冲裁工艺及模具 材料科学与工程学院 CUTTING To separate the sheet! General cutting 普通冲裁； CHAPTER 2 CUTTING 冲裁工艺及模具 To separate the sheet! General cutting 普通冲裁； Fine blanking 精密冲裁。 材料科学与工程学院

§2-1 Principles of cutting 冲裁基本原理 冲裁由凸模和凹模配合完成，凸模和凹模刃口与工件轮廓一致。 1.Punch 2.Die

凸模与工件接触→间隙处产生弯矩，发生弹性弯曲→刃口处产生应力集中，凸模刃口处受压应力，凹模刃口处受拉应力→内应力达到弹性极限。 1、Procedure 冲裁变形过程 （1）Elastic deformation 弹性变形阶段 凸模与工件接触→间隙处产生弯矩，发生弹性弯曲→刃口处产生应力集中，凸模刃口处受压应力，凹模刃口处受拉应力→内应力达到弹性极限。

（2） Plastic deformation塑性变形阶段 → 刃口进入材料，出现拉入圆角 →塑性剪切变形向内层发展 →刃口处应力达到抗剪强度τb →刃口处出现裂纹源。

（3）Parting 断裂阶段 凸模继续下降→刃口处出现裂纹→ 裂纹扩展→上、下裂纹会合→ 板材分离，剪切断面出现断裂带。

2、 Fracture section 冲裁剪切断面 冲裁剪切断面四个特征区： 1-圆角带； 2-光亮带； 3-断裂带； 4-毛刺。

(1)Radius area 圆角带 又称塌角，断面边缘出现的圆角带。由塑性拉伸产生，尺寸较小，约5%； (2)Bright area 光亮带 由塑性剪切产生。与模具接触部位，在凸、凹模侧面压力挤压下，出现塑性光亮带，约1/2~1/3； (3) Rupture area 断裂带 由裂纹扩展产生。裂纹扩展，上、下裂纹会合，板材分离，断面出现断裂带, 约40~60%； (4) Burr 毛刺 由边缘部位的板料撕扯产生。由于上、下裂纹不一定正对，断裂后被拉出毛刺。

冲裁断面质量及其影响因素 光亮带越大，断裂带及毛刺越小，断面质量越好。 影响因素： （1）材料的塑性 （2）模具间隙大小及其均匀性

§2-2 Cutting clearance 冲裁间隙 1、Definition 定义 冲压模具凸、凹模刃口尺寸之差。 Z=D凹-D凸 注意：模具单边空隙为Z/2

2、间隙对质量的影响 （1）间隙过小 上、下裂纹不重合。 两次剪切，出现断口 夹层，且毛刺拉长。

（2）间隙过大 上、下裂纹不重合。 断面斜度加大， 毛刺粗大， 圆角带加大。

（3）间隙合理 上、下裂纹能重合。 冲裁面平直、光洁； 圆角带、毛刺小。

3、calculation of clearance 间隙值确定 生产实际中，合理的间隙值具有一定的范围。 （1）理论计算 板料愈厚，间隙要求愈大； 塑性愈差，间隙要求愈大。

（2）经验估算 Z ≈ (8%~20%)×t 一般为料厚的~15%。 （3）查表 实际中，冲裁间隙值Zmax、Zmin可查表获得。

为保证冲裁质量，必须保证间隙的均匀性！ 对模具的现场配作、修磨、调整，要求高。

4、精密冲裁提高断面质量 采用特定结构的模具和冲压机加工高质量冲压件。 变形区处于三向压应力状态，裂纹被抑制，纯塑性剪切，冲裁断面几乎全是光亮带。

§2-3 Dimension and tolerance 冲裁凸、凹模刃口尺寸及制造公差的计算 1、Formula of dimension calculation 刃口计算原则 （1）Calculation base 选择计算基准

For piercing 冲孔时 光亮带尺寸最小，决定了 孔的最小尺寸。 而光亮带紧贴凸模，故： 冲孔尺寸 = 凸模尺寸 For blanking 落料时 光亮带尺寸最大，决定了 落料件的最大外形。 而光亮带紧贴凹模，故： 落料尺寸 = 凹模尺寸

Piercing 冲孔模具计算： 先确定凸模尺寸，再加上间隙，得到凹模尺寸。 Blanking 落料模具计算： 先确定凹模尺寸，再减去间隙，得到凸模尺寸。

考虑刃口磨损规律 冲孔凸模：磨损后刃口尺寸变小。 故：冲孔凸模刃口尺寸应等于或接近于工件冲孔最大极限尺寸 。 落料凹模：磨损后刃口尺寸变大。 （2）Based on wear of die 考虑刃口磨损规律 冲孔凸模：磨损后刃口尺寸变小。 故：冲孔凸模刃口尺寸应等于或接近于工件冲孔最大极限尺寸 。 落料凹模：磨损后刃口尺寸变大。 故：落料刃口尺寸应等于或接近于工件落料最小极限尺寸 。 模具间隙：无论落料或冲孔，凸、凹模磨损都使间隙加大，故Z应取最小值 Zmin 。

