第 2章  冲裁      冲裁是利用模具在压力机上使板料分离的冲压工艺，它包括落料、冲孔、修边、切断等多种工序。冲裁的用途极广，既可制造平板零件或为成形工序备料，也可在冲压件上进行切口、剖切等加工。  (1)冲裁变形过程  图2-1显示了冲裁的变形过程。板料置于凹模之上，凸模下降切入材料，经历弹性变形、塑性变形和断裂分离三个阶段完成冲裁变形。            2.2  冲裁间隙          (3)间隙对力能消耗的影响      1)冲裁力  间隙增大，抗剪强度减小，冲裁力亦减小。当间隙大到一定值时，抗剪强度下降甚微，冲裁力有回升趋势。     2)卸料力和推件力  软钢、不锈钢、黄铜或铝合金，间隙为料厚的20%左右时，卸料力具有最小值。间隙小于10%或大于30%时，卸料力增加。     3)冲裁功  冲裁功随间隙的变化略有波动，间隙合适，上、下裂纹重合，冲裁功最小。间隙过小或过大，冲裁功都会增加。      (4)合理间隙的确定  间隙是冲裁工艺与模具设计的重要工艺参数。其值的大小与均匀程度对冲裁件的断面质量、尺寸精度、平面度、模具寿命和力能消耗均有很大的影响。对金属材料的普通冲裁而言，生产中常用间隙取值范围为料厚的5％－10％。 表2－1  金属材料冲裁间隙分类 2.3  冲裁模具刃口尺寸计算  2)冲裁件尺寸的测量基准  在测量和使用中，落料件外径（被包容尺寸）以大端尺寸为基准，冲孔件孔径（包容尺寸）以小端尺寸为基准。   (3)模具刃口尺寸计算方法  1）凸模与凹模分开加工  该方法适用于圆形或简单规则形状的冲裁模。其特点是凸、凹模分别按照各自图纸技术要求、尺寸和公差单独进行加工，模具间隙靠加工的尺寸和公差保证。采用这种方法，要分别计算和标注凸、凹模刃口的尺寸公差，其计算公式见表2-2 。 2.4    冲裁力的计算和降低冲裁力的方法       (1) 冲裁力的计算  冲裁力是指冲裁过程中的最大抗力，也就是力—行程曲线的峰值。它是合理选用冲压设备和校核模具强度的重要依据。影响冲裁力的因素很多，主要有材料的力学性能、厚度、冲裁件周边长度、模具间隙以及刃口锋利程度等。    平刃口模具冲裁力可按下式计算：              F=L tτk       2.5   冲裁件的排样与搭边                      (2)冲裁件的排样  冲裁件在条料上的布置方法叫排样。排样合理与否不仅影响材料的经济利用，还影响模具结构与寿命，生产效率，工件精度，生产操作方便与安全等。  表2-4  排样形式的分类   (3) 冲裁件的搭边  排样中相邻两制件之间或制件与条料边缘间的余料称为搭边。搭边的作用之一是补偿定位误差，防止由于条料的宽度误差、送料误差而冲出残缺的废品；搭边的作用之二是保持条料在冲裁过程中的强度和刚度，保证条料的顺利送进。此外，选取合理的搭边值还可以调整模具沿周边的受力状况，提高模具寿命和工件断面质量。 2.7   冲裁件废品分析及预防  从技术角度看冲裁件质量控制要点是：1)注意板料或卷料的供货状况2)认真分析冲裁件的结构工艺性，正确制定冲压工艺方案3)确定合理的模具结构，控制模具设计和制造质量          (2) 卸料力、推件力和顶件力  如图2-22所示,从凸模上将制件（或废料）卸下来的力叫卸料力；从凹模内顺着冲裁力方向将制件（或废料）推出的力叫推件力；逆冲裁方向将制件（或废料）从凹模洞口顶出的力叫顶件力。 图2-22   卸料力、推件力和顶件力作用方向 图2-23  不同模具结构型式 a. 采用刚性卸料板（图2-23a）  b. 刚性顶件、弹性卸料倒装模具（图2-23b）  c.采用弹性卸料板（图2-23c）  d.