冲裁中间隙对件质量的影响

1.冲裁变形机理

（1）材料在冲裁过程中的受力分析 不采用压边装置的冲裁过程中材料所受外力如图3-2所示。从图3-2中可以看出，板料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，使模具和板料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。

在冲裁过程中，板料变形在以凸、凹模刃口连线为中心而形成的纺锤形区域内最大，如图3-3a所示，即从模具刃口向板料中心变形区逐步扩大。凸模挤入材料一定深度后，变形区也同样按纺锤形区域来考虑，但变形区被在此以前已经变形并加工硬化了的区域所包围，如图3-3b所示。

由于冲裁时板料弯曲的影响，变形区的应力状态是复杂的，且与变形过程有关。在无卸料板压紧材料冲裁过程中，塑性变形阶段变形区有五个特征点。图3-4所示为冲裁过程变形区应力状态。

图3-2 不采用压边装置的冲裁过程中材料所受外力

1—凹模 2—板料 3—凸模

图3-3 冲裁变形区

图3-4 冲裁过程变形区应力状态

A点（凸模侧面）：σ₁为板料弯曲与凸模侧压力引起的径向压应力，切向应力σ₂为板料弯曲引起的压应力与侧压力引起的拉应力的合成应力，σ₃为凸模下压引起的轴向拉应力；B点（凸模端面）：凸模下压与板料弯曲引起的三向压应力；C点（切割区中部）：σ₁为板料受拉伸而产生的拉应力，σ₃为板料受挤压而产生的压应力；D点（凹模端面）：σ₁、σ₂分别为板料弯曲引起的径向拉应力和切向拉应力，σ₃为凹模挤压板料而产生的轴向压应力；E点（凹模侧面）：σ₁、σ₂为由板料弯曲引起的拉应力与凹模侧压力引起的压应力而形成的合成应力，其正负（拉、压）与间隙大小有关，σ₃为凸模下压引起的轴向拉应力。

（2）冲裁断面质量 由于冲裁变形的特点，使冲出的工件断面与板料上下平面并不完全垂直，粗糙而不光滑。冲裁断面可明显地分成圆角带、光亮带、断裂带和飞边四个特征区，如图3-5所示。

图3-5 冲裁断面

1—飞边 2—断裂带 3—光亮带 4—圆角带

圆角带的形成主要是当凸模下降，刃口刚压入板料时，刃口附近产生弯曲和伸长变形，刃口附近的材料被带进模具间隙的结果。光亮带发生在塑性变形阶段。由于板料产生剪切变形时，材料在和模具侧面接触时被模具侧面挤光而形成光亮垂直的断面，占整个断面的1/3～1/2。断裂带在断裂阶段形成。刃口处的微裂纹在拉应力的作用下不断扩展而形成撕裂面，其断面粗糙，具有金属本色，且带有斜度。在塑性变形阶段后期，凸、凹模刃口切入板料一定深度时，刃口正面材料被压缩，刃尖部分为高的静水压应力状态，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地方发生。在拉应力作用下，裂纹加长，材料断裂而产生飞边。裂纹的产生点和刃尖的距离称为飞边的高度。需要注意的是，在普通冲裁中飞边是不可避免的。

冲裁件的四个特征区在断面上所占的比例大小并非一成不变，而是随着材料的力学性能、模具间隙、刃口状态、模具结构、冲裁件轮廓形状、刃口的摩擦润滑条件、是否热冲及热冲温度等的不同而变化，其主要影响因素包括材料的力学性能、模具的间隙及其刃口状态。

材料塑性好，冲裁时裂纹出现得较迟，材料被剪切的深度较大，所得断面光亮带所占比例就大，圆角也大。材料塑性差，冲裁时容易拉裂，裂纹出现得较早，所得断面光亮带所占比例较小，圆角也小，大部分是粗糙的断裂面。

图3-6 间隙对冲裁件断面质量的影响

a）间隙合适 b）间隙过小 c）间隙过大

1—断裂带 2—光亮带 3—圆角带

冲裁时，断裂面上下裂纹是否重合与凸、凹模间隙大小有关。当凸、凹模间隙合适时，凸、凹模刃口附近沿最大切应力方向产生的裂纹在冲裁过程中会合成一条线，此时尽管断面与材料表面不垂直，但还是比较平直、光滑，飞边较小，工件的断面质量较好（见图3-6a）。当间隙过小时，最初从凹模刃口附近产生的裂纹，指向凸模下面的高压应力区，裂纹成长受到抑制而成为滞留裂纹。凸模刃口附近产生的裂纹进入凹模上面的高压应力区，也停止成长。当凸模继续下压时，在上、下裂纹中间将产生二次剪切，这样在光亮带中部夹有残留的断裂带，部分材料被挤出材料表面形成高而薄的飞边（见图3-6b）。这种飞边比较容易去除，只要工件中间撕裂得不是很深，仍可应用。当间隙过大时，材料的弯曲和拉伸增大，接近胀形破裂状态，容易产生裂纹，使光亮带所占比例减小，且在光亮带形成以前，材料已发生较大的塌角。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。第二次拉裂产生的断裂层斜度增大，断面的垂直度差，飞边大而厚，难以去除，使冲裁件断面质量下降（见图3-6c）。

模具刃口状态对冲裁过程中应力状态和冲裁件断面有较大的影响。刃口越锋利，拉力越集中，飞边越小。当刃口磨损后，压力增大，飞边也增大。飞边按照磨损后的刃口形状，成为根部很厚的大飞边。

提高冲裁件的断面质量，可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，这就要求材料的塑性要好，对硬质材料要尽量进行退火，求得材质均一化；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；要求光滑断面的部位要与板料轧制方向成直角。

（3）冲裁间隙 冲裁间隙是指冲裁模凸、凹模刃口之间的间隙，分单边间隙和双边间隙两种，单边间隙用C表示，双边间隙用Z表示。间隙大小对冲裁件质量、模具寿命、冲裁力的影响很大，是冲裁工艺与模具设计中的一个极其重要的工艺参数。

1）间隙对冲裁件质量的影响。冲裁件的质量主要是指断面质量、尺寸精度和形状误差。断面应平直、光滑；圆角小；无裂纹、撕裂、夹层和飞边等缺陷；零件表面应尽可能平整；尺寸应满足公差要求。影响冲裁件质量的因素包括凸、凹模间隙大小及其分布的均匀性，模具刃口锋利状态，模具结构与制造精度，材料性能等，其中间隙值大小与分布的均匀程度是主要因素。

冲裁件的尺寸精度是指冲裁件实际尺寸与标称尺寸的差值，差值越小，精度越高。冲裁件的尺寸精度包括两方面的偏差，一是冲裁件相对凸模或凹模尺寸的偏差，二是模具本身的制造偏差。冲裁件相对凸模或凹模尺寸的偏差，主要是由于冲裁过程中，材料受拉伸、挤压、弯曲等作用引起的变形，在加工结束后工件脱离模具时，会产生弹性恢复而造成的。偏差值可能是正的，也可能是负的。影响这一偏差值的因素主要是凸、凹模的间隙。

当间隙较大时，材料受拉伸作用增大，冲裁完毕后，因材料弹性恢复，冲裁件尺寸向实体方向收缩，使落料件尺寸小于凹模尺寸，而冲孔件的孔径则大于凸模尺寸。当间隙较小时，凸模压入板料接近于挤压状态，材料受凸、凹模挤压力大，压缩变形大，冲裁完毕后，材料的弹性恢复使落料件尺寸增大，而冲孔件孔径则变小。

