圆片锯床：下料机床安全操作规程

下料是用各种方法将毛坯或工件从原材料上分离下来的工序。下料分为手工下料和机械下料。

1.手工下料

（1）克切 克切所需的克子（有柄）如图6-94所示。克切原理与斜口剪床的剪切原理基本相同。它最大的特点是不受工作位置和零件形状的限制，并巨操作简单、灵活。

图6-94 克切

（2）锯削 锯削是用锯对材料进行分离的一种切割方法，锯削所用的工具是锯弓和台虎钳。锯削可分手工锯削、手工电动锯削（见图6-95）和机械锯削。

手工锯削常用来切断规格较小的型钢和管子，也可以在管子或型材上锯出切口。经手工锯削的零件用锉刀简单修整后可以获得表面整齐、精度较高的切断面。

机械锯削常用的锯削机床有弓锯床、圆片锯床和砂轮切割机。弓锯床是利用锯条做往复运动进行锯削的设备，被广泛用来锯削中、小型型材和管子。圆片锯床是利用圆锯片做旋转运动对材料进行锯削的下料机床，功能和弓锯相似，但效率较高，常用以切断中、小型材和管子。

（3）砂轮切割 砂轮切割是利用高速旋转的薄片砂轮与钢材摩擦产生的热量，将切割处的钢材变成“钢花”喷出形成切口的工艺。砂轮切割可以切割尺寸较小的型钢、不锈钢、轴承钢、钢筋、钢管等。如图6-96为砂轮切割机示意图，砂轮切割的速度比锯削快，但切口经加热后性能稍有变化。

砂轮机切割操作时应用底板上的工件夹具夹紧工件，按下手柄使砂轮薄片轻轻接触工件，平稳匀速地进行切割。因切割时有大量火星，需注意远离木器、油漆等易燃物品。调整工件夹具的夹紧板角度，可对工件进行有角度的切割。当砂轮磨损至一半时，应更换新片。

（4）气体火焰切割（气割）

1）气割原理。气割的实质是金属在氧中的燃烧过程。它利用可燃气体和氧气混合燃烧形成的预热火焰，将被切割金属材料加热到其燃烧温度，由于很多金属材料能在氧气中燃烧并放出大量的热，被加热到燃点的金属材料在高速喷射的氧气流作用下，就会发生剧烈燃烧，产生氧化物，放出热量，同时氧化物溶渣被氧气流从切口处吹掉，使金属分割开来，达到切割的目的。

图6-95 手工电动锯削

1—手柄 2—开关 3—电源线 4—机身 5—底板 6—锯条

图6-96 砂轮切割机示意图

1—电动机 2—手柄及开关 3—砂轮片 4—工件夹具 5—夹紧调节轮 6—底板

2）气割使用气体。气割使用气体分为两类，即助燃气体和可燃气体。助燃气体是氧气，可燃气体是乙炔气或液化石油气等。气体火焰是助燃气体和可燃气体混合燃烧而成，形成火焰的温度可达3150℃以上，最适宜于焊接和切割。

纯氧本身不能燃烧，但在高温下非常活泼，当温度不变而压力增大时，氧气可与油类发生剧烈化学反应而自燃，产生强烈爆炸，所以要严防氧气瓶与油脂接触。

乙炔气（C₂H₂）又称为石油气，为不饱和的碳氢化合物，是一种可燃气体。乙炔温度超过300℃或压力超过0.15MPa时，遇火就会爆炸。当空气中乙炔的体积分数为2.2%～81%时，遇到明火常压下也会爆炸，所以焊接和气割现场要特别注意通风。

液化石油气是裂化石油的副产品，主要由丙烷（体积占50%～80%）、丁烷等组成，在常压下为气态，在0.8～1.5kPa压力下可变为液态。其中，丙烷在纯氧中燃烧的火焰温度可达2800℃左右，达到完全燃烧所需的氧气量比乙炔约大1偌，但其燃烧速度约为乙炔的一半。当丙烷与空气混合，若丙烷的体积分数为2.3%～9.5%时，遇有火星也会爆炸。

