冲裁工艺
冲裁工艺及冲裁模具
冲裁工艺及冲裁模具1. 引言冲裁工艺是一种常用的金属加工方法，用于通过冲压、剪切等手段将材料切割成所需形状或尺寸的工艺过程。
冲裁模具是冲裁工艺的关键设备，它提供了对材料的切割、定位和加工力的控制。
本文将介绍冲裁工艺及冲裁模具的根本原理、常见类型、应用等相关内容。
2. 冲裁工艺的根本原理冲裁工艺是利用冲压机将冲裁模具对材料施加高压力，使其实现切割或形状变化的工艺过程。
主要包括以下几个根本原理：冲裁工艺中，材料会经历弹性变形和塑性变形两个阶段。
在冲压过程中，冲裁模具施加的压力会使材料发生塑性变形，从而实现切割或形状变化的目的。
2.2 切割原理切割是冲裁工艺的主要目标之一。
利用冲压机和冲裁模具，对材料进行高速冲击，使其发生应力集中破断，实现切割作业。
2.3 定位原理冲裁工艺中，精确的定位是保证加工精度的关键。
冲裁模具通过合理的定位装置，确保材料在冲压过程中的位置准确、稳定，以实现高精度的切割和加工。
冲裁工艺中，冲压机和冲裁模具施加的压力是完成切割和加工的关键。
合理设计冲裁模具可以实现适当的加工力，并确保加工过程中不会对材料造成过度损坏。
3. 冲裁模具的常见类型根据不同的加工需求和材料特性，冲裁模具可以分为多种类型。
常见的冲裁模具类型包括切割模具、弯曲模具、拉伸模具等。
3.1 切割模具切割模具是冲裁工艺中最常见的类型。
它通常由上下两块模板和切割刀具组成。
切割模具可以将材料快速切割成需要的形状或尺寸，广泛应用于金属加工、汽车制造等领域。
3.2 弯曲模具弯曲模具可将材料通过施加力矩实现曲面或弯曲变形。
不同形状、尺寸和角度的弯曲模具适用于不同的加工需求，常见于金属制品的生产和加工中。
3.3 拉伸模具拉伸模具用于将材料拉伸至需要的形状或尺寸。
它通常由多个模块组成，可实现复杂形状的拉伸加工，广泛应用于汽车制造、航空航天等领域。
4. 冲裁工艺及冲裁模具的应用冲裁工艺及冲裁模具在各行各业都有广泛的应用。
以下是几个常见的应用领域：4.1 汽车制造汽车制造是冲裁工艺及冲裁模具的主要应用领域之一。
冲裁工艺简介
冲裁工艺简介一、概况冲裁的含义：是利用安装在压力机上的模具使材料按一定的轮廓形状产生分离的一种冲压工序。
（最基本、最重要的冲压加工工序。
）冲裁的分类：普通冲裁和精密冲裁。
一般所说的冲裁是指普通冲裁，包括冲孔、落料、切口、切边、剖切等多种分离工序。
型孔：除了圆形以外的所有形状的通孔。
沉孔：各种不通的，且底面为平面的圆孔或型孔称为沉孔。
精密冲裁：主要是应用于精密级进模具。
二、冲裁模的分类按工序性质分类：落料模具：沿封闭轮廓将冲件与板料分离，冲下来的是零件。
冲孔模具：沿封闭轮廓将废料与板料分离，冲下来的是废料。
第一节冲裁变形过程及质量分析一、冲裁变形过程分析二、冲裁断面质量分析冲裁件的三个质量指标是断面质量、尺寸精度和形状误差。
对三者的要求：断面状况尽可能垂直、光滑、毛刺小（肯定需要断面光滑，不仅外观好，而且能够保证断面方向的精确尺寸。
）；尺寸精度应该保证在图样规定的公差范围之内（其实我心里面再想你们会不会想我说这个要求是再讲废话，因为如果超差就是废品。
）；零件外形应该满足图纸要求：表面尽可能平直，即拱弯小。
（首先，圆形的东西不能做成方形。
其次，有些零件有形状方面的特殊要求。
比如我在公司做的这个零件，这张UT的零件图上明确的指出了对这个零件平面度的要求±0.1mm。
1．冲裁断面质量及其影响因素由冲裁变形的特点，冲裁件的断面明显地分为了四个特征区，即圆角带（塌角带）、光亮带、断裂带、毛刺区。
圆角带 -该区域的形成主要是当凸模刃口刚压入板料时，刃口附近的材料产生弯曲和伸长变形，材料被带进模具间隙的结果。
光亮带 -该区域发生在塑性变形阶段，当刃口切入金属板料后，板料与模具侧面挤压而形成的光亮垂直的断面。
通常占全断面的 1／２～１／３。