尺寸变化量还与材料力学性能、厚度、轧制方向、冲裁件形状等因素有关。材料软，弹性变形量较小，冲裁后弹性恢复量就小，零件的精度也就高；材料硬，弹性恢复量就大。

上述讨论是在模具制造精度一定的前提下进行的，间隙对冲裁件精度的影响比模具本身制造精度的影响要小得多，若模具刃口制造精度低，冲裁出的工件精度也就无法得到保证。模具磨损及模具刃口在压力作用下产生的弹性变形也会影响到间隙及冲裁件应力状态的改变，对冲裁件的质量会产生综合性影响。

2）间隙对模具寿命的影响。冲裁模具的寿命以冲出合格制品的冲裁次数来衡量，分两次刃磨间的寿命与全部磨损后总的寿命。冲裁过程中，模具的损坏有磨损、崩刃、折断、啃坏等形式。

影响模具寿命的因素包括模具间隙；模具材料和制造精度、表面粗糙度；被加工材料特性；冲裁件轮廓形状和润滑条件等。其中，模具间隙是最为重要的一个。

在冲裁过程中，模具端面受到很大的垂直压力与侧压力，而模具表面与材料的接触面仅局限在刃口附近的狭小区域，这就意味着即使整个模具在许用压应力下工作，模具刃口处所受压力也非常大。这种高压力会使冲裁模具和板材的接触面之间产生局部附着现象，当接触面发生相对滑动时，附着部分便发生剪切而引起磨损—附着磨损，其磨损量与接触压力、相对滑动距离成正比，与材料屈服强度成反比。附着磨损被认为是模具磨损的主要形式。模具间隙减小时，接触压力会随之增大，摩擦距离随之增长，摩擦发热严重，磨损加剧，甚至会使模具与板料间产生粘结现象，冲裁间隙与磨损的关系如图3-7所示。而接触压力的增大还会引起刃口的压缩疲劳破坏，使之崩刃。小间隙还会产生凹模胀裂，小凸模折断，凸、凹模相互啃刃等。适当增大模具间隙，可使凸、凹模侧面与材料间摩擦减小，并减缓间隙不均匀的不利因素，从而提高模具寿命。但间隙过大时，板料弯曲拉伸相应增大，使模具刃口端面上正压力增大，容易产生崩刃或产生塑性变形使磨损加剧，降低模具寿命；同时，间隙过大，卸料力会随之增大，也会增加模具的磨损，所以间隙是影响模具寿命的一个重要因素。

图3-7 冲裁间隙与磨损的关系

从图3-7可以看出，凹模端面的磨损比凸模大，这是由于凹模端面上材料的滑动比较自由，而凸模下面的材料沿板面方向的移动受到限制。凸模侧面的磨损最大，这是因为从凸模上卸料，长距离摩擦加剧了侧面的磨损。若采用较大间隙，可使孔径在冲裁后因回弹增大，卸料时减少与凸模的摩擦，从而减少凸模侧面的磨损。模具刃口磨损，带来刃口的钝化和间隙的增加，使工件尺寸精度降低，冲裁能量增大，断面粗糙。刃口的钝化会使裂纹发生点由刃口端面向侧面移动，发生在刃口磨损部分终点处，从而产生大小和磨损量相当的飞边（凸模刃口磨钝，飞边产生在落料件上，凹模刃口磨钝，飞边产生在孔上），所以必须注意尽量减少模具的磨损。为提高模具寿命，一般需采用较大间隙，若工件精度要求不高时，采用合理大间隙，使2C/t达到15%～25%，模具寿命可提高3～5倍，若采用小间隙，就必须提高模具硬度与模具制造精度，在冲裁刃口进行充分的润滑，以减少磨损。

3）间隙对冲裁力及卸料力的影响。当间隙减小时，凸模压入板材接近于挤压状态，材料所受拉应力减小，压应力增大，板料不易产生裂纹，因此最大冲裁力增大。当间隙增大时，材料所受拉应力增大，材料容易产生裂纹，因此冲裁力减小。继续增大间隙值，凸、凹模刃口产生的裂纹不重合，会发生二次断裂，冲裁力下降变缓。当间隙增大时，冲裁件光亮带窄，落料件尺寸偏差为负，冲孔件尺寸偏差为正，因而使卸料力、推件力或顶件力减小。间隙继续增大时，工件飞边增大，卸料力、顶件力迅速增大。

间隙是冲裁过程最重要的工艺参数，对冲裁件质量、模具寿命、冲裁力和卸料力等都有很大的影响。因此设计模具时，一定要选择合理的间隙，使冲裁件的断面质量好、尺寸精度高、模具寿命长、冲裁力小。但严格说来，并不存在一个同时满足所有理想要求的合理间隙。考虑到模具制造中的偏差及使用中的磨损，生产中通常是选择一个适当的范围作为合理间隙，只要模具间隙在这个范围内，就可以基本满足以上各项要求，冲出合格工件。这个范围的最小值称为最小合理间隙，最大值称为最大合理间隙。考虑到模具在使用过程中的逐步磨损，设计和制造新模具时应采用最小合理间隙。

间隙选取主要与材料种类、板料厚度有关，但由于各种冲压件对其断面质量和尺寸精度的要求不同，以及冲裁件尺寸与形状、模具材料和加工方法、冲压方法和生产率、生产条件等的差异，各种资料中所给的间隙值并不相同，选用时应按使用要求分别选取。

确定合理间隙的方法主要有理论计算法和查表选取法，目前一般采用查表法，合理间隙的数值可在相关文献中查到。对于尺寸精度、断面质量要求高的工件，应选用较小间隙值，冲裁模初始双面间隙，见表3-4。对于断面质量与尺寸精度要求不高的工件，以提高模具寿命、降低冲裁力为主，可查表3-5，并采用大间隙值。

表3-4 冲裁模初始双面间隙Z（一）（单位：mm）

注：1.初始间隙的最小值相当于间隙的公称数值。

2.初始间隙的最大值是考虑到凸模和凹模的制造公差所增加的数值。

3.在使用过程中，由于模具工作部分的磨损，间隙将有所增加，因而间隙的使用最大数值要超过表列数值。①w_C为碳的质量分数，表示钢中的含碳量。

GB/T 16743—2010《冲裁间隙》根据冲压件剪切面质量、尺寸精度、模具寿命和力能消耗等因素，将冲裁间隙分成Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三种类型：Ⅰ类为小间隙，适用于尺寸精度和断面质量都要求较高的冲裁件，但模具寿命较低；Ⅱ类为中等间隙，适用于尺寸精度和断面质量要求一般的冲裁件，采用该间隙冲裁的工序件的残余应力较小，用于后续成形加工可减少破裂现象；Ⅲ类为大间隙，适用于尺寸精度和断面质量都要求不高的冲裁件，但模具寿命较高，应优先选用。

表3-5 冲裁模初始双面间隙Z（二）（单位：mm）

注：冲裁皮革、石棉和纸板时，间隙取08钢的25%。

2.冲裁关键工艺参数及其确定

（1）凸、凹模刃口尺寸的计算 凸、凹模刃口尺寸精度是影响冲裁件尺寸精度的首要因素，模具的合理间隙值也要靠模具刃口尺寸及其公差来保证。从生产实践中知道，由于凸、凹模之间存在间隙，从而使落下的料或冲出的孔都带有一定的锥度。而且落料件的大端尺寸等于凹模尺寸，冲孔件的小端尺寸等于凸模尺寸；在测量和使用时，落料件以大端尺寸为基准，冲孔件以小端尺寸为基准；冲裁时，凸、凹模要与冲裁零件或废料发生摩擦，凸模越磨越小，而凹模则越磨越大，凸、凹模之间的间隙必定越来越大，因此在决定凸、凹模刃口尺寸及其制造公差时要考虑以下几项原则：

