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冲裁切割工艺

书籍：钣金技术手册

出处：按学科分类—工业技术河南科学技术出版社《钣金技术手册》第607页（5733字）

冲裁切割工艺的确定，不仅要考虑坯料的变形过程，还要考虑约束坯料变形的各种模具设计等。因此，其工艺过程制定完成后，更多的工作是设计各工序所需的冲裁模具结构及参数。

(一)冲裁模工艺参数选择

根据合理的冲裁件结构设计冲孔模时，应选凸模刃口尺寸等于所要求的孔的尺寸，而凹模刃口尺寸则是孔的尺寸加上2倍的间隙值。

设计落料模时，则应选凹模刃口尺寸等于裁件尺寸，而凸模尺寸则为减去相应的间隙值(图8－45a)，修正余量另作考虑。因此，凸模、凹模间隙(图8－45b)不仅严重影响冲裁件的断面质量，而且还影响模具寿命、冲裁力和冲裁件的尺寸精度。

图8－45 凸模、凹模的尺寸与间隙

a．凸模与凹模尺寸关系 b．模具间隙

1．凸模、凹模间隙选择

冲裁过程中，被冲孔之间和凹模与被裁件之间的间隙越小，摩擦越严重。实际生产中，模具受到制造误差和装配精度的限制，凸模不可能绝对垂直于凹模平面，间隙也不会均匀分布。因此，过小的间隙既影响模具的寿命，又增大冲裁力，合理间隙的选择对冲裁生产至关重要。

选择时主要考虑冲裁件断面质量和模具寿命，若裁件的断面质量要求较高时，应选取较小的间隙值，可将表8－23中的数值减小1／3作为最小间隙值；若对裁件的断面质量无严格要求时，应尽可能加大间隙，以利于提高冲模的寿命。

表8－23 冲裁模合理双边间隙值(mm)

2．凸模、凹模刃口尺寸确定

由于冲裁时，落料件的尺寸接近于凹模刃口的尺寸，冲孔件的尺寸接近于凸模刃口的尺寸，所以，冲裁件尺寸和冲裁模间隙都决定于凸模和凹模刃口的尺寸，必须按如下原则正确决定冲裁模刃口尺寸。

(1)落料先确定凹模刃口尺寸：设计落料模时(图8－46b)，应先按落料件确定凹模刃口尺寸，取凹模作设计基准件，考虑到落料件尺寸会随凹模刃口的磨损而增大，凹模刃口尺寸应取接近或等于落料件公差范围内的最小极限尺寸，以保证凹模磨损在一定范围内，也能冲出合格的零件。然后，根据最小合理间隙z确定凸模尺寸，即将间隙z取在凸模上，用缩小凸模刃口尺寸配制凸模。

图8－46 冲裁模刃口尺寸的确定

a．冲孔模 b．落料模

表示凸模、凹模制造公差表示零件公差

(2)冲孔先确定凸模刃口尺寸：设计冲孔模时(图8－46a)，应先按冲孔件确定凸模刃口尺寸，取凸模作设计基准件，考虑到冲孔件尺寸会随凸模的磨损而减小，凸模刃口尺寸应取接近或等于孔的最大极限尺寸，以保证凸模磨损在一定范围内仍可使用，然后根据最小合理间隙z确定凹模尺寸，即将间隙z取在凹模上，用扩大凹模刃口尺寸配制凹模。

3．整修模尺寸确定

整修模工作部分尺寸与凸模、凹模相同(表8－24)，已考虑了整修时的弹性变形量。外缘整修时，工件略有增大，但刃口锋利的模具增大数值很小，一般小于0．005mm，可忽略不计；内缘整修时，孔径回弹量大于外缘整修，计算凸模尺寸时应考虑进去。

表8－24 整修模工作部分尺寸(mm)

(二)冲裁模工作位置确定

1．冲模闭合高度的确定

冲模闭合高度是指模具在最低工作位置时，下模底面至上模顶面之间的距离。为保证模具的正常安装与工作，冲模的平面尺寸应该适应于压力机垫板平面尺寸，冲模总体闭合高度必须与压力机闭合高度相适应。