采用弹性顶件和弹性卸料（图2-23d）     (3)降低冲裁力的方法a.加热冲裁；b.阶梯冲裁  ；c.斜刃冲裁；d.分部冲裁  图2-24   阶梯布置凸模 图2-25  各种斜刃形式 (1)冲裁件的材料利用率  在大批量生产中，原材料费用占生产成本的60%～80%。节省材料对降低成本有着重要作用。生产中，通常用材料利用率作为衡量材料经济利用程度的指标。根据原材料供应情况及生产实际的不同需求，材料利用率有着不同含义和计算方法。单个零件利用率、条料利用率和板料利用率的含义和计算公式见下式： 单个零件的材料利用率 ：   条料的材料利用率 ：       板料的材料利用率 ：       a)有废料排样  b)少废料排样  c)无废料排样 图2-26   排样方法 裁搭边 多行排 混合排 斜对排 直对排 斜排 直排 少、无废料排样 有废料排样 2.6 冲裁件的工艺性      冲压件的工艺性是指该零件在冲压加工中的难易程度。良好的冲压工艺性应保证材料消耗少、工序数目少、模具结构简单而寿命高、产品质量稳定、操作简单等等。在一般情况下，对冲压件工艺性影响最大的是几何形状尺寸和精度要求。 1)冲裁件的形状尽量简单，最好是由规则几何形状或由圆弧与直线组成。 2)冲裁件应当避免有过长的悬臂与狭槽，悬臂及槽的宽度ｂ要大于料厚ｔ的2倍（见图2-27a）。 图2-27 冲裁件的结构工艺性 3)虽然可以冲裁出带尖角的零件，但一般情况下，都应该用R＞0.5t以上的圆角半径代替冲裁件的尖角。圆角半径过小时，冲模寿命会显著降低。4)因受冲头强度的限制，冲孔的尺寸不宜过小，一般冲孔的最小尺寸（直径或方孔的边长）S≥ｔ。  5)孔与孔之间的距离a或孔与零件边缘之间的距离a（图2-27 b、 c），受到模具强度和冲裁零件质量的限制，其值不能过小，一般应取a≥2t。如用级进模冲裁，而且对零件精度要求不高时，a可以适当减小，但也不宜小于板厚。            间隙对模具寿命有很大的影响。图2-15所示为冲裁数在10万件时，间隙对刃口磨损的影响。实验表明：小间隙会使挤压应力增大，摩擦加剧而温度升高，容易产生模具与材料的粘结现象。小间隙时还会产生凹模胀裂，凸模折断（小凸模），凸、凹模相互啃刃等现象，降低了模具使用寿命。实践表明：采用大间隙，模具寿命可比小间隙时提高2～3倍，有的高达6～7倍。    1—凸模端面磨损；2—凹模端面磨损；3—凸模侧面磨损 图2-15   冲裁次数10万次时间隙对刃口磨损的影响    合理间隙是一个模糊概念，没有明确的外延。权衡间隙对制件质量、模具寿命和力能消耗的影响规律，不存在一个符合所有要求的间隙值。模具使用时会磨损，间隙会在一定范围内变动。模具在装配状态下的静态间隙与工作状态下的动态间隙亦有差别。因此，在选取间隙时应根据生产条件综合考虑，在保证制件质量要求前提下，尽可能延长模具寿命。  类 别 分 类 依 据 平面度f 稍小 小 较大 冲裁功 小 最小 较大 卸、推料力 最小 小 较大 冲裁力 力 能消耗 最长 较长 较低 模具寿命 大于凸模尺寸 稍大于凸模尺寸 接近凸模尺寸 冲孔件 小于凹模尺寸 稍小于凹模尺寸 接近凹模尺寸 落料件 尺寸精度 较大 小 稍小 冲压件精度  8°～11°  7°～8° 4°～7° 断裂带 α 一般 小 一般 毛刺高度 h 大 中 小 断裂带高度 F (15～25)%t (25～40)%t (35～55)%t 光亮带高度 B (8～10)%t (6～8)%t (4～7)%t 塌角高度 R 冲压件断面质量 Ⅲ Ⅱ 
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