①冲孔模先确定凸模刃口尺寸，其标称尺寸应取接近或等于工件的上极限尺寸，以保证凸模磨损到一定尺寸范围内，也能冲出合格的孔，凹模刃口的标称尺寸应比凸模大一个最小合理间隙。

②落料模先确定凹模刃口尺寸，其标称尺寸应取接近或等于工件的下极限尺寸，以保证凹模磨损到一定尺寸范围内，也能冲出合格工件，凸模刃口的标称尺寸比凹模小一个最小合理间隙。

③选择模具刃口制造公差时，要考虑工件精度与模具精度的关系，既要保证工件的精度要求，又要保证有合理的间隙。一般冲模精度较工件精度高2～3级。若零件没有标注公差，则对于非圆形件，按国家相关标准非配合尺寸的IT14级精度来处理，圆形件一般可按IT10级精度来处理，工件尺寸公差应按“入体”原则标注为单向公差。所谓“入体”原则，是指标注工件尺寸公差时应向材料实体方向单向标注，即落料件正公差为零，只标注负公差；冲孔件负公差为零，只标注正公差。工件精度与模具制造精度的关系见表3-6。

表3-6 工件精度与模具制造精度的关系

根据模具加工工艺和测量方法的不同，凸、凹模刃口尺寸的计算方法与制造公差的标注方式分为两种类型。

1）凸、凹模分开加工。对于圆形或简单形状的工件常常采用凸、凹模分开加工。采用这种方法时，分别标注凸、凹模刃口尺寸与制造公差。为了保证间隙值，必须满足下列条件：

δ_a＋δ_t≤Z_max-Z_min （3-1）

式中 δ_t——凸模制造公差（mm）；

δ_a——凹模制造公差（mm）；

Z_min——最小合理间隙，（mm）；

Z_max——最大合理间隙，（mm）。

或 δ_t＝0.4（Z_max-Z_min），δ_a＝0.6（Z_max-Z_min）

凸、凹模分别加工时的间隙变化范围如图3-8所示，制造的模具间隙若已超过了允许的变动范围，就会影响了模具的使用寿命。

图3-8 凸、凹模分别加工时的间隙变化范围

以下对冲孔和落料两种情况分别进行讨论：

①冲孔。设工件孔的尺寸为d^＋Δ₀，根据以上原则，冲孔时首先确定凸模刃口尺寸，使凸模公称尺寸接近或等于工件孔的上极限尺寸，再增大凹模尺寸，以保证最小合理间隙Z_min。凸模制造偏差取负偏差，凹模取正偏差。凸、凹模分开加工可使凸、凹模自身具有互换性，便于模具成批制造。但需要较高的公差等级才能保证合理间隙，模具制造困难，加工成本高。刃口尺寸计算公式为

式中 d_t——冲孔凸模直径（mm）；

d_a——冲孔凹模直径（mm）；

d——冲孔工件的公称尺寸（mm）；

Δ——工件制造公差（mm）；

x——为了使冲裁件的实际尺寸尽量接近公差带的中间尺寸而给定的系数，与工件制造精度有关，见表3-7。

表3-7 系数x

冲孔、落料时各部分分配位置如图3-9a所示。

图3-9 冲孔、落料时各部分分配位置

a）冲孔 b）落料

②落料。设工件尺寸为D_-Δ⁰，根据上述原则，落料时首先确定凹模尺寸，使凹模公标尺寸接近或等于工件的下极限尺寸，再减小凸模尺寸，以保证最小合理间隙。落料时各部分分配位置如图3-9b所示。其计算公式为

式中 D_a——落料凹模尺寸（mm）；

D_t——落料凸模尺寸（mm）；

D——落料工件的公称尺寸（mm）；

Δ——工件制造公差（mm）；

Z_min——最小合理间隙（mm）；

x——为了使冲裁件的实际尺寸尽量接近公差带的中间尺寸而给定的系数，与工件制造精度有关，可查表3-7；

δ_t——凸模制造公差（mm）；

δ_a——凹模制造公差（mm）。

2）凸、凹模配合加工。对于冲制形状复杂或薄板工件的模具，实际冲裁间隙值小，其凸、凹模往往采用配合加工的方法。此方法是先加工好凸模（或凹模）作为基准件，然后根据此基准件的实际尺寸，配作凹模（或凸模），使它们保持一定的间隙。因此只需在基准件上标注尺寸及公差，配作工件只标注公称尺寸，并注明“××尺寸按凸模（或凹模）配作，保证双面间隙××”。这样可放大基准件的制造公差，其公差不再受凸、凹模间隙大小的限制，制造容易，并容易保证凸、凹模间隙。

由于复杂形状工件各部分尺寸性质不同，也就是说在凸模和凹模磨损后，有的部分尺寸变大，有的部分尺寸变小，有的部分尺寸基本保持不变，所以基准件的刃口尺寸计算的方法也不相同。以下对冲孔和落料两种情况分别进行讨论：

图3-10 冲孔件和冲孔凸模尺寸

a）冲孔件 b）冲孔凸模

①冲孔。应以凸模为基准件，然后配作凹模。图3-10a所示为一冲孔件。先做凸模时按凸模磨损后（见图3-10b中双点画线位置）尺寸变化也是有增大、减小、不变三种不同情况分别进行计算：