（3）Manufacturing tolerance of die 选取模具刃口制造公差δ 主要有3种方式： ① 高于工件精度（Δ）2~4级 ∵ 工件一般为IT8~14，∴ 模具IT6~9。

②取工件公差Δ的1/3~1/4 ③简单形状模具，可直接查表。

2、Calculation of die 刃口尺寸计算方法 模具制造方法有二种： 凸、凹模分开加工：在设计图上分别标注凸、凹模尺寸及公差，需要分别计算凸、凹模。 凸、凹模配合加工：基准件按标注的尺寸及公差制造，与其对应的另一模具按基本尺寸制造， 二者之间的间隙现场配作。

(1)Calculating separately 凸、凹模分开加工 必须同时满足下列两个条件 （1）形状简单 （2）符合|δ凸|+|δ凹| ≤Zmax-Zmin 计算方法： ①For blanking 落料模具 工件标注尺寸为（D-Δ） 先计算凹模尺寸： D凹=（D-ｘΔ）+δ凹 减去间隙为凸模尺寸： D凸=（D-ｘΔ- Zmin）-δ凸

③Centre space of multi hole 多孔的孔心距： 多个凹模在同一整体上,由凹模保证 ②For piercing 冲孔模具 设：工件孔尺寸为（d+Δ） 先计算凸模尺寸： d凸=（d+ｘΔ）-δ凸 加上间隙为凹模尺寸： d凹=（d+ｘΔ+ Zmin ）+δ凹 ③Centre space of multi hole 多孔的孔心距： 多个凹模在同一整体上,由凹模保证 Ld=（Lmin+ Δ/2）±δ/2 其中ｘ磨损为系数，由工件Δ确定: 　IT14级： 0.5； IT11-13： 0.75； IT8-10： 1.0 （或查表2.6）

Example:例2.1 Step 解题步骤: 1.查表得出最大、 最小间隙及其差值； 2.根据落料、冲 孔尺寸，分别确定 凸模、凹模制造偏差； 3.分别判断落料、冲孔工序是否满足凸模、凹模分开加工的条件； 4.查表确定磨损系数x； 5.按公式计算落料凹模、凸模尺寸，注意制造偏差的标注； 6.按公式计算冲孔凸模、凹模尺寸，注意制造偏差的标注；

（2） Manufacturing coordinately 凸、凹模配合加工 尺寸及公差只标注在基准件上，与其对应的另一模具的基本尺寸，与基准件相同，但不必标注公差，仅需要明确间隙范围，间隙值在配制中保证。 基准件：落料为凹模，冲孔为凸模； Condition 适用场合 形状复杂； 或: |δ凸|+|δ凹| ﹥ Zmax-Zmin

①Three types of dimension 三类不同性质的尺寸的区分 第一类：increase 增大； 第二类：decrease 减小； 第三类：almost no change 基本不变。 凹模磨损后： 凸模磨损后： 尺寸变大-A尺寸 尺寸变小-A尺寸 尺寸变小-B尺寸 尺寸变大-B尺寸 尺寸不变-C尺寸 尺寸不变-C尺寸

② Calculation 尺寸计算 Blanking 落料件： Die is reference. 确定凹模尺寸 第一类尺寸 =（最大极限尺寸 -ｘΔ）+ δ凹 第二类尺寸 =（最小极限尺寸 + xΔ)- δ凹 第三类尺寸 = 中间尺寸±δ凹/2 凸模尺寸按凹模尺寸配制，保证双面间隙在Zmax~Zmin之间。 Piercing 冲孔件： Punch is reference. 确定凸模尺寸 第一类尺寸 =（最小极限尺寸 +ｘΔ)-δ凸 第二类尺寸 =（最大极限尺寸 -ｘΔ)+δ凸 第三类尺寸 = 中间尺寸±δ凸/2 凹模尺寸按凸模尺寸配制，保证双面间隙在Zmax~Zmin之间。

§2-4 Cutting force 冲裁力 F = 1.3×L×t×τb 1、Cutting force = L×t×σb method to reduce cutting force 降低冲裁力的措施： ① . 选用阶梯凸模 落料、冲孔，多孔冲制时，凸模刃口阶梯差（0.5~1）t。 ② . 选用斜刃口模具 模具刃口做成斜面。落料时凹模为斜刃口；冲孔时凸模为斜刃口。 ③ . 加热冲裁

2、striping and ejecting force 卸料、推件力 Striping force 卸料力 从凸模上卸去条料： F卸 = k卸 F Knockout force 推件力 顺冲压方向从凹模中推出工件： F推= n k推 F n为凹模刃口卡住工件或废料个数 Liftout force 顶件力 反冲压方向从凹模中顶出工件： F顶=k顶F （各系数K可查表）

3、Total force for press 压力机所需总压力 F总 = F + F卸 + F推 + F顶 各项可根据实际情况取舍。 Selected according to different process!