气割常用的可燃气体为乙炔气。

3）气割的必要条件。

①燃点要低于熔点。低燃点是金属进行气割的基本条件，否则，切割时金属将在燃烧前先行熔化，使其变为熔割过程，不仅切口宽、极不整齐，而巨易粘连，达不到切割质量要求。

②燃烧生成的金属氧化物的熔点，应低于金属本身的熔点，同时流动性要好，否则，就会在切口表面形成固态氧化物，阻碍氧流与下层金属的接触，使切割过程不能正常进行。

③燃烧应是放热反应。也就是说气割是一个完全的燃烧过程，这样才能对下层金属起预热作用。放热量越多，预热作用越大，越有利于气割过程的顺利进行。

④金属的导热性不应过高，否则，散热太快会使切口金属温度急剧下降，达不到燃点，使气割中断。如果加大火焰能率，又会使切口过宽。

⑤阻碍切割过程的杂质要少。碳、铬及硅等元素阻碍气割的正常进行。能满足气割条件的通常是碳的质量分数在0.6%以下的低、中碳钢。不同金属的气割性能见表6-40。

表6-40 不同金属的气割性能

图6-97 氧气瓶

1—瓶帽 2—瓶阀 3—瓶体 4—瓶座

4）气割设备及工具。

①氧气瓶。氧气瓶是储存和运送高压氧气的容器（见图6-97），常用氧气瓶容积为40L，工作压力为15MPa，可以储存6m³氧气。氧气瓶瓶体上部装有瓶阀，通过旋转手轮可开关瓶阀并能控制氧气的进、出流量。瓶帽旋在瓶头上，以保护瓶阀。

氧气瓶外表应漆成天蓝色，并用黑漆标明“氧气”宇样。

②乙炔瓶。乙炔瓶是一种储存和运输乙炔用的压力容器（见图6-98），瓶体用优质碳素结构钢或低合金结构钢经轧制而成，外表漆成白色，并用红漆标注“乙炔”宇样。在瓶内装有浸满丙酮的多孔性填料，使乙炔气能稳定、安全地储存在瓶内。使用时，溶解在丙酮内的乙炔分解出来，通过乙炔瓶阀流出，而丙酮仍留在瓶内，以便溶解再次压入的乙炔。乙炔瓶阀下面填料中心部分的长孔内放有石棉，其作用是帮助乙炔从多孔填料中分解出来。

在使用乙炔瓶时，必须严格遵守安全操作规程。

③氧气减压器。氧气减压器是用来调节氧气工作压力的装置。气割时，要使氧气瓶中的高压氧气转变为气割需要的稳定的低压氧气，就要由减压器来调节。

④橡胶软管。氧气和乙炔气是通过橡胶软管输送到割炬中去的，橡胶软管用优质橡胶掺入麻织物或棉纱纤维制成。氧气胶管允许工作压力为1.5MPa，孔径为ф8mm；乙炔胶管允许工作压力为0.5MPa，孔径为ф10mm。为便于识别，按GB 9448—1999的规定，氧气胶管采用黑色，乙炔胶管采用红色。氧气胶管与乙炔胶管的强度不同，不能混用或互相代替。

⑤割炬。割炬的作用是使乙炔气与氧气以一定的比例和方式混合，形成具有一定热量和形状的预热火焰，并在预热火焰的中心喷射切割氧气进行气割。割炬的种类很多，按形成混合气体的方式可分为射吸式和等压式两种，按用途不同又可分为普通割炬、重型割炬及焊割两用炬。就目前应用情况来看，以射吸式割炬应用较为普遍。图6-99为射吸式割炬外部结构示意图。

射吸式割炬的工作原理（见图6-100）为：打开氧气调节阀，氧气由通道进入喷射管再从直径细小的喷射孔喷出，使喷嘴外围形成真空，造成负压、产生吸力。乙炔气在喷嘴的外围被氧流吸出，并以一定比例混合，经过射吸管和混合气管从割嘴喷出。

气割时，应根据有关规范，选择割炬型号和割嘴规格。

图6-98 乙炔瓶

1—瓶口 2—瓶帽 3—瓶阀 4—石棉 5—瓶体 6—多孔性填料 7—瓶座 8—瓶底

图6-99 射吸式割炬外部结构

1—割嘴 2—割嘴螺母 3—割嘴接头 4—切割氧气管 5—混合气管 6—射吸管 7—切割氧开关 8—中部整体 9—预热氧开关 10—手柄 11—后部接体 12—乙炔开关 13—乙炔接头 14—氧气接头

图6-100 射吸式割炬工作原理

1—割嘴 2—混合气管 3—切割氧气管 4—射吸管 5—喷嘴 6—喷射管

图6-101 火焰的选择

5）气割步骤。

①开始气割时首先应点火，随即调整火焰。预热火焰通常采用中性焰或轻微氧化焰，如图6-101所示。

②开始气割时，必须用预热火焰将切割处金属加热至燃烧温度（即燃点），一般碳钢在纯氧中的燃点为1100～1150℃。注意割嘴与工件表面的距离保持10～15mm，如图6-102a所示，并使切割角度控制在20°～30°。