断裂带 -该区域是在断裂阶段形成。
是由刃口处产生的微裂纹在拉应力的作用下，不断扩展而形成的撕裂面其断面粗糙，具有金属本色，且带有斜度。
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，刃尖部分是高静水压应力状态，使微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，在拉应力的作用下，裂纹加长，材料断裂而产生毛刺。
冲裁工艺与冲裁模冲裁工艺及冲裁件的工艺性
一、冲裁工艺及冲裁件的工艺性
1、概述
1）冲裁——利用装在压力机上的模具，将板料分离的冲压工 艺。 2）包括内容——冲孔、落料、修边、切口、切断等。 落料——从板料上冲下所需形状的零件或毛坯（要冲掉部分） 冲孔——从工件上冲出所需形状的孔（冲掉的部分是废料） 3）用途——可加工平板类零件；为弯曲、拉深、成形等工序 准备毛坯；在成形件上完成刨切、冲孔等。 4）模具
四、排样设计
排样：冲裁件在被冲材料上的布置方法。
在冲压生产中，零件的材料费用占制造成本 的60％以上，所以合理的排样不仅能提高冲 裁件的质量、提高模具寿命，而且时节约使 用材料降低成本的有效措施 。
冲裁工艺与冲裁模冲裁工艺及冲裁 件的工艺性
搭边：排样时零件与零件之间、零件与条料侧 边留下的工艺废料。
)配合加工法中凸、凹模刃口尺寸计算
对于形状复杂冲裁件，为保证凸、凹模 之间的合理间隙值，必须采用配 合加工方式。即首先加工凸、凹模中的一件作为基准件，然后以选定的间 隙配合加工另一件。
冲裁工艺与冲裁模冲裁工艺及冲裁 件的工艺性
冲裁工艺与冲裁模冲裁工艺及冲裁 件的工艺性
配合加工的计算公式
冲裁工艺与冲裁模冲裁工艺及冲裁 件的工艺性
冲裁工艺与冲裁模冲裁工艺及冲裁 件的工艺性
落料与冲孔：
冲裁工艺与冲裁模冲裁工艺及冲裁 件的工艺性
冲裁工艺与冲裁模冲裁工艺及冲裁 件的工艺性
模具图
冲裁工艺与冲裁模冲裁工艺及冲裁 件的工艺性
2、冲裁件的工艺性
冲裁件的工艺性： 指冲裁件在工艺上的适应性，即加工难易程度。良好的工艺性能使材
料消耗少、工序数量少、模具结构简单且使用寿命长、产品质量稳定。
冲裁时，搭边过大，会造成材料浪费，搭边太 小，则起不到搭边应有的作用，过小的搭边, 导致板料被拉进凸、凹模间隙，加剧模具的磨 损，甚至会损坏模具刃口。
冲裁工艺
第二章 冲裁工艺与冲裁模设计
第四节 凸模与凹模刃口尺寸的确定
二、凸、凹模刃口尺寸的计算方法（续）
2．凸模与凹模配作法 配作法就是先按设计尺寸制出一个基准件（凸模或凹模）， 然后根据基准件的实际尺寸再按最小合理间隙配制另一件。 特点： 模具的间隙由配制保证，工艺比较简单，不必校核
T A ≤ Z max Z min的条件，并且还可放大基准件的制造公差，
（2）材料的性质（回弹小则精度高）
（3）冲裁间隙 （主要影响回弹值及方向） （4）冲裁件的形状（形状越简单精度越高）
第二节 冲裁件的质量分析
二、冲裁件断面质量及其影响因素
1. 断面特征：冲裁件断面一般可以分成4个区。
圆角带a： 刃口附近的材料产生弯曲和伸长变形。 光亮带b：塑性剪切变形。质量最好的区域。 断裂带c：裂纹形成及扩展。 毛刺区d： 间隙存在，裂纹产生不在刃尖，毛刺不可避免。
第一节 冲裁过程分析
二、冲裁时板料的变形过程
间隙正常、刃口锋利情况下，冲裁变形过程可分为三个阶段
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
第三章 冲裁工艺
概述
冲裁：利用模具使板料沿着一定的轮廓形状产生分离的一种
冲压工序。
基本工序：落料和冲孔。
落料-----若使材料沿封闭曲线相互分离，封闭曲线以内的部分作为冲裁
件时，称为落料； 冲孔-----若使材料沿封闭曲线相互分离，封闭曲线以外的部分作为冲裁 件时，则称为冲孔。
第三章 冲裁工艺