a.磨损后凸模尺寸变小（A类），设工件尺寸为A^＋Δ₀，则

b.磨损后凸模尺寸变大（B类），设工件尺寸为B_-Δ⁰，则

c.磨损后凸模尺寸基本保持不变（C类），按工件标注尺寸不同分为

工件尺寸为C^＋Δ₀时

C_t＝（C＋0.5Δ）±δ_t/2 （3-6a）

工件尺寸为C_-Δ⁰时

C_t＝（C-0.5Δ）±δ_t/2 （3-6b）

工件尺寸为C±Δ′时

C_t＝C±δ_t/2 （3-6c）

式中 A_t、B_t、C_t——凸模刃口尺寸（mm）；

δ_t——凸模制造偏差（mm），δ_t＝Δ/4；

A、B、C——工件标称尺寸（mm）；

Δ——工件公差（mm）；

Δ′——工件偏差（mm），对称偏差时，Δ′＝Δ/2；

x——为了使冲裁件的实际尺寸尽量接近公差带的中间尺寸而给定的系数，

与工件制造精度有关，可查表3-7。

②落料。应以凹模为基准件，然后配作凸模。

图3-11a所示为一落料件。先做凹模时，凹模刃口尺寸应按凹模磨损后（见图3-11b中双点画线位置）刃口尺寸的增大、减小、不变三种不同变化情况分别进行计算。

图3-11 落料件和落料凹模尺寸

a）落料件 b）落料凹模

a.凹模磨损后尺寸变大（见图3-11中A类）。计算这类尺寸，先把工件尺寸化为A_-Δ⁰，再按落料凹模公式进行计算，即

b.凹模磨损后尺寸变小（见图3-11中B类）。计算这类尺寸，先把工件图尺寸化为B^＋Δ₀，再按冲孔凸模公式进行计算，即

c.凹模磨损后尺寸基本保持不变（见图3-11中C类）。计算这类尺寸则按下述三种情况进行计算：

工件尺寸为C^＋Δ₀时

C_a＝（C＋0.5Δ）±δ_a/2 （3-9a）

工件尺寸为C_-Δ⁰时

C_a＝（C-0.5Δ）±δ_a/2 （3-9b）

工件尺寸为C±Δ′时

C_a＝C±δ_a/2 （3-9c）

式中 A_a、B_a、C_a——凹模刃口尺寸（mm）；

A、B、C——工件公称尺寸（mm）；

δ_a——凹模制造偏差（mm），δ_a＝Δ/4；

Δ——工件公差（mm）；

Δ′——工件偏差（mm），对称偏差时，Δ′＝Δ/2；

x——为了使冲裁件的实际尺寸尽量接近公差带的中间尺寸而给定的系数，

与工件制造精度有关，可查表3-7。

需要注意的是，如果采用电火花或成形磨削加工冲裁模时，不论是冲孔还是落料，都只在凸模上标注尺寸和公差，凹模标明“与凸模配合加工，保证最小间隙××”。

（2）冲裁力的计算 冲裁模设计过程中，必须计算冲裁力，以合理地选用压力机。压力机的吨位必须大于所计算的冲裁力，以适应冲裁的要求。

平刃模冲裁时，其冲裁力F₀可按下式计算，即

F₀＝Ltτ_b

式中 F₀——冲裁力（N）；

t——材料厚度（mm）；

τ_b——材料抗剪强度（MPa）；

L——冲裁件周长（mm）。

考虑到模具刃口的磨损，凸、凹模间隙的波动，材料力学性能的变化，材料厚度偏差等因素，实际所需冲裁力还需增加30%，即

F＝1.3F₀＝1.3Ltτb

一般情况下，当冲裁工作完成后，由于弹性变形，在板料上冲裁出的废料（或冲裁件）孔沿孔径方向发生弹性收缩，会紧箍在凸模上。而冲裁下来的工件（或废料）径向扩张，并要力图恢复弹性穹弯，会卡在凹模孔内。为了使冲裁过程连续，操作方便，需要将套在凸模上的材料卸下，把卡在凹模孔内的冲裁件或废料推出。从凸模上将冲裁件或废料卸下所需的力称为卸料力。从凹模内顺着冲裁方向将冲裁件或废料从凹模模腔中推出的力称为推件力，逆着冲裁方向将零件或废料从凹模腔顶出的力称顶件力。影响这些力的因素主要有材料的力学性能、材料厚度、模具间隙、凸凹模表面粗糙度、零件形状和尺寸以及润滑情况等。在实际情况中，一般采用经验公式计算

F_推＝nK_推F

F_顶＝K_顶F

F_卸＝K_卸F

式中 F——冲裁力（N）；

K_推、K顶、K卸——推件力、顶件力及卸料力系数，见表3-8；

n——同时卡在凹模腔内的零件数或废料数，其计算式为

n＝h/t

t——材料厚度（mm）；

h——凹模孔口直壁高度（mm）。

冲裁时，所需冲压力为冲裁力、卸料力和推件力之和，应根据不同模具结构区别对待。

采用刚性卸料装置和下出料方式的冲裁模总冲压力为

F_总＝F＋F_推

采用弹性卸料装置和下出料方式的总冲压力为

F_总＝F＋F_卸＋F_推

采用弹性卸料装置和上出料方式的总冲压力为

F_总＝F＋F_卸＋F_顶

表3-8 推件力系数、顶件力系数和卸料力系数

3.冲裁模工作零件设计

凸模、凹模和凸凹模是冲裁模的工作零件，是完成冲裁工艺的关键，除正确计算刃口尺寸外，选择合理的结构形式也是非常重要的。

（1）凸模设计

1）凸模的结构形式。凸模按其工作断面的形式可分为圆形凸模和非圆形凸模，它主要根据工件的形状和尺寸而确定。

圆形凸模指凸模端面为圆形的凸模，常见圆形凸模的结构形式如图3-12所示。图3-12a、b适用于冲裁直径d＝1～20mm的工件，为了避免台肩处的应力集中和保证凸模强度、刚度，做成圆滑过渡形式或在中间加过渡段。图3-12c适用的冲裁直径d＝8～30mm。图3-12d适用于冲制孔径与板料厚度相近的小孔，由于采用了保护套结构，可以提高凸模的抗弯能力，并能节省模具材料。图3-12e适用于冲大孔或落料用凸模，以减少磨削面积，凸模外径与端面都加工成凹形，以减轻重量。图3-12f形式的凸模有利于快速换凸模。

图3-12 圆形凸模

非圆形凸模的形状复杂多变，可将其近似分为圆形类和矩形类。圆形类凸模的固定部分可做成圆柱形，但需注意凸模定位，常用骑缝销来防止凸模的转动（见图3-13a）。矩形类凸模的固定部分一般做成矩形体（见图3-13b）。如果用线切割加工凸模，则固定部分和工作部分的尺寸及形状一致，即为直通式凸模（见图3-13c）。

图3-13 非圆形凸模

大尺寸凸模常用螺钉、销钉与模座直接连接，一般不再使用固定板，从加工方便出发，大尺寸凸模也可采取分块拼合方法。

2）凸模长度的确定。凸模长度应根据冲模的整体结构来确定，一般情况下，在满足模具结构要求的前提下，凸模越短，其强度越高，材料越省。在确定凸模的长度时，应留有修磨余量，并且模具在闭合状态下，卸料板至凸模固定板间应留有避免压手的安全距离。

凸模长度可用下式计算，即

L＝h₁＋h₂＋h₃＋a

式中 h₁——固定板的厚度；

h₂——固定卸料板的厚度；

h₃——导尺厚度；

a——附加长度，它包括凸模的修磨量、凸模进入凹模的深度及凸模固定板与卸料板

的安全距离等。这一尺寸如无特殊要求，可取10～20mm。

3）强度校核。凸模一般不必进行强度校验，但对于特别细长的凸模或凸模断面尺寸小而冲裁的板料厚度大时，则应进行强度校验。

①承压应力校验。冲裁时，凸模承受的压应力为σ_t，其必须小于凸模材料强度允许的压应力[σ_t]，即

对圆形凸模，由式（3-10）可得

即

式中 σ_t——凸模承受的压应力（MPa）；

F——冲裁力（N）；

A——凸模最小截面积（mm²）；

[σ_t]——凸模材料的许用压应力（MPa）；

d——凸模最小直径（mm）；

t——毛坯厚度（mm）；

τ——毛坯材料的抗剪强度（MPa）。

凸模的许用应力决定于凸模材料的热处理和凸模的导向性。一般工具钢，凸模淬火至58～62HRC，[σ_t]＝1000～1600MPa。

②失稳弯曲应力校核。失稳弯曲应力采用细长压杆的欧拉公式进行校验。对于凸模自身无导向装置的情况，若引入弯曲安全系数n，则不发生失稳弯曲的最大冲裁力为

不发生失稳弯曲的凸模最大长度为

式中 F——冲裁力（N）；

E——凸模材料的弹性模量，一般模具钢为2.2×10⁵MPa；

J——凸模最小横截面的最小轴惯性矩（mm⁴），直径为d的圆形凸模，；

n——稳定安全系数，对于淬火钢，n＝2～3；

L——凸模长度（mm）。(www.xing528.com)

