模具设计与制造 杨占尧 第6章 冲裁工艺与模具设计

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1、第6章冲裁工艺与模具设计学习目的及要求了解冲裁件的断面特征能够正确选择冲裁合理间隙掌握凸、凹模刃口尺寸的计算方法熟悉降低冲裁力的方法和措施能够合理的进行冲裁排样掌握冲裁模的典型结构掌握冲裁模主要零部件的设计冲裁是利用模具使板料沿一定轮廓线产生分离的冲压工序。冲裁时所使用的模具称为冲裁模。根据变形机理的不同，冲裁可分为普通冲裁和精密冲裁，通常所说的冲裁是普通冲裁。精密冲裁断面较光洁，精度较高，但需专门的精冲设备与模具。本章主要讨论普通冲裁。图6-1所示的模具是冲压一板状零件的冲裁模。图6-1冲裁模典型结构与模具总体设计尺寸关系图1一下模座；2、15一销钉；3一凹模；4一套；5一导柱；6

2、一导套；7一上模座；8一卸料板9一橡胶；10一凸模固定板；11一垫板；12一卸料螺钉；13一凸模；14一模柄；16、17一螺钉返回冲裁工艺的种类很多，常用的有切断、落料、冲孔、切边、切口、剖切等，其中落料和冲孔应用最多。落料是沿工件的外形封闭轮廓线冲切，冲下部分为工件。冲孔是沿工件的内形封闭轮廓线冲切，冲下部分为废料。落料与冲孔的变形性质完全相同，但在进行模具设计时，模具尺寸的确定方法不同，因此，工艺上必须作为两个工序加以区分。冲裁工艺是冲压生产的主要方法之一，主要有以下用途：1.直接冲出成品零件；2.弯曲、拉深、成形等其它工序备料；3.对已成形的工件进行再加工（如切边，切舌，拉深件

3、、弯曲件上的冲孔等）。6.1冲裁变形过程及断面特征6.1.1冲裁板料的变形过程在冲裁过程中，冲裁模的凸、凹模组成上下刃口，在压力机的作用下，凸模逐渐下降，接触被冲压材料并对其加压，使材料发生变形直至产生分离。板料的冲裁是瞬间完成的。当模具间隙正常时，整个冲裁变形分离过程大致可分为三个阶段，如图6-2所示。图6-2冲裁时板料的变形过程返回1.弹性变形阶段(图6-2a)当凸模开始接触板料并下压时，凸模与凹模刃口周围的板料产生应力集中现象，使材料产生弹性压缩、弯曲、拉深等复杂的变形。板料略有挤入凹模洞口的现象。此时，凸模下的材料略有弯曲，凹模上的材料则向上翘。间隙越大，弯曲和上翘越严重。随

4、着凸模继续压入，直到材料内的应力达到弹性极限。2.塑性变形阶段(图6-2b)当凸模继续下压，材料内的应力达到屈服点，材料进入塑性变形阶段。凸模切入板料上部，同时板料下部挤入凹模洞口。在板料剪切面的边缘由于弯曲拉伸等作用形成形成圆角，同时由于塑性剪切变形在切断面上形成一小段光亮且与板面垂直的直边。随着凸模挤入板料深度的增大，塑性变形程度增大，变形区材料硬化加剧，冲裁变形抗力不断增大，直到刃口附近侧面的材料由于拉应力的作用出现微裂纹时，塑性变形阶段结束，此时冲裁变形抗力达到最大值。由于凸、凹模间存在间隙，故在这个阶段中板料还伴随着弯曲和拉伸变形。间隙越大，弯曲和拉伸变形也越大。3.断裂分

5、离阶段(图6-2c)当板料的应力达到强度极限后，凸模继续下压，凹模刃口附近的侧面材料内产生裂纹，紧接着凸模刃口附近的侧面材料产生裂纹。已形成的上下微裂纹随凸模继续压入不断向材料内部扩展，当上下裂纹重合时，板料便被剪断分离。随后，凸模将分离的材料推人凹模洞口。由上述冲裁变形过程的分析可知，冲裁过程的变形是很复杂的，除了剪切变形外，还存在拉深、弯曲与横向挤压等变形。所以冲裁件及废料的平面不平整，常有翘曲现象。6.1.2冲裁件的断面特征在正常冲裁工作条件下，在凸模刃口产生的剪切裂纹与在凹模刃口产生的剪切裂纹是相互汇合的，这时可得到图6-3所示的冲裁件断面，它具有如下四个特征区。图6-3冲裁

6、件的断面特征返回1.塌角（圆角）区该区域是由于当凸模刃口压入材料时，刃口附近的材料产生弯曲和伸长变形，材料被拉入凸凹模间隙形成的。冲孔工序中，塌角位于孔断面的小端；落料工序中，塌角位于工件断面的大端。板料的塑性越好，凸、凹模之间的间隙越大，形成的塌角也越大。2.光亮带该区域发生在塑性变形阶段。当刃口切入板料后，板料与凸、凹模刃口的侧表面挤压而形成光亮垂直的断面。通常占全断面的1/3～1/2。冲孔工序中，光亮带位于孔断面的小端；落料工序中，光亮带位于零件断面的大端。板料塑性越好，凸、凹模之间的间隙越小，光亮带的宽度越宽。光亮带通常是测量带面，影响着制件的尺寸精度。3.断裂带该区域是在断

7、裂阶段形成。断裂带紧挨着光亮带，是由刃口附近的微裂纹在拉应力作用下不断扩展而形成的撕裂面，断裂带表面粗糙，并带有4°~6°的斜角。在冲孔工序中，断裂位于孔断面的大端；在落料工序中，断裂位于零件断面的小端。凸、凹模之间的间隙越大，断裂带越宽且斜角越大。4.毛刺毛刺的形成是由于在塑性变形阶段后期，凸模和凹模的刃口切入被加工板料一定深度时，刃口正面材料被压缩，刃尖部分是高静压应力状态，使裂纹的起点不会在刃尖处发生，而是在模具侧面距刃尖不远的地方发生，在拉应力的作