冲裁工艺分析
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材料一定深度时，刃口正面 材料被压缩，使裂纹起点不会在刃尖处发生，而是在 模具侧面距刃尖不远的侧面
上，在拉应力作用下，裂纹
加长，材料断裂而产生毛刺。
μ是摩擦系数， μF1、μF2——凸、凹模侧面与板材间 的摩擦力
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。
冲裁中，板材的变形是在以凸模与凹模刃口连线为中 心而形成的纺锤形区域内最大，即从模具刃口向板料 中心，变形区逐步扩大。
刺按磨损后的刃口形状，成为根部很厚的大毛 刺。
3 提高断面质量的措施
通过增加光亮带的高度或采用整修工序 来实现。
增加光亮带高度的关键是延长塑性变形阶段，推迟裂 纹的产生，要求材料的塑性好，对硬质材料要尽量进 行退火；
要选择合理的模具间隙值，并使间隙均匀分布，保持 模具刃口锋利。
当间隙过大时
材料的弯曲和拉伸增大，接近于胀形破裂状态，容易 产生裂纹，使光亮带所占比例减小。
材料在凸、凹模刃口处产生的裂纹会错开一段距离而 产生二次拉裂，断面的垂直度差，毛刺大而厚，难以 去除，使冲裁件断面质量下降。
3) 模具刃口状态的影响
刃口越锋利，拉力越集中，毛刺越小。 当刃口磨损后，压缩力增大，毛刺也增大。毛
便产生微裂纹。
3 断裂分离阶段
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，板料被拉断分离。断面上形 成一个粗糙的区域。当凸模再下行，冲落部分 将克服摩擦阻力从板材中推出，全部挤入凹模
冲裁工艺设计基础
二. 冲裁模刃口尺寸计算
➢配合加工法 先作基准件，然后以基准件实际尺寸来配作非基
准件，保证Zmin的方法。
①落料：冲裁件尺寸公差为 ，则：
基准件为凹模，计算公式为：
非基准件凸模按凹模的实际尺寸配制，保证最 小冲裁间隙Zmin。
冲裁工艺设计基础
二. 冲裁模刃口尺寸计算
②冲孔时：冲裁件尺寸公差为 ，则：
有侧压装置时的条料宽度：
无侧压装置时的条料宽度：
式中：δ—条料下料宽度公差 （表2-12选取）；
c—条料与导料板间隙 a—搭边值
冲裁工艺设计基础
二. 排样设计
冲裁工艺设计基础
二. 排样设计
4 材料利用率
一个步距内冲件的材料利用率： 不准确
考虑料头、料尾消耗，计算板料总利用率η： 准确
冲裁工艺设计基础
变形而形成的，是塑性变形时定形。
光亮带
断面光亮、垂直，通常占全断面的1/2～1/3； 所占比例↑，冲件质量↑； 模具间隙↓，光亮带↑，但模具寿命↓。
断裂带
断面粗糙、有斜度（4°～6°）； 所占比例↑，冲件质量↓； 模具间隙↑，断裂带↑，模具寿命↑。
毛刺区
毛刺↑，冲件质量↓； 刃口钝、间隙不均匀、间隙大，毛刺↑
冲裁工艺设计基础
三.冲裁件的断面特征
一块板料冲后形成的冲孔、落料件断面特征关系？
冲裁工艺设计基础
四.冲裁件的工艺性
冲裁件的结构、形状、尺寸和精度等，对冲裁工艺的适 应性称为冲裁件的工艺性。
冲裁件的结构工艺性
形状力求简单、规则，利于选取少废料、无废料排样。
冲裁工艺设计基础
四.冲裁件的工艺性
内、外形转角处避免尖角
Z=D凹-d凸
第2章-冲裁工艺
B类尺寸，随凹模磨损，尺寸↓：
C类尺寸，随凹模磨损，尺寸不变：
34
2.3 冲裁模刃口尺寸计算
3）冲孔
第 2 章
冲
冲孔件
裁
工
艺
A类尺寸，随凸模磨损，尺寸↑：
B类尺寸，随凸模磨损，尺寸↓： C类尺寸，随凸模磨损，尺寸不变：
冲孔凸模刃口轮廓
35
2.3 冲裁模刃口尺寸计算
4）总之
第
2
第
2
非圆形工件x值
圆形工件x值
材料
章
厚度
1
0.75
0.5
0.75
0.5
t/mm
工 件 公 差 Δ/mm
冲
裁
1 <0.16 0.17~0.35 ≥0.36 <0.16 ≥0.16