③把切割氧气喷射至已达到燃点的金属时，金属便开始剧烈地燃烧（即氧化），产生大量的氧化物（熔渣），由于燃烧时放出大量的热使氧化物呈液体状态。

④燃烧时所产生的大量液态熔渣被高压氧气流吹走。

这样由上层金属燃烧时产生的热传至下层金属，使下层金属又预热到燃点，切割过程由表面深入到整个厚度，直到将金属割穿。

6）影响气割质量的因素。

①若切割氧气纯度低于98%（体积分数），氧气中的氮气等在切割时就会吸收热量，并在切口表面形成其他化合物薄膜，阻碍金属燃烧，使气割速度降低，氧气消耗量增加。

②切割氧气的压力过低会引起金属燃烧不完全，降低了切割速度，巨割缝间有粘渣现象。过高的压力反而使过剩的氧气起冷却作用，使切口表面不平。氧气压力一般为0.45～0.5MPa。

③切割氧气最佳的射流长度可达500mm左右，巨有清晰的轮廓，此时吹渣流畅，切口光洁，棱角分明，否则粘渣严重，切口上下宽窄不一。

7）气割余量。气割时会产生一定宽度的切口，当沿外侧切割时可不考虑工艺余量；沿线切割时，划线样板上必须加放切口的工艺余量。各种切割切口间隙见表6-41。

图6-102 切割操作示意图

a）气割间隙 b）气割角度

表6-41 切口间隙 （单位：mm）

图6-103 剪板机切割示意图

1—被切割的钢板 2—下剪刃 3—机床工作台 4—压夹具 5—上剪刃

2.机械下料

（1）剪切 剪切是利用剪板机将材料剪裁成一定外形的毛料，以作为后续冲压成形、边缘加工和焊接等工序的备料。它是通过上下剪刃的相对运动对材料施加剪切力，使材料发生剪切变形，最后断裂分离的一种切割方法。

1）剪切原理。剪切是通过剪刃对钢材的剪切部位施加一定的剪切力，使剪刃压入钢材表面，当其内部产生的内应力超过金属的抗剪强度时，便会使金属产生断裂和分离，如图6-103所示。

2）剪切设备。根据被剪切零件的厚度和几何形状，剪床可以分为平口剪床、斜口剪床、圆盘剪床、振动剪床和龙门剪床等。

①平口剪床。图6-104所示为平口剪床，有上、下两个刀片，下刀片3固定在剪床的工作台4的剪沿，上刀片1固定在剪床的滑块5上。滑块在曲柄连杆机构的带动下做上下运动。被剪切的板料2放在工作台上，置于上下刀片之间，由上刀片的运动而将板料分离。因上、下刀片的刃口互相平行，故称为平口剪床。这种剪床的特点是：上刀片刃口与被剪切的板料在整个宽度方向同时接触，板料的整个宽度同时被剪断，因此所需的剪切力较大，适用于剪切宽度较小而厚度较大的钢条。

②斜口剪床。斜口剪床的剪切部分是上下两个刀片，刀片长度一般为300～600mm。下刀片固定在剪床的工作台部分，上刀片通过上下运动完成材料的剪切过程。为了使刀片在剪切中具有足够的剪切能力，其上刀片沿长度方向还具有一定的斜度，斜度一般在10°～15°。沿刀片截面也有一定的角度，其角度为75°～80°，此角度主要是为了避免在剪切时刀片和钢板材料之间产生摩擦。除此之外，上、下刀片的刃口部分也具有5°～7°的刃口角（见图6-105）。

由于上刀片的下降将拨开已剪部分板料，使其向下弯、向外扭而产生弯扭变形。上刀片倾斜角度越大，弯扭现象越严重。在大块钢板上剪切窄而长的条料时，变形更加突出，如图6-106所示。

平口剪床和斜口剪床只能剪切直线。

③圆盘剪床。圆盘剪床的刀片是由上、下两个呈锥形的圆盘组成，圆盘的位置是倾斜的，并巨可以调节。剪切时上下圆盘刀以相同的速度旋转，被剪切的板料靠本身与刀片之间的摩擦力而进入刀片中完成剪切工作，如图6-107所示。这种剪切机主要用做薄钢板曲线的剪切。

图6-104 平口剪床剪切过程

1—上刀片 2—板料 3—下刀片 4—工作台 5—滑块

图6-105 刀片的角度

1—上刀片 2—下刀片

图6-106 斜口剪床剪切弯扭现象示意图

圆盘剪床剪切是连续的、生产率较高，能剪切各种曲线轮廓，但所剪切板料的弯曲现象严重，边缘有飞边，一般适合于剪切较薄钢板的直线或曲线轮廓。

④振动剪床。振动剪床的工作原理与斜口剪床相同，但上下刀片窄而尖，上刀片1通过连杆与曲柄连接，偏心轴直接由电动机带动，使上刀片紧靠固定的下刀片2作快速的往复运动，类似振动，其频率可达1200～2000次/min。其工作部分的简图如图6-108所示。