将n、E及圆凸模的J值代入式（3-12），则得到无导向装置的圆形凸模不发生失稳弯曲的最大长度为

对于一般形状的凸模，则有

对于自身有导向的凸模，相当于一端固定，另一端铰支的压杆，不发生失稳的最大冲裁力为

根据上述方法可求得不发生失稳弯曲的凸模最大长度为

圆形凸模

一般形状凸模

（2）凹模设计

1）凹模刃口形式如图3-14所示。图3-14a形式的特点：扩大部分可使凹模加工简单，也使工件落下容易；应用场合：用于冲裁直径较小的工件。图3-14b形式的特点：刃口强度较好，刃磨后工作部分尺寸不变，间隙大小不变。但孔口积存废料或工件，尤其在间隙较小时，推件力大，且磨损大；应用场合：用于冲裁形状复杂或精度要求较高的工件。图3-14c形式的特点：与第一种情况相比，其刃口强度略差，刃磨后尺寸稍有改变。但由于锥形不易积存冲件或废料，下漏的冲件或废料对孔口的摩擦力及胀力小；应用场合：用于冲裁形状简单、精度要求不高、板料厚度较薄的工件。图3-14d形式的特点：与第一种情况相似；应用场合：用于冲裁大型或精度较高的工件以及复合模和装有反向顶出装置的情况。图3-14e形

图3-14 凹模刃口形式

式的特点：淬火硬度为35～40HRC，可用锤子敲打斜面以调整间隙，直到试出满意的冲件为止；应用场合：适于冲裁软而薄的材料。

2）凹模结构尺寸。凹模外形尺寸如图3-15所示，一般按经验方法确定。

①查表。根据冲件的最大外形尺寸和料厚，从表3-9中直接根据工件的最大尺寸b查出凹模厚度H和壁厚c。

图3-15 凹模外形尺寸

表3-9 凹模外形尺寸（单位：mm）

②按经验公式计算。凹模厚度为

H＝Kb （3-14）

式中 H、b——如图3-15所示。

K——系数，可查表3-10。

但H不应小于15～20mm。

凹模壁厚（凹模刃口与外边缘的距离）：小凹模，c＝（1.5～2）H；大凹模，c＝（2～3）H。但c不应小于26～40mm。

对多孔凹模，凹模刃口间的距离按复合模的凸凹模最小壁厚选用。一般不小于5mm，凹模型腔为圆形时可适当减小些，凹模型腔复杂时应取大些。

确定凹模的外形尺寸后，即可选择模架的形式和规格。如果采用标准模架，一般先根据凹模形状和冲压工艺特点选择模架形式，然后再按凹模外形尺寸选定模架规格。

表3-10 系数K的数值（单位：mm）

③凹模的强度校核。凹模的强度校核主要是检查其厚度H，因为凹模下面有模座或垫板，其孔口较凹模孔口大，使凹模工作时受弯曲，若凹模厚度不够，便会产生弯曲，以致损坏模具。

凹模强度校核一般可采用如下经验公式，即

式中 H_min——凹模最小厚度（mm）；

P——冲裁力（N）。

当凹模材料为合金工具钢，冲裁轮廓长度超过50mm时，应将计算结果乘上一个修正系数，其值见表3-11。若为碳素工具钢，凹模厚度应再增加30%。

表3-11 修正系数值

（3）凸凹模设计 复合模的结构特点是一定至少有一个凸凹模。凸凹模的内外缘均为刃口，内外缘之间的壁厚决定于冲裁件的尺寸。为保证凸凹模的强度，凸凹模应有一定的最小壁厚，如冲裁件尺寸要求小于凸凹模壁厚时，则不宜采用复合模。

表3-12 复合模用凸凹模的最小壁厚（单位：mm）

凸凹模的最小壁厚受模具结构的影响：凸凹模装于上模时（正装），内孔不积存废料，胀力小，最小壁厚可以小些；凸凹模装于下模（倒装）时，内孔积存废料，胀力大，最小壁厚要大些。

凸凹模的最小壁厚值，目前一般按经验数据决定。

不积存废料的凸凹模最小壁厚：对于黑色金属和硬质材料，约为1.5倍料厚（须大于0.7mm）；对于有色金属和软质材料，约为1倍料厚（须大于0.5mm）。

积存废料的凸凹模最小壁厚见表3-12。

（4）凸、凹模镶块结构设计 大、中型和形状复杂、局部容易损坏的整体凸模或凹模，往往给锻造、机械加工或热处理带来很大的困难，而且当它局部磨损后，又会造成整个凸、凹模的报废。为了解决这个问题，常采用镶拼结构。

1）镶拼结构的分块要点。

①刃口形状为直线部分的镶块，长度可适当大些；复杂部分或凸出、凹进易损部分应单独分块，尺寸应尽量小；圆弧部分应单独分块，圆弧与直线部分连接处，镶块分块线应在距切点4～5mm（对中型冲模）或5～7mm（对大型冲模）处，如图3-16a所示。凹模有尖角时，应在尖角处分块，如图3-17所示。

图3-16 部分分块示意图

a）正确分块 b）不正确分块

图3-17 凹模尖角处分块示意图

②为使镶块接合面能正确接合，并减少磨削量，接合面一般取12～15mm，其后部留2mm空隙，如图3-16a所示。

③凸模镶块与凹模镶块的分块线不应重合，最少错开3～5mm，以免冲裁时产生飞边。

④大型冲模的镶块采用螺钉紧固时，每块应以两个销钉定位。螺钉位置必须接近刃口和接合面，并作参差布置；销钉则离刃口越远越好，相对距离应尽量大，如图3-18a中螺钉、销钉的布置就不好，必须改成图3-18b所示的布置。

图3-18 螺钉、销钉的布置示意图

⑤镶块分块应便于调节间隙，如图3-19a所示间隙就不便于调整，改成图3-19b就好多了。

图3-19 分块便于调节间隙示意图

2）镶块的紧固。镶块的紧固可采用下列方法：

①框套热压法。框套热压法多用于圆形镶拼模，如图3-20所示。框套与镶块采用基轴制IT6级精度过盈配合，过盈量为镶块拼合后外径的千分之一。装配时，框套加热至400～500℃。

②框套螺钉紧固法。框套螺钉紧固法多用于中、小镶拼模，螺钉通过框套拉紧或顶紧镶块，使镶块之间获得紧密配合，如图3-21所示。

图3-20 框套热压法

图3-21 框套螺钉紧固法

③螺钉、销钉紧固法。对于大、中型镶拼模，可直接用螺钉、销钉紧固，常见形式如下：螺钉、销钉紧固，如图3-22a所示，用于冲裁料厚小于或等于1.5mm的工件；螺钉、销钉加止推键紧固，如图3-22b所示，用于冲裁料厚大于1.5～3mm的工件；模座与螺钉、销钉紧固，如图3-22c所示，用于冲裁料厚大于3mm的工件。

