第3章 冲裁工艺与冲裁模具设计
3.1 冲裁过程与冲裁件质量 3.2 冲裁模间隙
内容简介：冲裁是最根本的冲压工序，本章是本课程的重点。在分析冲裁变形过程与冲裁件质量影响因素的根底上，介绍冲裁工艺计算、工艺方案制定和冲裁模设计。涉与冲裁变形过程分析、冲裁件质量与影响因素、间隙确定、刃口尺寸计算原那么和方法、排样设计、冲裁力与压力中心计算、冲裁工艺性分析与工艺方案制定、冲裁典型结构、零部件设计与模具标准应用、冲裁模设计方法与步骤等。学习目的与要求： 1． 了解冲裁变形规律、变形过程； 2． 了解冲裁件质量与影响因素； 重点：
1． 冲裁变形过程与变形规律； 2． 冲裁件断面质量；
3． 冲裁间隙与合理间隙确实定。 难点：
1． 冲裁变形规律与冲裁件质量影响因素； 2． 冲裁件的质量与影响因素； 3． 合理间隙确实定。
冲裁是冷冲压技术中的一项重要内容，它在冲压生产中所占的比例非常大，有着非常重要的地位。冲裁不仅可以直接在平板毛坯上进展，还可在弯曲、拉伸等半成品上进展，作为这些工序的后续工序。
冲裁：就是指利用模具在压力机上使材料与制件沿一定的轮廓线产生相互别离的工序。广义上来讲，冲裁包括了所有的别离工序。但一般情况下，冲裁主要是指冲孔和落料两大工序。
落料：是指材料沿封闭的轮廓线产生完全的别离，冲裁轮廓线以内的局部为制件，以外的局部为废料； 冲孔：材料沿封闭的轮廓线产生完全的别离，冲裁轮廓线以外的局部为制件，以内的局部为废料。 如冲压内径为d、外径为D的垫圈制件，获得内径d的过程为冲孔，获得外径D的过程为落料。所以一个简单的垫圈制件是由落料与冲孔两个工序结合而成的。
3.1 冲裁过程与冲裁件质量
3.1.1 冲裁变形过程
图3-1 冲裁过程示意
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1—模柄 2—凸模 3—条料 4—凹模 5—下模座
冲裁过程如图3-1所示。当条料送入凸模与凹模之间后，凸模下压，在凸模和凹模共同作用下，使材料产生别离。整个过程可以分为三个阶段：
1.弹性变形阶段：当凸模施加给材料的作用力没有超过材料的屈服极限时，此时，如果凸模回程，板料即恢复平直的原始状态，此阶段为弹性变形阶段。图3-2Ⅰ
2.塑性变形阶段：凸模继续下行，施加于材料的作用力超过了材料的屈服极限，这时，凸模挤入材料一圈，同时，材料也挤入凹模，由于材料对抗凸模与凹模的挤入，产生弯矩M，在弯矩M的作用下材料产生弯曲，材料各局部应力状态如图3-2Ⅱ。
图3-2 冲裁变形过程
3.断裂别离阶段：随着施加于材料力的不断增大，凹模刃口附近材料所受应力首先到达最大值，因而出现裂纹，但这时凸模刃边处的材料还处于塑性状态，因此，凸模继续挤入材料。如图3-2Ⅲ当此处材料所受力也到达材料的抗剪强度时，也会产生裂纹。如果间隙适当时，上下裂纹扩展并重合，直到材料别离，从而获得制件。如图3-2Ⅳ。最后，凸模继续下行，将制件推下。如图3-2Ⅴ
从上述过程可以看出，任何一种材料的冲裁，都要经过弹性变形、塑性变形、断裂别离三个阶段，只是由于冲裁条件的不同，三种变形所占的时间比例各不一样。
3.1.2 冲裁件断面分析
冲裁过程的材料变形是很复杂的，由图3-2可以看出，冲裁除剪切变形外，还有拉伸、弯曲、横向挤压等变形。由于它的复杂应力与应变，而造成了冲裁件断面的变化。一般来说，冲裁断面可划分为四个区域：塌角、光面、毛面、毛刺。下面以普通冲裁时的落料件为例说明各区的分布情况。如图3-3所示
1.塌角：由于模具间隙的存在，冲压时，材料进入凹模时产生弯曲力矩，从而在制件上产生弯曲圆角区。
2.光面：由于冲裁时存在塑性变形，凸模挤压切入材料，在制件断面形成外表光洁平整的光面。光面是制件质量最好的局部，是制件测量的基准。
图3-3 冲裁区应力、变形情况与冲裁断面状况
a—塌角 b—光面 c—毛面 d—毛刺σ—正应力τ—剪切应力
3.毛面：由于裂纹扩展而使材料撕裂产生别离，从而形成外表粗糙并带有一定锥度的断裂区。
4.毛刺：在凸模与凹模刃口处首先产生的微裂纹随着凸模的下降而形成毛刺，凸模继续下降，毛刺拉长，最后残留在制件上。一般毛刺的高度应控制在料厚的10%以下为适宜，精度要求高的制件应控制在5%以下。落料时各区域的位置与冲孔正好相反。
冲裁断面的四个区域在断面上所占的比例不是一成不变的，随着材料性质、厚度、模具结构与使用情况的不同而变化。
3.2 冲裁模间隙
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3.2.1间隙的概念
如图3-4所示，凸模与凹模工作局部的尺寸之差称为间隙。冲裁模间隙都是指的双面间隙。间隙值用字母Z表示。
Z=DA－DT 〔3-1〕
式中 Z—冲裁间隙，单位为mm；
DA－凹模尺寸，单位为mm； DT—凸模尺寸，单位为mm；
图3-4 冲裁模间隙
3.2.2 冲裁间隙的重要性
1. 冲裁间隙对冲裁件质量的影响
冲裁件质量包括断面质量、尺寸精度、外表平直度等。影响质量的因素有很多，如材料的性能、模具制造的精度、冲裁间隙、冲裁条件等。本局部主要讨论冲裁间隙对冲裁件质量的影响。
图3-5 间隙大小对工件断面质量的影响
〔1〕间隙对断面质量的影响 由冲裁变形过程的分析可知，冲裁时上下裂纹不一定从两刃口同时发
生。冲裁间隙值的大小对冲裁时上下裂纹的重合与否有直接的影响。
模具间隙合理时，凸模与凹模处的裂纹〔上下裂纹〕在冲压过程中相遇并重合，此时断面如图3-5〔b〕所示，其塌角较小，光面所占比例较宽，对于软钢板与黄铜约占板厚的三分之一左右，毛刺较小，容易去除。断面质量较好；
间隙过大时，凸模刃口处的裂纹较合理间隙时向内错开一段距离，如图3-5〔c〕所示，上下裂纹未重合局部的材料将受很大的拉伸作用而产生撕裂，使塌角增大，毛面增宽，光面减少，毛刺肥而长，难以去除，断面质量较差；
间隙过小时，凸模与凹模刃口处的裂纹较合理间隙时向外错开一段距离，如图3-5〔a〕所示，上下裂纹中间的一局部材料，随着冲裁的进展将进展二次剪切，从而使断面上产生二个光面，并且，由于间隙的减小而使材料受挤压的成分增大，毛面与塌角都减少，毛刺变少，断面质量最好。因此，对于普通冲裁来说，确定正确的冲裁间隙是控制断面质量的一个关键。
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