振动剪床能剪3mm以下钢板的各种曲线。振动剪床刀片的刃口容易磨损，剪断面有飞边，生产率很低，仅适于单件或小批生产。

图6-107 圆盘剪工作示意

1—上圆盘刀 2—板料 3—下圆盘剪

图6-108 振动剪床工作部分

1—上刀片 2—下刀片

⑤龙门剪床。龙门剪床主要用于长直线形钢板的剪切，最长剪切长度可达5m。它的刀刃比其他剪切机的刀刃长，能剪切较宽的板料。因此，龙门剪床在剪切加工中是应用最广的一种剪切设备。龙门剪床根据传动系统的布置，分为上传动和下传动两种结构形式。图6-109a所示为Q11—13×2500型剪板机结构，它的传动部分布置在剪床的上部，所以是上传动式。图6-109b所示为该剪板机的传动系统，它是由电动机2经两级齿轮减速，带动双曲柄轴3旋转。

龙门剪床的特点是送料简单、使用方便、剪切速度快，沿钢板直线轮廓还可剪切方形、平行四边形、梯形和三角形等各种直线组合几何形状。可剪切最大板厚为13mm、最大宽度为2500mm的低碳钢。

图6-109 Q11—13×2500型剪板机结构及传动系统

1—飞轮 2—电动机 3—双曲柄轴 4—连杆 5—上刀架

⑥联合冲剪机。联合冲剪机通常由斜口剪、型钢剪和小冲头组成（见图6-110），属多功能剪床，既可剪板材，又可剪型材，还可进行冲孔。在焊接结构生产中，主要用于冲孔和剪切中小型材。

联合冲剪机的操作形式有脚踏式和手扳式两种，使用时操作方便，效率较高。

3）剪切断面。材料的剪切断面可分为4个区域（见图6-111）。当上刀片开始向下运动时，压料装置已压紧被剪钢板，由于材料受上下刀片的作用，金属的纤维产生弯曲和拉伸而形成圆角带1，一般圆角带占板厚的10%～20%。当上刀片继续压下时，材料受剪力而开始被剪切，这时剪切所得的表面称为切断带2，由于这一平面是受剪力而剪下的，所以比较平整光滑，一般占板厚的25%～50%。当上刀片继续向下时，板料在两刀口处出现细致纹，随着剪刀的不断向下，上下裂纹继续扩展至重合，在剪裂带的下端留有飞边4，其高度与两刀刃间的间隙有关，间隙大小要适当，其值取决于被剪材料的厚度，一般为材料厚度的2%～7%。

4）剪切力。在一般情况下不需要计算剪切力，只要被剪板厚度不超过剪床规格中给出的最大剪板厚度就可以了。剪床的最大剪板厚度是以25钢或30钢板材的抗拉强度为依据计算出来的。如果被剪切板材的抗拉强度大于25钢或30钢板材的抗拉强度时，就需要计算其剪切力，以防剪床过载受损。

5）剪床的型号及剪切件尺寸允许偏差。剪床的型号表示剪床的类型、特性及其工作参数等。例如Q11—13×2500型龙门式剪板机，其型号所表示的含义如下：

图6-110 联合冲剪机

图6-111 剪切材料的断面

1—圆角带 2—切断带 3—剪裂带 4—飞边

剪切件尺寸允许偏差见表6-42。

表6-42 剪切件尺寸允许偏差 （单位：mm）

（2）冲裁 冲裁是冲压工序的一种。利用冲模将板料以封闭的轮廓与坯料分离的一种冲压方法，称为冲裁。用于小型零件的批量生产。

冲裁是常见的下料方法之一。板材的冲裁分离有两类：若冲裁的目的是制取一定外形轮廓的工件，即被冲裁下的为所需部分，而剩余的为废料，这种冲裁称为落料。反之，若冲裁的目的是加工一定形状和尺寸的内孔，冲下的为废料，剩余的为所需部分，这种冲裁称为冲孔。

图6-112 冲裁工件

图6-113 冲裁

1—凸模 2—板料 3—凹模 4—冲床工作台

图6-114 简单冲裁模

1—板料 2—凸模 3—卸料板 4—凹模 5—下模座

图6-112为冲裁制取的工件示意图，其中图6-112a为落料制取的变压器铁心片，图6-112b为经冲孔制取的长方垫。图6-112b所示的长方带孔垫，若能在压力机的一次行程中同时完成冲孔和落料，则称为冲孔—落料复合冲裁，使用的模具称为复合冲裁模。

