冲裁工艺的解析

刘宝振　王宝林　吕兴宇

摘 要：本文主要对冲裁工艺做了简要的概述，及在冲裁过程中板料的受力及整个变形的过程分析，以及冲裁间隙对冲裁质量的诸多影响因素，并对诸多影响因素做出了进一步的分析介绍。

关键词：冲裁变形；冲裁种类；冲裁间隙

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.04.005

0 引言

冲裁是利用冲压模具使部分板料或工序制件与另一部分板料、工序件或废料沿着一定的轮廓形状产生分离的一种冲压工序。冲裁是落料、冲孔、冲缺、冲槽、切断、整修、切舌、剖切等诸多分离工序的总称，其中落料和冲孔是冲裁中最常见的两种工序。冲裁是冷冲压生产中最基本的工序之一，同时也是在冲压生产过程中所占比例最大的一种生产工艺。它既可以直接生产出成品零件，如垫片等一些平面形状的制件，也可以作为弯曲、拉深等复杂工艺的辅助工序予以实施。根据冲裁工艺所应用的范围不同，冲裁工艺通常可以划分为普通冲裁和精密冲裁两大范围。

1 冲裁变形过程中板料变形区受力状态的分析

在冲裁过程中，是从板料的受力，逐渐发生弹性变形量开始，最终以整体断裂而收尾。整个的变形过程可以大致分为以下三个阶段：

（1）弹性变形阶段：板料或冲压工序件在凸模所施加的压力作用下，所产生的弹性压缩、拉伸和弯曲等形态，凹模上的板料或冲压工序件则会向上发生翘曲现象，空间越大，弯曲和上翘则会越发的严重。随后，凸模的刃口将挤入板料内部，板料随之则将挤入凹模内，但在此过程中材料的内应力尚未超过材料的弹性极限。若此时凸模所施加的作用力消失，板料或冲压工序件将恢复原有状态。

（2）塑性变形阶段：当凸模所施加在板料或冲压工序件上的作用力突破了板料的弹性变形的极限，此时当作用力消失后，则板料或冲压工序件将无法恢复原有状态，在作用力的继续作用下，板料或冲压工序件的内应力达到了一定屈服强度时，板料或冲压工序件则开始进入了塑性变形阶段。模具的凸凹模相互作用在板料或冲压工序件上，使接触部位形成光亮的塑性剪切面。随着作用力的不断增大，板料或冲压工序件的塑性变形量将随之增大，同时冲裁变形的抗力也将不断的增大，直到凸凹模刃口作用部位的板料由于拉应力的作用出现了微裂纹时，此变形阶段则宣告结束，此时冲裁变形抗力达到最大值。

（3）断裂分离阶段：材料内裂纹逐渐的产生，此时凸凹模继续增大施加在板料或者工序件上面的作用力，迫使刃口附件产生的裂纹逐渐向板料或冲压工序件内部不断扩张，直至凸模与凹模所产生的裂纹予以重合，最终达成整个断裂分离过程。

制件断面明显地可分为三个以下特征区：

（1）圆角带：刃口压入板料时，刃口附近板料产生变形的结果（软料比硬料的圆角大），影响圆角带（塌角）大小的因素除材质外还有制件轮廓形状和凸、凹模间隙等

（2）光亮带：板料剪切变形时，剪切面的一部分相对另一部分在移动过程中，凸凹模作用的侧向压力将板料压平而形成的光亮垂直的剪切面，约占据了整个剪切面总面积的1/3大小，塑性好的材料，光亮带则越大，它与凸凹模间隙及刃口的磨损程度等有直接关系。

（3）断裂带；凸凹模具刃口附件产生的细小裂纹在作用力的作用下，不断发生扩展现象，而最终形成的撕裂面，端面相对较粗糙，有毛刺出现，且存在斜度，塑性较差的材料，则断裂带越大。

三个特征区在冲裁件断面是必然存在的，三者所占比例随板料机械性能、凸凹模间隙、模具结构不同而变化，要想提高冲裁件断面的光洁程度和尺寸精度，可通过增加光亮带高度的途径来实现，其关键是延长塑性变形阶段，推迟裂纹产生，即增加金属塑性，减少凸凹模刃口附近的变形量及应力集中区域。

2 冲裁间隙

模具凸、凹模刃口工作部分尺寸之差。Z表示双面间隙；C表示单面间隙。制件的断面质量、制件的尺寸精度、模具的使用寿命等诸多因素都对冲裁间隙有很大影响，并且不存在能同时满足全部要求的理想间隙，则称为冲裁间隙。

（1）冲裁间隙所起的作用。1）对冲裁制件质量因素的影响：冲裁间隙大小相对合适，凸凹模相互作用产生的裂纹能够相互重合，断裂面较光洁且略带些斜度；冲裁间隙较小时，凸凹模相互作用产生的裂纹将会隔着一定距离相互平行，最终在平行区域内形成毛刺和层片等缺陷，并且会产生两个光亮带；冲裁间隙较大时，薄料将会被拉入凸凹模的间隙中形成一段拉长了的毛刺，厚料则会形成较大的塌角现象；冲裁间隙若分布不均匀，将会出现较小的一边产生光亮带，较大的一边出现很大的塌角现象。2）制件尺寸精度对冲裁间隙的要求：冲裁间隙过大时，落料过程中，则制件尺寸将小于凹模口尺寸；冲孔过程中，冲孔尺寸则将大于凸模尺寸。冲裁间隙过小时，落料过程中，制件尺寸将大于凹模口的尺寸；冲孔过程中，孔径尺寸将小于凸模尺寸。3）冲裁间隙的大小对冲裁模具使用寿命的影响：

影响模具使用寿命的诸多因素中，冲裁间隙占据了诸多因素中最主要的因素之一。在冲裁的过程当中，凸凹模与落料件之间均存在着摩擦现象，而且是间隙越小，模具所施加的作用力将越大，摩擦现象也将越加的严重。所以说过小的间隙值对模具使用寿命极为的不利，而较大的间隙值会使凸模侧壁与落料件间的相互摩擦减小，并且降低了对装配精度的要求，从而达到提高模具使用寿命的目的。

（2）冲裁间隙值的选定：1）冲裁间隙值的大小将直接关系到制件断面的质量情况、尺寸的精度情况、及冲裁力的大小和模具最终使用寿命的重要参数，其大小的选定主要与材料牌号、供应状态和厚度有直接的关系，但由于各种制件的断面质量和尺寸精度的要求不同、现场生产条件的各异，在实际生产中很难选定统一的间隙值，应根据实际生产情况，而进行分别对待。合理间隙值可由理论计算，但为了实际操作的方便，常采用查表的方法来进行选定。2）综合考虑到模具在使用过程中的磨损等因素的发生，在设计制造新模具的过程中，应尽量采用最小合理间隙Zmin。合理的间隙应在设计制造凸、凹模工作部分尺寸时给予保证，但在模具装配时必须保持间隙沿封闭轮廓线均匀分布，才能取得满意效果。

作者简介：刘宝振（1980-），男，辽宁沈阳人，研究方向：冲压工艺模具。