工
1~2 <0.20 0.21~0.41 ≥0.42 <0.20 ≥0.20
艺
2~4 <0.24 0.25~0.49 ≥0.50 <0.24 ≥0.24
1、冲裁时的力态分析
第 普通冲裁示意图
2
模具工作部分有两个基
章
本特征：
冲
凸、凹模有锋利刃口
裁
凸、凹模有间隙
工
C - 单面间隙
艺
Z - 双面间隙
冲裁板料受力图
6
2.1 冲裁工艺分析
第
2
变形区位置
章
冲
裁
工
艺
变形区的应力状态
7
2.1 冲裁工艺分析
2、冲裁变形过程
第
2
1）弹性变形阶段
第2章 冲裁工艺
第
2.1 冲裁工艺分析
冲裁工艺
二.冲裁----------冲裁概述1.冲裁的定义:冲裁是利用冲裁模在压力机的作用下,使板料分离的一种冲压工艺方法.从广义上说,冲裁是冲孔、落料、切断、切口、割切等多种分离工序的总称.但一般讲来,冲裁主要指落料和冲孔工序.冲裁是冷冲压加工方法中的基础工序,应用极其广泛,它即可以直接冲制出所需的成品零件,也可以为其它冷冲压工序制备毛丕板料经过冲裁后,被分离成两部分,即冲落部分和带孔部分,若冲裁之目的是为了制取一定外形的外形轮廊和尺寸的冲落部分;则这种冲裁工序称为落料工序,剩余的带孔部分就成为废料.反之,若冲裁的目的是为了制取一定形状和尺寸的内孔.此时,冲落部分变成废料带孔部分即为工件,这种冲裁工序称之为冲孔工序.表2-1 落料与冲孔从冲裁变形本Array质上讲,落料和冲孔是一回事.但是在工艺上必须作为两个工序加以区分.因为在冲模设计中,当具体确定凸凹模刀上尺寸时两者是不一样的.2.冲裁的分类按照切断面的粗糙程度,或冲件的精度,冲裁分为普通冲裁和精密冲裁.普通冲裁就是当工件分离时,由于受到冲模压力作用.在凸凹刃口之间的材料除了受剪切变形外,还存在着拉伸,弯曲横向挤压等变形,材料最终以撕裂的形式实现分离.因此,普通冲裁工件的断面比较粗糙,而且有一定的锥度,其精度较低,精密冲裁由于采用了特殊的冲模结构使凸、凹模刃口处的材料最终以塑性剪切变形形式分离.精密冲裁的零件,断面光洁且与板面垂直,精度较高.目前,一些精度要求高的冲裁零件,如仪器仪表,照像机,钟表,等零件多数是用精密冲裁的方法加工的.冲裁若按分离部分与母材部分的使用要求又可分如冲孔,落料,切断,切口,半剪等.3.变形特点根据金属塑性变形原理分析可知.塑性金属材料在变变形过程中引起金属材料破坏的主要方式是拉断和剪断,这就是说拉应力及拉应变.剪应力及剪应力变是造成金属材料断裂破坏的主要因素.而压应力和压应变只能引起塑性材料的形变,不会导致材料的破坏.冲裁分离过程虽然是一瞬间完成的,但变形分离是很复杂的,冲裁时板料的变形分离分三个阶段:a.弹性变形阶段.板料在凸模压力的作用下,刃口处的材料首先产生弹性压缩,拉伸等变形,凸模略有挤入材料的内部,板料的下面也略微挤入凹模洞口内,凸模下面的材料略有弯曲. 凹模上面的材料开始上翘,如果凸凹模之间的刃口间隙越大,变曲和上翘越严重,但这时,材料内部应力尚未超过极限.当去掉外力后,材料仍可恢复原状.这一阶段称为弹性变形阶段(如图a)b.塑性变形阶段随着凸模的下降,对板料的压力不断增加,材料内部的应力也随之加大.当内应力达到材料的屈服极限时,便开始进入塑性变形阶段,随着凸凹模刃口进一步挤入材料内部.由于凸凹模刃口之间的间隙存在,使材料内部的拉应力和弯曲成分增大,压应力成分减小,金属材料被进一步弯曲和拉伸,使变形区的材料硬化加剧.当冲裁力不断增大直到刃口附近的材料开始产生微裂纹时,冲裁力也达到最大值.微裂纹的出现说明有材料开台破坏,塑性变形阶段也告结束.(如图b)c.分离阶段.凸模继续下降,使板料产生上下裂纹不断扩大.并向材料内部延伸,如图c.当板料上下裂纹相重合时,说明材料纤维被全部撕裂拉断,零件断面开始分离.当凸模再往下降时,将板料的冲落部分推出凹模洞口,同时将初始形成的毛刺进一步拉长.