1）冲裁原理。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（见图6-113）。冲裁的基本原理与剪切相同，只不过是将剪切时的直线刀刃变成封闭的圆形或其他形式的刀刃而已。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。板料分离的过程分为三个阶段，即弹性变形、塑性变形和断裂，但由于凹模通常是封闭曲线，因此零件对刃口有一个张紧力，使零件和刃口的受力状态都与剪切有所不同。

2）冲裁模。按冲压工艺中工序的不同，冲压用的模具可分为冲裁模、压弯模、拉延模等。这里只对几种常用的冲裁模予以介绍。

简单冲裁模是在压力机的一次行程下只能完成一个总裁工序的冲模，其结构如图6-114所示。简单冲裁模的特点是结构简单、制造成本低，但加工精度较差、生产效率低。一般用于生产批量小、精度要求不高、外形较简单的工件。(www.xing528.com)

导柱冲裁模与简单冲裁模的不同之处是，上、下模的对应位置依靠模具上的导柱、导套来保证，其结构如图6-115所示。冲裁时，由于导套在导柱上做上下滑动，保证了凸凹模间隙均匀，提高了冲裁质量。带导柱冲模的特点是：模具安装方便，使用寿命长，但模具制作较复杂，因而一般用于大批量的冲裁。

复合冲裁模可以实现板料在一个位置上，压力机的一次行程便可进行多道工序的冲裁，如内孔和外形同时冲裁。复合冲裁模的特点是：结构紧凑，一模多用，生产效率高，冲裁件质量好。但该模具结构比较复杂，模具制作成本高，周期长，一般适用于大批量的冲裁件的生产。

3）压力机。冲裁一般在压力机上进行。常用的压力机有曲轴压力机和偏心压力机两种，两者的工作原理相同，差异主要是工作的主轴不同。

图6-115 导柱冲裁模

1—上模座 2—凸模 3—导柱 4—凹模 5—下模座 6—导套 7—卸料板 8—定位销

曲柄压力机是最常见的冲裁设备（见图6-116）。工作时，只要踩动脚踏开关1，离合器9啮合，偏心轴7转动，通过连杆6带动滑块5和凸模4作上下往复运动，进行冲压。制动器8的作用是，当离合器脱开后可使滑块停止在最高位置。

为了适应不同模具的高度及对冲压行程的要求，可通过调节滑块的行程来实现。

4）冲裁加工的一般工艺要求。

①冲裁件的工艺性。指冲压件对冲压工艺的适应性，它包括冲裁件在结构形状、尺寸大小、尺寸公差与尺寸基准等方面。要考虑、设计冲裁工艺时，应遵循下列原则：有利于简化工序和提高生产率，即用最少和尽量简单的冲裁工序来完成全部零件的加工，尽量减少用其他方法加工；有利于减少废品，保证产品质量的稳定性；有利于提高金属材料的利用率，减少材料的品种和规格，尽可能降低材料的消耗；有利于简化模具结构和延长冲模的使用寿命；有利于冲裁操作，便于组织实现自动化生产；有利于产品的通用性和互换性。

②合理排样。排样方法可分为有废料排样、少废料排样和无废料排样3种，如图6-117所示。

图6-116 开式曲柄压力机

1—脚踏开关 2—工作台 3—凹模 4—凸模 5—滑块 6—连杆 7—偏心轴 8—制动器 9—离合器 10—大齿轮 11—小齿轮 12—电动机 13—机架

图6-117 合理排样

a）有废料排样 b）少废料排样 c）无废料排样

1—零件 2—废料

排料时，工件与工件之间或孔与孔之间的距离称为搭边。工件或孔与坯料侧边之间的余量，称为边距。图6-118中，b为搭边，a为边距。搭边和边距是用来补偿工件在冲压过程中的定位误差的。搭边还可以保持坯料的刚度，便于向前送料。生产中，搭边及边距的大小对冲裁件质量和模具寿命均有影响。搭边及边距过大，材料的利用率会降低；搭边和边距太小，在冲裁时条料很容易被拉断，并使工件产生飞边，有时还会使搭边拉入模具间隙中。

图6-118 搭边及边距

5）冲裁间隙的影响及间隙确定。冲裁间隙指冲裁模的凸模与凹模刃口之间的间隙，它的大小对冲裁件质量、模具寿命、冲裁力的影响很大，它是冲裁工艺与模具设计中的一个重要的工艺参数。

在冲裁过程中，材料受到弯矩的作用，工件产生弯曲，而不平整。由于冲裁变形的特点，在冲裁断面上具有明显的4个特征区（见图6-119所示），即塌角、光亮带、断裂带和飞边。

