冲裁原理及设备：了解材料变形和常用冲床工作原理

1.冲裁原理

利用冲模在压力机上把板料的一部分与另一部分分离的加工方法，称为冲裁。冲裁也是钢材切割的一种方法，对成批生产的零件或定形产品，应用冲裁下料，可提高生产效率和产品质量。

冲裁时，材料置于凸、凹模之间，在外力作用下，凸、凹模产生一对剪切力（剪切线通常是封闭的），材料在剪切力作用下被分离，如图3-50所示。冲裁的基本原理与剪切相同，只不过是将剪切时的直线剪刃，改变成封闭的圆形或其他形式的剪刃而已。冲裁过程中材料的变形情况及断面状态，与剪切时大致相同。

从凸模接触板料到板料相互分离的过程是在瞬间完成的。当凸、凹模间隙正常时，冲裁变形过程大致可分为以下三个阶段：

第一阶段为弹性变形阶段。如图3-51a所示，当凸模开始接触板料并下压时，在凸、凹模压力作用下，板料开始产生弹性压缩、弯曲、拉伸（AB′＞AB）等复杂变形。这时，凸模略微挤入板料，板料下部也略微挤入凹模洞口，并在与凸、凹模刃口接触处形成很小的圆角。同时，板料稍有拱弯，材料越硬，凸、凹模间隙越大，拱弯越严重。随着凸模的下压，刃口附近板料所受的应力逐渐增大，直至达到弹性极限，弹性变形阶段结束。

图3-50 冲裁

1—凸模 2—板料 3—凹模 4—冲床工作台

第二阶段为塑性变形阶段。当凸模继续下压，使板料变形区的应力超过其屈服点，达到塑性条件时，便进入塑性变形阶段，如图3-51b所示。这时，凸模挤入板料和板料挤入凹模的深度逐渐加大，产生塑性剪切变形，形成光亮的剪切断面。随着凸模的下降，塑性变形程度增加，变形区材料硬化加剧，变形抗力不断上升，冲裁力也相应增大，直到刃口附近的应力达到抗拉强度时，塑性变形阶段终止。由于凸、凹模之间间隙的存在，此阶段中冲裁变形区还伴随着弯曲和拉伸变形，且间隙越大，弯曲和拉伸变形也越大。

第三阶段为断裂分离阶段。当板料内的应力达到抗拉强度后，凸模再向下压入时，则在板料上与凸、凹模刃口接触的部位先后产生微裂纹，如图3-51c所示。裂纹的起点一般在距刃口很近的侧面，且一般首先在凹模刃口附近的侧面产生，继而才在凸模刃口附近的侧面产生。随着凸模的继续下压，已产生的上、下微裂纹将沿最大切应力方向不断地向板料内部扩展，当上、下裂纹重合时，板料便被剪断分离，如图3-51d所示。随后，凸模将分离的材料推入凹模洞口，冲裁变形过程结束。

图3-51 冲裁变形过程

a）弹性变形阶段 b）塑性变形阶段 c）、d）断裂分离阶段

冲裁变形过程的三个阶段中，各个阶段所需的外力和时间不尽相同。一般来讲，冲裁时间往往取决于材料性质，材料较脆时，持续时间较短。

2.冲裁设备

（1）冲床的结构 冲裁一般在冲床上进行。常用的冲床有曲轴冲床和偏心冲床两种，两者的工作原理相同，差异主要是工作的主轴不同。

曲轴冲床的基本结构如图3-52a所示，工作原理如图3-52b所示。冲床的床身与工作台是一体的，床身上有与工作台面垂直的导轨，滑块可沿导轨作上下运动。上、下冲裁模分别安装在滑块和工作台面上。

冲床工作时，先是电动机通过传动带带动大带轮空转。踏下脚踏板后，离合器闭合，并带动曲轴旋转，再经过连杆带动滑块沿导轨作上下往复运动，进行冲裁。如果将脚踏板踏下后立即抬起，滑块冲裁一次后，便在制动器的作用下，停止在最高位置上；如果一直踩住踏板，滑块就不停地作上、下往复运动，以进行连续冲裁。

（2）冲床的技术性能参数 冲床的技术性能参数对冲裁工作影响较大。冲裁加工时，要根据技术性能参数选择冲床。

1）冲床吨位与额定功率。冲床吨位与额定功率是两项标志冲床工作能力的指标，实际冲裁零件所需的冲裁力与冲裁功，必须小于冲床的这两项指标。薄板冲栽时，所需冲裁功较小，一般可不考虑。(www.xing528.com)

图3-52 曲轴冲床

a）外形 b）工作原理图

1—制动器 2—曲轴 3—离合器 4—大带轮 5—电动机 6—拉杆 7—脚踏板 8—工作台 9—滑块 10—导轨 11—连杆

2）冲床的闭合高度。滑块在最低位置时，下表面至工作台面的距离。当调节装置将滑块调整到上极限位置时，闭合高度达到最大值，此值称为最大闭合高度。冲床的闭合高度应与模具的闭合高度相适应。

3）滑块的行程。即滑块从最高位置至最低位置所滑行的距离，也称为冲程。滑块行程的大小，决定了所用冲床的闭合高度和开启高度，它应能保证冲床冲裁时顺利地进、退料。

4）冲床台面尺寸。冲裁时模具尺寸应与冲床工作台面尺寸相适应，保证模具能牢固地安装在台面上。

其他技术性能参数对冲裁工艺影响较小，可根据具体情况适当选定。

（3）使用冲床应注意的事项

1）使用前，对冲床各部分要进行检查，并对各润滑部位注满润滑油。

2）检查轴瓦间隙和制动器松紧程度是否合适。

3）检查运转部位是否有杂物夹入。

4）经常检查冲床的滑块与导轨磨损情况及间隙。间隙过大会影响导向精度，因此，必须定期调节导轨之间间隙。若磨损太大，必须重新维修。

5）安装模具时，要使模具压力中心与冲床压力中心相吻合，且要保证凸、凹模间隙均匀。

6）起动开关后，空车试运转3～5次，以检查操纵装置及运转状态是否正常。

7）冲裁时，要精力集中，不能随意踩踏踏板，严禁手伸向模具间或头部接触滑块，以免发生事故。

8）不能冲裁过硬或经淬火的材料。冲床绝不允许超载工作。

9）长时间冲裁，要注意检查模具有无松动，间隙是否均匀。

10）停止冲裁后，需切断电源或锁上保险开关。冲裁出的零件及边角余料应及时运走，保持冲床周围无工作障碍物。