具的制造公差 应当满足下列条件：
式中δp、δd 分别为凸模和凹模的制造公差(mm)。
下面对冲孔和落料两种情况进行讨论。
冲孔 设零件孔的尺寸为 ，其凸、凹模工作部分尺寸的计算公式如下：
式中 ——凸模尺寸(mm)；
——凹模尺寸(mm)；
x——考虑磨损的系数，按零件公差等级选取。
落料 设零件尺寸为 ，落料模的允许偏差位置如图 99b所示，其凸、凹模工作部分尺寸的计
算公式如下：
式中 ——凹模尺寸(mm)；
——凸模尺寸(mm)。
图99 冲裁模的尺寸公差
a）冲孔 b）落料
2）凸、凹模配合加工
这种加工方法是以凸模或凹模为基准，配作凹模或凸模。，只在基准件上标注尺寸和制造公差，另 一件仅标注公称尺寸并注明配作时应留有的间隙值。所以基准件的刃口部分尺寸需要按不同的方法计 算。如图 910(a)所示的落料件，应以凹模为基准件，凹模尺寸按磨损情况可分为三类： 第一类是凹模磨损后尺寸增大(图 910中 A类)；
第二类是凹模磨损后尺寸变小(图 910中 B 类)；
第三类是凹模磨损后尺寸不变(图 910中 C 类)。
对于图 910b 所示的冲孔件的凸模尺寸也可按磨损情况分成 A、B、C 三类。因此不管是落料件还 是冲孔件，根据不同的磨损类型，其基准件的刃口部分尺寸均可按以下公式计算：
A类：
B 类：
C 类：
式中 ——基准件尺寸；
——相应的零件极限尺寸(mm)；
△——零件公差(mm)；
δ——基准件制造公差(mm)，当标注形式为±δ时，δ＝△／8。
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