冲裁件的4个特征区在整个断面上所占比例的大小并非一成不变，而是随着材料的力学性能、冲裁间隙、刃口状态等条件的不同而变化。

①对冲裁质量的影响。冲裁件的质量主要是指断面质量、尺寸精度和弯曲度。

图6-119 冲裁切断面

a—塌角 b—光亮带 c—断裂带 d—飞边

a.对断面质量的影响。冲裁断面应平直、光洁、圆角小，光亮带应占有一定的比例，飞边较小，冲裁件表面应尽可能平整。影响冲裁件质量的因素有凸、凹模间隙值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。

图6-120 间隙对工件断面质量的影响

冲裁时，间隙合适，可使上下裂纹与最大切应力方向重合，此时产生的冲裁断面比较平直、光洁、飞边较小，制件的断面质量较好，如图6-120b所示。间隙过小或过大将导致上、下裂纹不重合。当间隙过小时，上下裂纹中间部分被第二次剪切，并形成第二个光亮带，如图6-120a所示，在端面出现长飞边。间隙过大，板料所受弯曲与拉伸均变大，断面容易撕裂，使光亮带所占比例减小，产生较大塌角，粗糙的断裂带斜度增大，飞边大而厚，难于除去，使冲裁断面质量下降，如图6-120c所示。

b.对尺寸精度的影响。冲裁件的尺寸精度是指冲裁件实际尺寸与基本尺寸的差值，差值越小，精度越高。该差值包括两方面的偏差，一是冲裁件相对于凸模或凹模尺寸之偏差，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，材料受到拉伸、挤压、弯曲等作用而引起的变形，在工件脱模后产生的弹性恢复造成的。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、凹模间隙。

当间隙值较大时，材料受拉伸作用增大，冲裁完毕后，因材料的弹性恢复，冲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，材料的弹性恢复使落料件尺寸增大，而冲孔件的孔径则变小，冲裁件的尺寸变化量的大小还与材料性能、厚度、轧制方向、冲件形状等因素有关。模具制造精度及模具刃口状态也会影响冲裁件质量。

c.对弯曲的影响。冲裁过程中由于材料受到弯矩作用而产生弯曲，若变形达到塑性区，冲裁件脱模后即使回弹，工件仍残留有一定弯曲，这种弯曲程度随凸、凹模间隙的大小、材料性能及材料支撑方法而异。图6-121所示为在1.6mm厚的钢板上冲制ф20mm的冲件试验所求得的凸、凹模刃口双面间隙与冲件曲率半径的关系。图中间隙Z一般为冲板厚度的百分之几，单位为mm。固定支持指冲件冲裁时采用固定板压紧周边，反之为自由支持。

②冲裁间隙的确定。冲裁凸模工作的横断面一般小于凹模，两者尺寸之差称为间隙。凹模与凸模间每侧的间隙称为单面间隙；两侧间隙之和称为双面间隙。一般冲裁间隙指双面间隙。如图6-122所示，设凹模刃口尺寸为D，凸模刃口尺寸为d，冲裁间隙Z用式（6-38）表示，即

Z=D-d （6-38）

式中 Z——冲裁间隙，mm；

D——凹模直径，mm；

d——凸模直径，mm。

冲裁间隙Z是一个重要的工艺参数，Z值的大小直接影响冲裁的质量，如出现冲出的零件飞边大、撕裂、尺寸不符等；其次，对冲裁力、卸料力、推件力以及模具使用寿命等都有影响。因此，必须合理选择一个适当的冲裁间隙的范围。间隙范围的上限为最大的合理间隙Z_max；下限为最小合理间隙Z_min。由于凹凸模间隙工作时将会逐渐增大，因此，在制造新模具时应采用最小的合理间隙。对精度要求不高，间隙大一点又不影响零件使用时，为减少模具的磨损应采用大一些的间隙。

间隙的选择可以通过计算方法确定，也可采用查表法。计算法可用式（6-39）：

Z_min=kδ （6-39）

式中 Z_min——最小间隙，mm；

δ——材料厚度，mm；

k——与材料性质、厚度有关的系数，常用材料系数k，见表6-43。

图6-121 间隙与冲件曲率半径的关系

图6-122 冲裁间隙

表6-43 常用材料系数k

图6-123 CG1—30型半自动气割机

（3）热切割

1）半自动气割机。图6-123所示为CG1—30型半自动气割机，是目前应用最普遍的一种半自动气割机，它由一台小车带动割嘴在专用轨道上移动，但轨道的轨迹需要人工调整。当轨道是直线时，割嘴可以进行直线切割；当轨道呈一定的曲率时，割嘴可以进行一定的曲线气割；如果轨道是一根带有磁铁的导轨，小车利用爬行齿轮在导轨上爬行，割嘴可以在倾斜面或垂直面上进行气割。半自动气割机在切割时，除可以以一定速度沿切割线自动移动外，其他操作均由手工完成。