图3-22 螺钉、销钉紧固法

（5）镶块尺寸 设计大型冲模时，其镶块尺寸应尽可能按图3-23及表3-13选用。

（6）凸、凹模紧固和固定方式

1）机械固定。机械固定凸模和凹模，一般采用螺钉紧固、压紧配合等方法。

图3-24所示为凸模固定方法。其中，图3-24a适用于冲裁数量较少的单工序模，图3-24b适用于冲裁中型和大型零件的模具。图3-24c所示凸模与固定板采用H7/m6配合，这种形式常用于零件形状较简单和较厚材料的冲裁。图3-24d所示凸模采用铆接固定，凸模上面无台阶，全部长度的尺寸形状一致，装配时在上面铆合后磨平。这种形式适用于形状较复杂的薄料零件，便于凸模进行线切割和成形磨削。

图3-23 大型冲模镶块尺寸的选择

H∶B∶L＝（0.6～0.8）∶1∶（3～5）尺寸范围：H＝30～75mm，B＝60～170mm，L最大至300mm

表3-13 大型冲模镶块尺寸（单位：mm）

注：长度L根据需要选取，其规格有150mm、175mm、200mm、225mm、250mm、275mm、300mm。

图3-24 凸模固定

图3-25所示为凹模的固定方法。其中，图3-25a适用于冲裁数量较少的单工序模，图3-25b适用于冲裁中型和大型零件的模具。图3-25c所示凸模与固定板采用H7/m6配合，这种形式常用于零件形状较简单和较厚材料的冲裁。

图3-25 凹模固定

对于多凸模冲模，其中个别凸模或凹模特别易损时，需经常更换，此时采用快速更换凸模和凹模的固定形式。

2）粘结固定。

①低熔点合金浇注固定法。低熔点合金浇注固定法是利用低熔点合金冷却膨胀的原理，使凸、凹模与固定板之间获得有一定强度的连接，其常见形式如图3-26所示。低熔点合金的各元素质量分数见表3-14，工厂较多采用第一种配方，其浇注温度为150～200℃，抗拉强度为91.2MPa，抗压强度为112MPa。

图3-26 镶块凹模固定结构

表3-14 低熔点合金各元素质量分数（%）

②环氧树脂粘结固定法。环氧树脂粘结固定的结构形式如图3-27所示。常用环氧树脂粘结剂的配方见表3-15。

图3-27 环氧树脂粘结固定的结构形式

表3-15 常用环氧树脂粘结剂的配方

注：环氧树脂6110和环氧树脂634可替换使用。

③无机粘结剂固定法。无机粘结剂固定的结构形式如图3-28所示。粘结表面要求粗糙，单面粘合间隙可采用0.2～0.5mm。

图3-28 无机粘结剂固定的结构形式

无机粘结剂的配方为：氧化铜，3～5g；磷酸溶液，1mL。

磷酸溶液是由每100mL磷酸中加入氢氧化铝4～8g配制成的。一般来说，天热多加，天冷少加，天气干燥多加，天气潮湿少加。

4.材料的经济利用

（1）排样 排样是指冲裁件在条料、带料或板料上布置的方法，合理的排样是降低成本的有效措施，因为通常材料费用为工件制造费用的60%～80%。

冲裁件的排样与材料的利用率有密切关系，对零件的成本影响很大，为此应设法在有限的材料面积上冲出最多数量的工件。由于排样方法的不断改进，材料利用率逐渐提高，但仅仅考虑材料利用率的提高还不够，排样的好坏同时影响冲裁件的精度、生产率的高低、模具寿命及经济效益等，还必须考虑生产操作的方便性和模具结构的合理性等问题。

冲裁排样有两种分类方法：一种是从废料角度来分，可分为有废料排样、少废料排样和无废料排样三种。有废料排样时，工件与工件之间、工件与条料边缘之间都有搭边存在，冲裁件质量较容易保证，并具有保护模具的作用，但材料利用率低；少、无废料排样时，工件与工件之间、工件与条料边缘之间存在较少，或没有搭边存在，材料的利用率高，但冲裁时由于凸模刃口受不均匀侧向力的作用，使模具易于遭到破坏。

另一种是按工件在材料上的排列形式来分，可分为直排法、斜排法、对排法、混合排法、多排法和冲搭边等多种形式，这种分类法在实际生产中应用较为广泛。排样方法见表3-16。

表3-16 排样方法

（2）搭边 搭边是指冲裁时工件与工件之间、工件与条（板）料边缘之间的余料尺寸。搭边虽然是废料，但在冲压工艺上起着很大的作用。首先，搭边能够补偿定位误差，保证冲出合格的工件；其次，搭边能保持条料具有一定的刚性，便于送料；再次，搭边能起到保护模具的作用，以免模具过早地磨损而报废。

搭边值大小决定于工件形状、材质、料厚及板料的下料方法。搭边值小，材料利用率较高，但给定位和送料造成很大困难，同时工件精度也不易保证，而且过小的搭边容易挤进凹模，增加刃部磨损，影响模具寿命；搭边值太大，则材料利用率降低。因此正确选择搭边值是模具设计中不可忽视的重要问题。在实际生产过程中应尽量减小搭边值，冲裁时的最小搭边值见表3-17或表3-18。多工位级进模、硬质合金模和精密冲裁模的搭边值要适当放大。

表3-17 金属材料冲裁的搭边值（单位：mm）

注：冲非金属材料（皮革、纸板、石棉等）时，搭边值应乘以1.5～2。

表3-18 搭边值（单位：mm）

计算条料宽度的公式如下：

有侧压装置（见图3-29）时

b＝D＋2a＋Δ （3-16a）

无侧压装置（见图3-30）时

b＝D＋2a＋2Δ＋Z （3-16b）

式中 b——条料宽度的公称尺寸；

D——冲裁件垂直于送料方向的尺寸；

a——侧搭边的最小值（见表3-17或表3-18）；

Δ——条料宽度的允许偏差（负向），见表3-19、表3-20；

Z——导尺与条料最大可能宽度之间的保证间隙，其值见表3-21。

图3-29 有侧压装置

1—导尺 2—凹模

图3-30 无侧压装置

表3-19 用斜刃剪床剪裁条料的宽度公差（允许偏差）（单位：mm）

表3-20 用滚剪机剪裁条料的宽度公差（允许偏差）（单位：mm）

表3-21 送料保证间隙Z（单位：mm）

注：对较厚材料用较大的数值。

5.冲裁件的工艺性分析

冲裁工艺设计是冲裁工艺过程设计的简称，是冲裁设计工作的重要组成部分。工艺设计主要包括冲裁件的工艺分析和工艺方案制订两个方面的内容，即对具体的冲裁零件，首先从其结构形状、尺寸大小、精度要求及原材料选用等方面开始，进行冲裁的工艺审查，必要时提出改进意见；然后根据具体的生产条件，并综合分析研究各方面影响因素，从而制订出一种技术上先进可行、经济上合理的工艺方案，其中包括工序数量的确定、工序顺序的排列、工序的组合方式确定及与实现工序内容有关的模具类型、设备规格、工艺定额的确定等。

冲裁工艺规程作为表达工艺设计内容的技术文件，既是生产准备的基础，又是模具设计人员进行设计和生产部门用于生产调度的重要依据。冲裁工艺规程的编制，是一项复杂的技术工作，它对于产品的质量、成本、生产效率及减轻劳动强度和保证安全生产等方面都有重要影响。一种合理的工艺规程不仅能确保产品质量和降低生产成本，而且能达到安全方便组织生产的目的，相反，如果工艺规范编制不够合理，则会造成产品报废、成本提高或导致生产周期延长、效率降低、模具返工维修频繁、不利于生产组织管理等一系列不良后果，所以冲裁工艺规程的编制，是冲裁生产前必须完成的一项重要的技术工作。