至此,凸模回开完成整个冲裁过程.4,普通冲裁零件的断面特征对普通冲裁间的断面分析,我们可发现这样的规律.零件的断面和零件的平面并非垂直,而是带有一定的锥度;除很窄一部分光亮带外,其余均粗糙无光泽.并有毛刺和塌角.我们把冲裁件断面上的各区域分别称为塌角带(又称圆角带);光亮带(又称剪切带),断裂带和毛刺.(图12-2)高质量的冲裁件断面应该是:光亮带较宽.约占整个断面的1/3以上,塌角,断裂带.毛刺和锥度都很小,整个冲裁间平直无变弯现象.但是影响冲裁冲断面质量的因素十分复杂.它随材料的性能.厚度,刃口间隙.模具结构及冲裁速度的不同而变化.。
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三、相关知识
2、间隙对模具寿命影响
冲裁时，在凸模与被冲孔之间以及凹模与落料件之间均有 摩擦力。间隙越小，侧压力和摩擦力随之增大。 此外，模具因受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，而间隙分布也不可能十分均匀。
三、相关知识
3、间隙对尺寸精度的影响： 落料或冲孔后，因发生弹性恢复，会影响尺寸精度。
三、相关知识
1、冲裁变形过程： 第一阶段：弹性变形 第二阶段：塑性变形 第三阶段：断裂分离
三、相关知识
冲裁断面特征： 1、圆角带 2、光亮带 3、断裂带 4、毛刺
三、相关知识
圆角带a：由冲裁过程中 刃口附近的材料被牵连拉 入 变形(弯曲和拉伸)的结 果。
光亮带b：紧挨塌角并与板面 垂直的光亮部分，在塑性变 形过程中，受到应力的作用 而形成的。
三、相关知识
四：课堂练习
1）已知材料Q235，厚度2.0， 试查表确定凸模、凹模合理间隙值 2）已知材料为65Mn，厚度1.2， 试查表确定凸模、凹模合理间隙值
三、相关知识
断裂带c：表面粗糙且带有锥度的部分，是由于刃口处 的微裂纹在拉应力口作用下不断扩展断裂而形成的。
毛刺d：在刃口附近的侧面上材料出现微裂纹时形成的， 当凸模继续下行时，使已 形成的毛刺拉长并残留在冲裁件上。
三、相关知识
2、冲裁间隙（双面） 是指冲裁凸模与凹 模工作部分（刃口）尺 寸之差。 双面间隙取值范围一般 在材料厚度的10%到 20%
1)间隙小到一定界限，由于压缩变形弹性恢复，落料 件尺寸会大于凹模尺寸，而使冲出的孔小于凸模。 2)间隙大到一定的界限，由于拉伸变形弹性恢复， 落料件尺寸会小于凹模，而使冲出的孔大于凸模。 间隙对于落料和冲孔精度的影响是不同的， 而且与材料的轧制的纤维有关。
三、相关知识
冲裁模具间隙值如何确定？ 例题：材料08钢，厚度1.0，进行冲裁， 试确定冲裁凸模与凹模之间的冲裁间隙。 方法（查表法）： 查冲裁模初始双面间隙表（根据材料和材料 厚度查表） Zmin=0.1 Zmax=0.14
三、相关知识
1、冲裁间隙对于冲裁件断面质量的影响： 1、冲裁件的质量：断面垂直、小无毛刺；尺寸 符合要求；表面平直； 2、间隙偏小：毛刺较高，但是易于去除； 3、间隙过大：断面斜度大，毛刺大，表面不平 整； 间隙合适：零件比较平直， 圆角、毛刺、斜度均不大， 有较好的综合断面质量
三、相关知识
三、相关知识
评估
准备一个小测验、知识测试或实际操作，看看 参与者是否掌握了必要的信息 调查参与
任务1 冲裁工艺设计
主要内容
1、冲裁变形过程 2、冲裁断面特征 3、冲裁间隙 4、冲裁间隙确定
知识回顾与提问
1、冲压件常用材料？
知识回顾与提问
2、冲压基本工序？
知识回顾与提问
3、冲压模具各零件作用分类？
知识回顾与提问
4、冲压模具常用材料与用途？
一、任务引入
一、冲裁工艺设计 包括冲裁件的工艺性和冲裁工艺方案 确定。
一、任务引入
一、任务引入
良好的工艺性和合理的工艺方案， 可以用最少的材料，最少的工序数和工时， 使得模具结构简单且模具寿命长，能稳定地 获得合格冲件。