2）仿形气割。仿形气割的样板可用厚3～6mm的低碳钢板制成，由于割缝的宽度与磁头直径不一样大，因此样板的尺寸就不能与零件尺寸完全一样。图6-124所示为样板与被切割零件的关系，仿形气割的样板有外形样板及内形样板两种，可根据切割的具体情况来选用。

①外形样板。在进行气割时，由于切口具有一定的宽度，这样在切割封闭形状或曲线时，割下的零件和余料（或弃除部分）在相同部位具有不同的尺寸，因此，在设计和计算样板尺寸时，应考虑零件上切割部分是外形还是内形。

如图6-125a所示，切割零件的外形时，可按式（6-40）和式（6-41）计算：

A=B-（d-b） （6-40）

图6-124 磁头、割嘴和样板位置示意

式中 A——样板尺寸，mm；

B——零件尺寸，mm；

d——磁头滚轮直径，mm；

b——切口的宽度，mm；

r——样板的圆弧半径，mm；

R——零件的圆弧半径，mm。

如图6-125b所示，切割零件的内形时，可按式（6-42）和式（6-43）计算：

A=B-（d+b） （6-42）

图6-125 外形样板切割零件

a）切割零件的外轮廓线b）切割零件的内轮廓线

②内形样板。切割零件的外形时（见图6-126a），可按式（6-44）和式（6-45）计算：

A=B+（d+b） （6-44）

或

切割零件的内形时（见图6-126b），按式（6-46）和式（6-47）计算：

A=B+（d-b） （6-46）

其中，只有用内形样板切割零件的外形时，才能切出R=0的尖角，其余都不能切出尖角，切出零件的最小R值为b/2。

图6-126 内形样板切割零件

a）切割零件的外轮廓线 b）切割零件的内轮廓线

3）光电跟踪切割。光电跟踪切割是一台利用光电原理对切割线进行自动跟踪移动的切割机，它适用于形状复杂的零件切割，是一种高效率、多比例的自动化切割设备。

光电跟踪原理有光量感应法和脉冲相位法两种基本形式。光量感应法是将灯光聚焦形成的光点投射到钢板所划的线上（要求线粗一些，以便跟踪），并使光点的中心位于所划线的边缘，如图6-127所示，若光点的中心位于线条的中心时，白色线条会使反射光减少，光电感应电也相应减少，通过放大器后控制和调节伺服电动机，使光点中心恢复到线条边缘的正常位置。

图6-127 光电跟踪原理图

光电跟踪切割机不需要编程和输入大量的数据，可省去制作划线样板，节约划线所需的材料和工时，而巨能同时切割出多个零件。缺点是除了切割平台外，还需配备跟踪平台，切割机的占地面积较大，因此，光电跟踪切割长度和跟踪宽度大多数在2m以下。

4）数控切割

①数控切割工作。数控切割是按照数学指令规定的程序进行的热切割。它是根据被切割零件的图样和工艺要求，编制成以数码表示的程序，输入到设备的数控装置或控制计算机中，以控制切割器具按照给定的程序自动地进行切割的工艺方法。数控切割的工作流程如图6-128所示。

a.编制数控切割程序。要把被加工零件的切割顺序、切割方向及有关参数等信息，按一定格式记录在切割机所需要的输入介质（如磁盘）上，然后再输入切割机数控装置，经数控装置运算变换以后控制切割机的运动，从而实现零件的自动切割。从被加工的零件图样到获得切割机所需控制介质的全过程称为切割程序编制。

b.数控切割。切割时，编制好的数控切割程序通过光电输入机读入专用计算机中，专用计算机根据输入的切割程序计算出气割头的走向和应走的距离，并以一个个脉冲向自动切割机构发出工作指令，控制自动切割机构进行点火、钢板预热、钢板穿孔、切割和空行程等动作，从而完成整张钢板上所有零件的切割工作。

②数控切割机的组成。数控切割机的组成如图6-129所示，其组成可以概括为两大部分：控制装置和执行机构。

图6-128 数控切割机工作流程图

图6-129 数控切割系统

控制装置包括输入装置和计算机。

a.输入装置。输入装置的作用是将编制好的用数码表示的指令，读入到计算机中，将人的命令语言翻译成计算机能识别的语言。

b.计算机。计算机的作用是对读入的指令和切割过程中反馈回来的切割器具所处的位置信号进行计算，将计算结果不断地提供给执行机构，以控制执行机构按照预定的速度和方向进行切割。