在实际生产中，为了能编制出合理的冲裁工艺规程，不仅要求工艺设计人员应具有较好的工艺设计知识和较丰富的冲裁生产实践经验，而且还要求工艺设计人员在实际工作中与产品设计人员、模具设计人员、模具制造工人及冲裁生产工人紧密结合，及时采纳他们的合理化建议，不断吸取国内、外的先进经验并将其贯穿到工艺设计中。同时在分析和制订工艺规程时应从工厂的具体生产条件出发，综合地考虑能保证产品质量、提高生产效率、降低生产成本、减轻工人劳动强度和保证安全操作等方面的因素后，尽量采用国内、外的先进技术，制订出合理的冲裁工艺规程。

这里需要说明的是，其他冲压工艺的设计可参考冲裁工艺的设计过程，以后不再赘述。

在了解并掌握上述原始资料的前提下进行冲裁工艺设计，冲裁工艺设计的基本内容与步骤如下：

（1）分析冲裁件的工艺性 冲裁件的工艺性是指冲裁件对冲裁工艺的适应性，即冲裁件的结构形状、尺寸大小、精度要求及所用原材料等方面是否符合冲裁加工的工艺要求。一般来说，工艺性良好的冲裁件可保证材料消耗少、工序数量少、模具结构简单、模具寿命长、成本低且产品质量稳定，还有利于生产的组织管理。在工艺设计时，首先要分析冲裁件的工艺性，这是制订工艺方案的基础。分析冲裁件的工艺性主要包括以下两个方面的内容：

首先，要对产品零件图样或产品实体进行工艺性审查。根据产品零件图样认真分析研究冲裁件的形状特点、尺寸大小及精度要求，所用原材料的力学性能、工艺性能和使用性能，产生弹性回复等缺陷的可能性，由此了解上述因素对冲裁加工难易程度的影响情况。在分析图样时，尤其应注意零件的极限尺寸（最小冲孔尺寸、最小冲槽宽度、最小孔间距等）、尺寸公差、设计基准及其他特殊要求。因为上述因素对所需工序性质、工序顺序的确定、冲裁定位方式、模具结构形式与制造精度的选择均有显著影响。

然后，要对冲裁件图样提出修改意见。在对产品图样进行工艺审查过程中，如果发现冲裁工艺性很差，则应同产品设计人员，在不影响产品使用要求的前提下，对冲裁件的形状、尺寸精度要求及原材料的选用等进行适当的修改。必要时，应建议产品设计部门重新设计。具体来说，若发现产品图样中零件形状过于复杂，或尺寸精度和表面质量要求太高，或尺寸标注基准选择不合理，或通过改变零件的局部形状和尺寸，能有利于排样和节约原材料的，均可向产品设计部门提出修改意见。

下面对冲裁件的工艺性作进一步的详细论述。

1）结构工艺性。冲裁件形状应尽可能简单、对称，有利于无废料、少废料排样方式的采用，减少废料损失，降低工件成本。冲裁件外形应避免尖角，有可能时尽量采用适宜的圆角相连（见图3-31）。

冲裁工件的凸出或凹入部分宽度和深度，应不小于1.5t，同时应避免冲裁件上有过长的悬臂和狭槽，如图3-32所示。

冲孔时孔的最小尺寸和形状与材料的力学性能和厚度有关，用自由凸模冲孔的类型和最小尺寸如图3-33和表3-22所示。

图3-31 冲裁件的交角

图3-32 冲裁件悬臂、狭槽尺寸

图3-33 用自由凸模冲孔类型

表3-22 用自由凸模冲孔的最小尺寸

冲裁件上的孔与孔、孔与边缘间的距离不能太小。如图3-34所示，对矩形孔，孔与孔、孔与边缘间的距离b≥1.5t；对圆形孔，孔与孔、孔与边缘间的距离b≥t；冲裁不规则形状孔时，孔与孔、孔与边缘间的距离请参考相关手册。

图3-34 最小孔边距

在弯曲件或拉深件上冲孔时，孔的尺寸除应符合上述原则外，其孔壁与工件直壁之间应保持一定的距离。若距离太小，在冲孔时会使凸模受水平推力而折断。当t＜2mm时，L≥t＋R；当t≥2mm时，L≥2t＋R，如图3-35所示。

图3-35 弯曲件、拉深件冲孔位置

a）弯曲件 b）拉深件

2）冲裁件的精度要求。冲裁件的精度要求是指冲裁件的尺寸精度和表面粗糙度要求，精度要求应在经济精度范围以内，对于普通冲裁件，其经济精度不高于IT11级，冲孔件比落料件高一级。冲裁件外形与内孔尺寸公差可见表3-23。如果工件精度高于上述要求，则需在冲裁后整修或采用精密冲裁。冲裁件两孔中心距所能达到的公差见表3-24。

表3-23 冲裁件外形与内孔尺寸公差（单位：mm）

表3-24 冲裁件两孔中心距所能达到的公差（单位：mm）

冲裁件断面的表面粗糙度和允许的飞边高度可见表3-25和表3-26。

表3-25 冲裁件断面的近似表面粗糙度（单位：μm）

表3-26 冲裁件断面允许飞边的高度（单位：mm）

图3-36 冲裁件尺寸标注

3）冲裁件的尺寸基准。冲裁件的结构尺寸基准应尽可能和制造时的定位基准重合，以避免产生基准不重合误差。冲孔件的孔位尺寸基准应尽量选择在冲裁过程中自始至终不参加变形的面或线上，不要与参加变形的部位联系起来。如图3-36所示，原设计尺寸的标注（见图3-36a），对冲裁图样是不合理的，因为这样标注，尺寸L₁、L₂必须考虑到模具的磨损而相应给以较宽的公差，造成孔心距的不稳定，孔心距公差会随着模具的磨损而增大。改用图3-36b的标注，两孔的孔心距才不受模具磨损的影响，比较合理。

（2）分析、比较和确定冲裁工艺方案 在对冲裁件进行冲裁工艺性分析的基础上，根据生产批量和工厂现有的生产条件，综合考虑产品质量、生产效率、模具寿命、材料消耗及操作安全等因素后，通过各种方案的分析与比较，然后确定最佳工艺方案。工艺方案的步骤如下：

1）进行必要的工艺计算。根据产品图样，计算所需冲裁力、卸料力、推件力和冲裁功，计算模具的压力中心等，这些工艺计算是确定工艺方案所必需的。

2）提出各种可能的工艺方案。在工艺计算的基础上，通过对冲裁件的工序性质、工序数量、工序顺序及工序组合方式等的综合分析，提出各种可能的工艺方案。冲裁件的工序性质是指冲裁件加工成形所需的工序种类（如落料、冲孔等基本工序），根据冲裁件的几何形状直观确定。工序数量主要取决于冲裁件几何形状的复杂程度、尺寸精度、生产批量等因素。工序顺序的安排主要取决于冲裁件的质量稳定性、经济性、工序的变形特点和尺寸要求。工序的组合方式主要指复合冲裁或级进冲裁，工序组合的必要性取决于生产批量，工序组合的可行性受冲压变形特点、产品质量、模具结构、制造条件的制约。

3）最佳工艺方案的确定。冲裁件的加工往往有几种工艺方案，因此需综合考虑多方面的影响因素，并通过分析、比较，从现有的生产条件出发，在保证产品质量、满足生产批量的前提下，从中选择一种技术上可行、经济上最合理的工艺方案。