4、Center of force 模具压力中心确定 模具压力中心必须与压力机滑块中心一致! （1）Symmetry 对称形状工件 压力中心位于图形几何中心 force center = geometric center

（2）Complex contour复杂形状工件 通过计算确定压力中心： ①将凸模轮廓线分解成若干基线段：直线、圆弧、曲线段； ②计算各线段重心的 座标值xi、yi （圆弧、曲线段重心 座标值查手册）； ③根据各线段重心的座标 值，求整个图形压力中心 Xc=（L1X1+L2X2+…+LnXn）/（L1+L2+…+Ln） Yc=（L1Y1+L2Y2+…+LnYn）/（L1+L2+…+Ln）

多凸模压力中心 根据力矩平衡进行计算 （3）Force center for multi punch X=（L1Xc1+L2Xc2 +…+ LnXcn ）/（L1+L2 +…+ Ln） Y=（L1Yc1+L2Yc2 +…+LnYcn ）/（L1+L2 +…+Ln ）

§2-5 Blank layout 冲裁工件的排样 排样：在条料上的布置冲裁件。 Concerned with 关系到： Utilization 材料利用率； Quality of workpiece 工件质量； Die structure 模具结构； Operation 操作

1、Layout mode 排样方式 直排； 斜排； 直对排； 斜对排； 混合排； 多行排。 等等。

对排 斜对排

2、Layout method 排样方法 三种方法： （1）有废料排样法 冲裁轮廓是封闭线；质量好，费料 （2）少废料排样法 冲裁轮廓不封闭；受力不均，质量较差 （3）无废料排样法 类似切断；省料，质量差

3、Scrap allowance 搭边 冲裁件之间、冲裁件与条料侧边之间用以补 偿定位误差的余料。 （1）Function 作用 Compensating error补偿误差； Improving load 改善受力； Guiding sheet 保证送料 （2）Allowance 搭边值 不能过小；不能过大。

4、送料步距 每次向前送进的距离。 两个对应点之间的距离。 A= D + a

5、Width of sheet 条料宽度 有、无侧压装置，计算数值不同。 With side pressure 有侧压或人工紧压： B=(D+2a1+Δ)-△

Without side pressure 无侧压 自由度大，有间隙 B=(D+2a1+2Δ+b0)-△

6、 Utilization 材料利用率 工件总面积/条料面积 η=n×s/（B×L）×100% n：工件个数 s：工件面积 B、L:条料宽和长 应该注意冲裁方向。

7、Layout scheme 排样图 包括工件图 和排样图。 标注板料宽 度的下偏差。

§2-6 Introduction of press tools 冲裁模具概述 1、Single operation dies 单工序模 压力机滑块一次行程,只完成一道工序的模具。 single position and single operation 单工位，单工序 特点：模具结构简单，但生产率低、冲压件累计误差较大。 用于批量不大、精度要求不高的工件。

压力机滑块一次行程，在不同工位同时完成几道工序的模具。 2、Multi-stage tools 级进连续模 压力机滑块一次行程，在不同工位同时完成几道工序的模具。 Multi-position and multi-operation 多工位，多工序 特点：模具结构较复杂、调整安装不方便、冲压件累计误差较大。 但生产率较高，用于批量大、精度要求不高、不宜采用复合模（凸凹模壁厚太薄）的工件。

3、Compound die复合模 压力机滑块一次行程,在同一工位,同时完成几道工序的模具。 Single position but multi-operation 单工位，多工序 特点：生产效率高，冲压件精度好，但模具结构较复杂。用于批量大、精度要求较高的工件。

1-卸料螺钉 2-下模垫板 3-凸凹模固定板 4-橡皮 5-卸料板 6-橡胶弹顶挡料销 7-凹模 8-凸模固定板 9-上模垫板 10-上模座 11-模柄 12-打杆 13-推板 14-销钉 15-推杆 16-凸模 17-导套 18-推件块 19-导柱 20-凸凹模 21-下模座