执行机构包括驱动系统、机械系统和气割系统。

a.驱动系统。由于计算机输出的是一些微弱的脉冲信号，不能直接驱动数控切割机使用的步进电动机，所以，还需将这些微弱的脉冲信号真实地加以放大，以驱动步进电动机转动。驱动系统正是这样一套特殊的供电系统：一方面，它能保持计算机输出的脉冲信号不变，同时，又能依据脉冲信号提供给步进电动机转动所需要的电能。

b.机械系统。机械系统的作用是通过丝杠、齿轮或齿条传动，将步进电动机的转动转变为直线运动。纵向步进电动机驱动机体做纵向运动，横向步进电动机驱动横梁上的气割系统做横向运动，控制和改变纵、横向步进电动机运动的速度和方向，便可在二维平面上割出各种各样的直线或曲线来。

c.气割系统。气割系统包括割炬、驱动割炬升降的电动机和传动系统，以及点火装置、燃气和氧气管道的开关控制系统等。在大型数控切割机上，往往装有多套割炬，可实现同时切割，有效地提高工作效率。

5）等离子弧切割。

①等离子弧切割是一种新工艺，它利用气体介质通过电弧产生“等离子体”。等离子弧可以通过极大的电流，具有极高的温度，因其截面很小，能量高度集中，在喷嘴出口的温度可达20000℃，可以进行高速切割。等离子弧发生装置如图6-130所示。由于等离子弧中的正离子和电子等各种带电粒子所带正、负电荷的数量相等，整个等离子弧呈中性。常用等离子弧的工作气体是氮、氩、氢，以及它们的混合气体，用得最多、最广泛的是氮气。因为氮的成本低，化学性能不活跃，但氮气的纯度应不低于99.5%（体积分数）。若其中的含氧或水汽量较多，会使钨极严重烧损。

图6-130 等离子弧割嘴

1—工件 2—弧芯 3—保护气体 4—电极 5—等离子气体 6—气体透镜 7—外部冷气层

②等离子弧切割应用。目前等离子弧割炬的基本结构有转移型、非转移型两种（见图6-131）。切割金属用的等离子弧是转移型，如图6-131b所示，可以切割各种高熔点金属及用其他切割方式不能切割的金属，如不锈钢、耐热钢、钛、钼、钨、铜、铝、铸铁及其他合金等，还可以切割各种非金属材料。在采用非转移型（见图6-131a）电弧时，由于工件不通电，所以还能切割各种非导电材料，如耐火砖、混凝土、花岗石等。

6）激光切割。激光切割是20世纪60年末发展起来的新技术，它是以聚焦的激光束作为能源轰击工件所产生的热量焊接和切割的方法。

图6-132所示为激光器利用原子或分子受激辐射的原理，使工件物质产生激光光束，激光光束在经聚焦系统在工件上聚焦后，几毫秒内光能转变为热能，产生万摄氏度以上的高温，使工件熔化和汽化，从而进行焊接和切割。

激光是一种单色性好、方向性强及亮度高的光束，经聚焦后激光光束的能量密度很高（达1013W/cm²），比等离子弧、电子束还高；激光束可在空气中被传送到相当远的距离，而不发生严重的功率衰减；激光束在正常的金属加工操作中不会产生X射线。但激光束会被工件表面显著反射，妨碍能量向工件的传输，从而会影响切割的正常进行。

图6-131 等离子弧割炬

a）内部阳极的非转移型 b）以工件为阳极的转移型

图6-132 激光焊接和切割示意

1—激光束 2—开关 3—45°反射镜 4—气体 5—聚焦光束 6—工件

以上各种热切割方法在选用时要依具体情况不同而异，但基本选用原则有以下几个：

①板厚在25mm以下、边缘为直线、尺寸不太大的钢板零件应该采用剪切，而板厚大于25mm的钢板剪切时，边缘会产生较大的变形，又受剪切设备能力的限制，故一般都采用氧气切割。

②边缘为曲线的厚钢板件，一般都采用氧气切割。但对于批量很大、尺寸较小的零件应采用冲裁方法。

③尺寸较小、周边为曲线、要求形状一致的钢板件，可以采用仿形切割。对于质量要求较高的任意形状钢板件，应尽量采用光跟踪切割或数控切割。

④边缘为曲线的不锈钢、有色金属零件，应采用等离子弧切割，直边应采用剪切。

⑤在切割直线和坡口时，应尽量采用半自动切割机代替手工切割，以提高切割质量。

⑥对零件边缘既有曲线又有直线时，可以先剪切后火焰切割，这样既可以提高生产率，又使边缘整齐。