（3）确定模具的结构形式、绘制模具原理图 工艺方案确定后，即确定了冲裁的工序性质和工序的组合方式，由此确定与之对应的模具种类。在确定模具结构形式时，应综合考虑冲裁件的形状特点、精度要求及模具制造条件、操作安全性等因素。选择模具结构形式主要包括以下内容：正、倒装结构形式的选择；卸料方式的选择；出件方式的选择；定位方式的选择；导向方式的选择。

（4）确定冲裁设备 选择冲裁设备是工艺设计中的一项重要内容，它直接关系到设备的合理使用、安全、产品质量、模具寿命、生产效率和成本等一系列复杂问题。选择冲裁设备主要包括设备类型和设备规格的选择。

1）冲裁设备类型的选择。根据冲裁工艺特点和常用冲压设备特点，一般情况下，冲裁设备选用机械压力机，如中、小型冲裁件选用开式曲柄压力机，大、中型冲裁件选用闭式曲柄压力机，进行大批量冲裁生产时，一般采用高速自动压力机。

2）冲裁设备规格的选择。设备类型选定之后，应进一步根据冲裁力（包括推件力、顶件力和卸料力）、冲裁功、冲裁件尺寸、模具结构形式、模具闭合高度和轮廓尺寸确定设备规格。设备规格的选择与模具设计有密切关系，应使设计的模具与所选择设备的规格（如曲柄压力机的公称压力、行程、装模高度、工作台面尺寸及滑块模柄孔尺寸等）相适应。

（5）编写冲裁工艺卡 完成上述工作程序后，即确定了冲裁件的加工工艺路线和实施其工艺路线所需的工序种类、数量、顺序、相应的模具与设备类型规格等，据此应正式编制出冲裁工艺卡。工艺卡作为冲裁设计的重要工艺文件，不仅是模具设计的基本依据，也是指导生产过程及其有关生产环节的主要依据。

为方便工厂的生产组织与管理，应根据生产类型的不同，编写出不同详细程度的工艺卡。一般情况下，在大批量生产中，需分别编制冲裁件的工艺卡、每道工序的工序卡和材料的排样卡。在成批和小批量生产中，需编制冲裁件的工艺卡。

在冲裁生产中，一般工艺卡的内容主要包括：工序序号、工序名称、工序草图、模具种类和形式、选用的设备型号、工序检验要求、板料的种类规格等。

6.非金属材料的冲裁

非金属材料的冲裁所需冲裁力一般不大。对于非金属材料，可以采用与金属材料相似的冲裁方法。但由于非金属材料的组织结构和力学性能与金属材料有很大的差异，所以冲裁工艺和模具都具有一定的特殊性。根据非金属材料组织与力学性能的不同，通常采用的冲裁方式有普通冲裁和尖刃凸模冲裁两种。

对于一些较硬的非金属材料，如云母、酚醛纸胶板、酚醛布胶板、环氧酚醛玻璃布胶板等，通常采用普通形式的冲裁模。这些材料都具有一定的硬度而且较脆。为了减小冲裁裂纹、脱层等质量缺陷，应适当加大压边力与反顶力，减小模具间隙。搭边值也应比一般金属材料大些。对于厚度大于1.5mm且形状比较复杂的各种纸胶板和布胶板，冲裁前需将毛坯预热。

对于具有一定柔软性的材料，如皮革制品材料、塑料薄膜、纤维材料和弹塑性材料等，则通常采用尖刃凸模冲裁。尖刃冲裁模的结构如图3-37所示。从图中可以看出，凸模刃口都是由直面和斜面组成的尖刃，而且刃口的斜面都面对着废料。另外，在板料下面垫一块硬木或层板、纸板一类的材料，用以配合冲裁，从而可以省去刃口凹模。

图3-37 尖刃冲裁模的结构

7.提高冲裁件质量的方法

冲裁件的质量主要包括断面质量、尺寸精度和形状误差三方面。断面应平直、光滑；圆角小；无裂纹、撕裂、夹层和飞边等缺陷；零件表面应尽可能平整；尺寸应满足公差要求。影响冲裁件质量的因素包括凸、凹模间隙大小及其分布的均匀性，模具刃口锋利状态，模具结构与制造精度，材料性能等，其中间隙值大小与分布的均匀程度是主要因素。

冲裁时，断裂面上下裂纹是否重合与凸、凹模间隙大小有关。当凸、凹模间隙合适时，凸、凹模刃口附近沿最大切应力方向产生的裂纹在冲裁过程中能会合成一条线，此时尽管断面与材料表面不垂直，但还是比较平直、光滑，飞边较小，工件的断面质量较好（见图3-38a）。当间隙过小时，最初从凹模刃口附近产生的裂纹，指向凸模下面的高压应力区，裂纹成长受到抑制而成为滞留裂纹。凸模刃口附近产生的裂纹进入凹模上面的高压应力区，也停止成长。当凸模继续下压时，在上、下裂纹中间将产生二次剪切，这样在光亮带中部夹有残留的断裂带，部分材料被挤出材料表面形成高而薄的飞边（见图3-38b）。这种飞边比较容易去除，只要工件中间撕裂不是很深，仍可应用。当间隙过大时，材料的弯曲和拉伸增大，接近胀形破裂状态，容易产生裂纹，使光亮带所占比例减小，且在光亮带形成以前，材料已发生较大的塌角。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。第二次拉裂产生的断裂层斜度增大，断面的垂直度差，飞边大而厚，难以去除，使冲裁件断面质量下降（见图3-38c）。

图3-38 间隙对冲裁件断面质量的影响

a）间隙合适 b）间隙过小 c）间隙过大

1—断裂带 2—光亮带 3—圆角带

冲裁件的尺寸精度是指冲裁件实际尺寸与标称尺寸的差值，差值越小，精度越高。冲裁件的尺寸精度包括两方面的偏差，一是冲裁件相对凸模或凹模尺寸的偏差，二是模具本身的制造偏差。冲裁件相对凸模或凹模尺寸的偏差，主要是由于冲裁过程中，材料受拉伸、挤压、弯曲等作用引起的变形，在加工结束后工件脱离模具时，会产生弹性恢复而造成的。偏差值可能是正的，也可能是负的。影响这一偏差值的因素主要是凸、凹模的间隙。

当间隙较大时，材料受拉伸作用增大，冲裁完毕后，因材料弹性恢复，冲裁件尺寸向实体方向收缩，使落料件尺寸小于凹模尺寸，而冲孔件的孔径则大于凸模尺寸。当间隙较小时，凸模压入板料接近于挤压状态，凸、凹模作用于材料的挤压力大，压缩变形大，冲裁完毕后，材料的弹性恢复使落料件尺寸增大，而冲孔件孔径则变小。

尺寸变化量还与材料力学性能、厚度、轧制方向、冲裁件形状等因素有关。材料软，弹性变形量较小，冲裁后弹性恢复量就小，零件的精度也就高；材料硬，弹性恢复量就大。

上述讨论是在模具制造精度一定的前提下进行的，间隙对冲裁件精度的影响比模具本身制造精度的影响要小得多，若模具刃口制造精度低，冲裁出的工件精度也就无法得到保证。模具磨损及模具刃口在压力作用下产生的弹性变形也会影响到间隙及冲裁件应力状态的改变，对冲裁件的质量会产生综合性影响。目前的模具基本上都采用数控加工、线切割加工、电火花加工，模具加工的速度、精度都已经发生了很大的变化。