第二章 冲裁工艺与模具设计

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1、第二章冲裁工艺与模具设计冲裁是利用模具使板料沿一定的轮廓形状产生分离的一种冲压工序。冲裁包括：落料、冲孔、切口、切边、冲缺、剖切、整修等。其中又以冲孔、落料应用最为广泛。从板料上冲下所需形状的零件（或半成品）称为落料（图2-la）。在工件上冲出所需形状的孔（冲去的为废料）称为冲孔（图2-1b）。冲裁工艺是冲压生产的主要工艺方法之一。冲裁所得到的零件可以直接作为零件使用或用于装配部件，也可以作为弯曲、拉深、成形等其他工序的毛坯。2.1冲裁工艺分析2.1.1冲裁过程图2-2是一简单冲裁模。凸模1与凹模2都具有与工件轮廓一样形状的锋利刃口，凸、凹模之间存在一定的间隙。

2、当凸模下降至与板料接触时，板料就受到凸、凹模的作用力，凸模继续下压，板料受剪而互相分离。FP、Fd——凸、凹模对板材的垂直作用力；F1、F2——凸、凹模对板材的侧压力；μFp、μFd——凸、凹模端面与板材间的摩擦力，其方向与间隙大小有关，但一般指向模具刃口。其中，μ是摩擦系数，下同。μF1、μF2——凸、凹模侧面与板材间的摩擦力。从此图中可看到，板材由于受到模具表面的力偶作用而弯曲，并从模具表面上翘起，使模具表面和板材的接触面仅局限在刃口附近的狭小区域，宽度约为板厚的0.2～0.4。接触面间相互作用的垂直压力分布并不均匀，随着向模具刃口的逼近而急剧增大。板料的分

3、离过程是在瞬间完成的。整个冲裁变形分离过程大致可分为3个阶段。图2-3冲裁过程1—弹性变形阶段2—塑性变形阶段3—断裂分离阶段（一）弹性变形阶段冲裁开始时，板料在凸模的压力下，发生弹性压缩和弯曲。凸模继续下压，板料底面相应部分材料略挤入凹模孔口内。板料与凸、凹模接触处形成很小的圆角。由于凸、凹模之间有间隙存在，使板料同时受到弯曲和拉伸的作用，凸模下的板料产生弯曲，位于凹模上的板料开始上翘，间隙越大，弯曲和上翘越严重（图2-3）。（二）塑性变形阶段凸模继续下降，压力增加，当材料内部应力达到屈服点时，板料进入塑性变形阶段。此时凸模开始挤入板料，并将下部材料挤入凹模孔

4、内，板料在凸、凹模刃口附近产生塑性剪切变形，并在侧向挤压力作用下形成光亮的剪切断面。随着切刃的深入，变形区由凸、凹模刃口附近向板材的深度方向发展、扩大，最后刃口附近达到极限应变与应力值时，材料便产生微裂纹（失稳状态），这就意味着破坏开始，塑性变形阶段结束。（三）断裂分离阶段此时凸模继续压入，凸、凹模刃口附近产生的微裂纹不断向板材内部扩展，若间隙合理，上、下裂纹则相遇重合，板料在拉应力作用下被拉断分离。由于拉断的结果，断面上形成一个粗糙的区域。凸模再下行，冲落部分将克服摩擦阻力从板材中推出，全部挤入凹模洞口，冲裁过程到此结束。2.1.2冲裁断面质量分析（一）断面特

5、征由于冲裁变形的特点，使冲出的工件断面与板材上下平面并不完全垂直，粗糙而不光滑。冲裁断面可明显地分成4个特征区，即圆角带、光亮带、断裂带和毛刺（图2-7）。（二）影响断面质量的因素冲裁件的4个特征区域的大小和在断面上所占的比例大小并非一成不变，而是随着材料的力学性能、模具间隙、刃口状态等条件的不同而变化。1．材料力学性能的影响：材料塑性好，冲裁时裂纹出现得较迟，所得断面光亮带所占的比例就大，圆角也大。塑性差的材料，容易拉裂，使断面光亮带所占的比例小，圆角小，大部分是粗糙的断裂面。2．模具间隙的影响：冲裁时，断裂面上下裂纹是否重合，与凸、凹模间隙值的大小有关。当凸

6、、凹模间隙合适时，凸、凹模刃口附近产生的裂纹在冲裁过程中能会合成一条线，此时尽管断面与材料表面不垂直，但还是比较平直、光滑，毛刺较小，制件的断面质量较好（图2-8b）。3．模具刃口状态的影响：模具刃口状态对冲裁过程中应力状态和冲裁件断面有较大的影响。刃口越锋利，毛刺越小。当刃口磨损后，毛刺也增大。毛刺按照磨损后的刃口形状，成为根部很厚的大毛刺。另外，断面质量还与模具结构、冲裁件轮廓形状、刃口的摩擦条件等有关。（三）提高断面质量的措施提高冲裁件的断面质量，可通过增加光亮带的高度或采用整修工序来实现。增加光亮带的关键是延长塑性变形阶段，推迟裂纹的产生，这就要求：（1

7、）材料的塑性要好，对硬质材料要尽量进行退火，求得材质均一化；（2）合理的模具间隙值，并使间隙均匀分布；（3）保持模具刃口锋利,（4）保持润滑。2.2.1冲裁力的计算计算冲裁力的目的是为了合理地选择压力机和设计模具，压力机的吨位必须大于所计算的冲裁力，以适应冲裁的要求。（一）冲裁力的行程在冲裁过程中，冲裁力的大小是不断变化的。图中AB段相当于冲裁的弹性变形阶段，凸模接触材料后，载荷急剧上升，但当凸模刃口一旦挤入材料，即进入塑性变形阶段后，载荷的上升就缓慢下来，如BC段所示。图2-9冲裁力-凸模行程曲线凸模再继续下压，材料内部产生裂纹并迅速扩张，冲裁力急剧下降，如图

8、中CD段所示，此为冲裁的