压力机的闭合高度是指滑块在下至点位置时，滑块下端面至压力机垫板面之间的距离，可调节连杆长度进行调整。当连杆调至最短时，压力机闭合高度最大，称为最大闭合高度H_max；连杆调至最长时，压力机闭合高度最小，称为最小闭合高度H_min。

连杆的调节量M=H_max－H_min，而冲模的闭合高度H应介于压力机的最大闭合高度与最小闭合高度之间(图8－47)，一般定为H_max－5(mm)≥H≥H_min+10(mm)。

图8－47 冲模的闭合高度

若无特殊情况，为避免因连杆调节过长而损坏螺纹，H应取上限值或取H≥H_min+M／3；若冲模的闭合高度大于压力机最大闭合高度，则冲模无法安装，但若小于压力机最小闭合高度时，可以另附加垫板。

2．冲模压力中心的确定

冲裁力合力的作用点称为冲模压力中心，为保证冲模和压力机正常平稳地工作，冲模压力中心必须通过模柄轴线而与压力机滑块的中心相重合。

若压力机中心不在模柄轴线上，则滑块将承受偏心载荷，工作时使冲模与压力机滑块产生歪斜，从而导致滑块道轨和模具导向装置磨损，并引起凸模、凹模间隙不均，刃口快速变钝或损坏。因此，冲模压力中心的位置，应根据冲件图样，采用解析法计算求得或图解法作图求得。

(三)冲裁工艺力计算

冲裁工艺力是指冲裁过程中凸模对板料的冲裁力、从凸模脱下的卸料力、从凹模顺向推出的推件力或反向顶件力三种力的总和，它是选用压力机吨位和设计模具结构的重要依据。一般根据材料性能及厚度、冲裁间隙、零件形状及尺寸和模具结构用经验公式计算。

1．冲裁力的计算

平刃冲裁的冲裁力可按下式计算：

F=KLtτ

式中 F——冲裁力(N)；

L——零件周长(mm)；

t——材料厚度(mm)；

τ——材料抗剪强度(MPa)；

K——系数。

系数K值的大小，可根据实际生产中冲裁模间隙值的波动、刃口的磨损、材料性能及厚度的变化等情况确定，一般取K=1．3。

为了简便计算，也可用材料的强度极限σ_b(MPa，τ≈0．8σ_b)按下式估算：

F=Ltσ_b

2．推件力及卸料力的计算

卸料力F₁=K₁F

推件力F₂=nK₂F

顶件力F₃=K₃F

式中 F——冲裁力(N)；

n——同时卡在凹模内的落料件或废料数目；

K₁、K₂、K₃——分别为卸料力、推件力、顶件力系数，其值如表8－25所示。

表8－25 卸料力、推件力及顶件力系数

3．总冲裁力计算

压力机吨位必须大于或等于总冲裁力F₀，即冲裁工艺力，而且应根据不同模具结构区别对待，即

采用弹性卸料装置和上出料方式 F₀=F+F₁+F₃

采用弹性卸料装置和下出料方式 F₀=F+F₁+F₂

采用刚性卸料装置和下出料方式 F₀=F+F₂

(四)冲裁件排样方法

1．合理用料

冲裁加工时的合理用料，是降低生产成本的有效途径。排样的正确与否，直接影响材料利用率，即材料利用率是衡量排料方案合理性的技术经济指标，常用一个步距内零件的实际面积与所用材料面积的百分比计算求得，即

η=nA／bl×100%

式中 η——材料利用率；

n——一个步距内冲裁的零件数；

A——冲裁件的面积(mm²)；

b——条料或带料的宽度(mm)

l——冲裁步距(mm)。

由上式可知，提高材料利用率的途径是减少废料面积，尽可能在相等面积的条料上冲制出最多的裁件数。废料可分为结构废料和工艺废料两类(图8－48a)，结构废料是由裁件形状结构所产生的废料，与排料方案无关；而工艺废料是零件之间、零件与条料侧边之间及料头和料尾的废料，是与排料及冲裁方案有关的废料。因此，减少工艺废料是提高材料利用率的唯一途径。