《冲压工》 | 第八章 常见冲压工艺 第一节 冲裁

冲裁是利用模具在压力机上使板料相互分离的工序。它主要包括冲孔、落料、切断和切边等工序内容。

一般来说，冲裁工艺主要是指落料与冲孔两大工序。落料是指冲裁后，冲裁封闭曲线以内的部分为制件；冲孔是指冲裁后，冲裁封闭曲线以外的部分为制件。如垫圈制件，中央小孔的冲压为冲孔工序，外轮廓的冲压为落料工序，因此，一个简单的垫圈制件是由两个工序复合而成的。

冲裁所使用的模具称为冲裁模，如落料模、冲孔模、切边模、冲切模等。冲裁工艺与冲裁模在生产中使用广泛，它可为弯曲、拉深、成形、冷挤压等工序准备毛坯，也可直接制作零件的模具是冲压板状零件的冲裁模。

如图8.1所示为冲裁加工示意图。由图可见，冲裁加工必须使用模具。图中1为凸模，2为凹模，凸模端部及凹模洞口边缘的轮廓形状与工件形状对应，并有锋利的刃口。凸模刃口轮廓尺寸略小于凹模，其差值称为冲裁间隙。

一、冲裁变形的过程

在间隙正常、刃口锋利情况下，冲裁变形过程可分为3个阶段（见图8.2）：

1.弹性变形阶段

变形区内部材料应力小于屈服应力。

2.塑性变形阶段

变形区内部材料应力大于屈服应力。凸、凹模间隙存在，变形复杂，并非纯塑性剪切变形，还伴随有弯曲拉伸，凸、凹模有压缩等变形。

3.断裂分离阶段

变形区内部材料应力大于强度极限，裂纹首先产生在凹模刃口附近的侧面，然后凸模刃口附近的侧面，再次上、下裂纹扩展相遇，最后材料分离。

二、冲裁间隙

1.间隙对断面质量的影响

凸模与凹模工作部分尺寸之差称为间隙。用Z表示（见图8.3）：

冲裁单面间隙是指凸模和凹模刃口横向尺寸的差值的一半，常称冲裁间隙，用c表示。间隙值的大小，影响冲裁时上、下形成的裂纹会合；影响变形应力的性质和大小。

当间隙过小时，如图8.4（a）所示，上、下裂纹互不重合。

两裂纹之间的材料，随着冲裁的进行将被第二次剪切，在断面上形成第二光亮带，该光亮带中部有残留的断裂带（夹层）。

小间隙会使应力状态中的拉应力成分减小，挤压力作用增大，使材料塑性得到充分发挥，裂纹的产生受到抑制而推迟。因此，光亮带宽度增加，圆角、毛刺、斜度翘曲、拱弯等弊病都有所减小，工件质量较好，但断面的质量也有缺陷，像中部的夹层等。

当间隙过大时，如图8.4（c）所示，上、下裂纹仍然不重合。

因变形材料应力状态中的拉应力成分增大、材料的弯曲和拉伸也增大，材料容易产生微裂纹，使塑性变形较早结束。因此，光亮带变窄，剪裂带、圆角带增宽、毛刺和斜度较大，拱弯翘曲现象显著，冲裁件质量下降。并且拉裂产生的斜度增大，断面出现两个斜度，断面质量也不理想。

当间隙适中时，上、下裂纹会合成一条线。尽管断面有斜度，但断面较平直，圆角和毛刺均不大，有较好的综合断面质量。这种间隙是设计选用的合理间隙，如图8.4（b）所示。

当模具间隙不均匀时，冲裁件会出现部分间隙过大，部分间隙过小的断面情况。这对冲裁件断面质量也是有影响的，要求模具制造和安装时必须保持间隙均匀。

2.冲裁间隙对尺寸精度的影响

冲裁制件的尺寸精度除与模具精度及料厚有密切关系外，还与制件的材质及冲裁间隙有很大的关系。对塑性材料，由于它的伸长率高，弹性变形量小，冲裁后回弹则小，因而尺寸精度较高。硬质材料则恰好相反。冲裁间隙过大，材料冲裁时除了受剪切外，还产生拉伸弹性变形，冲裁后由于回弹，一般使制件尺寸减小；冲裁间隙过小，材料冲裁时除了受剪切外，还产生压缩弹性变形，冲裁后由于回弹，使制件尺寸增大。冲孔工序与此相反。

3.合理间隙值的确定

从上述冲裁过程分析可知，间隙值对冲裁件质量、模具寿命、冲裁力大小等各种冲压因素有极大的影响，因此，目前对冲裁间隙值大致可分为小间隙、较小间隙、中等间隙、较大间隙和大间隙5个类别。总原则是在满足冲裁件的尺寸精度要求下，间隙值一般取偏大值，这样可以降低冲裁力和提高模具寿命。

（1）间隙对模具寿命的影响

间隙是影响模具寿命的主要因素。由于冲裁过程中，凸模与被冲孔制件和凹模与落料件制件均存在摩擦，间隙越小，摩擦造成的磨损越严重，因此，过小间隙对模具寿命是极为不利的；而间隙大些，可减小凸凹模侧面与材料间的摩擦，从而提高了模具寿命。

（2）间隙对冲裁力、卸料力、推件力的影响冲裁力随着间隙的增大虽有一定程度的降低，但当单边间隙在5%~10%料厚值时，冲裁力降低并不明显，因此，一般来说，在正常冲裁力情况下，间隙对冲裁力的影响并不大。间隙大，凸模上卸料或凹模内推料都比较容易，当单边间隙大到15%~20%料厚时，卸料力几乎等于零。

（3）间隙对冲裁件尺寸精度的影响

如图8.5和图8.6所示，间隙对于冲孔和落料精度的影响规律是不同的，且与材料纤维方向有关。

（作者： 饶传锋 李黎 董代进 胡云翔）