1、14/8/2022第二章 沖裁 沖裁沖裁是利用沖模使板料產生分離的一種沖壓工序是利用沖模使板料產生分離的一種沖壓工序，它包它包括括落料、沖孔、切口、剖切、修邊落料、沖孔、切口、剖切、修邊等。主要指等。主要指落料、沖孔落料、沖孔。 落料落料是指從板料沖下所需形狀的零件（毛坯）。制取一是指從板料沖下所需形狀的零件（毛坯）。制取一定外形的沖落部分。定外形的沖落部分。 沖孔沖孔在工件上沖出所需形狀的孔（沖去的為廢料）。制在工件上沖出所需形狀的孔（沖去的為廢料）。制取內孔。取內孔。 24/8/2022第二章 沖裁2.1沖裁變形過程分析沖裁變形過程分析沖裁是利用模具使板料沿著一定的輪廓形狀產生分離的一種沖

2、裁是利用模具使板料沿著一定的輪廓形狀產生分離的一種沖壓工序。沖壓工序。 圖圖2.1所示為沖裁加工示意圖。由圖可見，沖裁加工必須使用模具。圖中所示為沖裁加工示意圖。由圖可見，沖裁加工必須使用模具。圖中1為為凸模，凸模，2為凹模，凸模端部及凹模洞口邊緣的輪廓形狀與工件形狀對應，并為凹模，凸模端部及凹模洞口邊緣的輪廓形狀與工件形狀對應，并有鋒利的刃口。凸模刃口輪廓尺寸略小于凹模，其差值稱為沖裁間隙。有鋒利的刃口。凸模刃口輪廓尺寸略小于凹模，其差值稱為沖裁間隙。 圖2.1 沖裁加工示意圖1凸模；2凹模34/8/2022第二章 沖裁沖裁過程變形機理分析1.受力情況分析Fp1、Fp2 凸、凹模對板料的垂直

3、作用力；凸、凹模對板料的垂直作用力；F1、F2凸、凹模對板料的側壓力；凸、凹模對板料的側壓力；Fp1、Fp2凸、凹模端面與板料間的摩擦力，其方向與間隙大小有關，凸、凹模端面與板料間的摩擦力，其方向與間隙大小有關，一般從模具刃口指向外；一般從模具刃口指向外；F1、F2凸、凹模側面與板料間的摩擦力凸、凹模側面與板料間的摩擦力 由于由于M使板料彎曲并從模具使板料彎曲并從模具表面上翹起，使模具表面和板料表面上翹起，使模具表面和板料的接觸面僅限在刃口附近的狹小的接觸面僅限在刃口附近的狹小區域，其接觸面寬度約為板厚的區域，其接觸面寬度約為板厚的0.20.4。接觸面間相互作用的。接觸面間相互作用的垂直壓力并

4、不均勻，垂直壓力并不均勻， 隨著向模隨著向模具刃口的逼近而急劇增大。具刃口的逼近而急劇增大。44/8/2022第二章 沖裁剪切區的應力狀態分析剪切區的應力狀態分析A點點凸模下壓引起軸向拉應力凸模下壓引起軸向拉應力3。板料彎曲與凸模側壓力引起徑向壓應力。板料彎曲與凸模側壓力引起徑向壓應力1，切向應力切向應力2為板料彎曲引起的壓應力與側壓力引起的拉應力的合成應力為板料彎曲引起的壓應力與側壓力引起的拉應力的合成應力B點點凸模下壓與板料彎曲引起的三向壓縮應力。凸模下壓與板料彎曲引起的三向壓縮應力。C點點沿纖維方向為拉應力沿纖維方向為拉應力1，垂直于纖維方向為壓應力，垂直于纖維方向為壓應力3。D點點凹模

5、擠壓板料產生軸向壓應力凹模擠壓板料產生軸向壓應力3，板料彎曲引起徑向拉引力，板料彎曲引起徑向拉引力1和切向和切向 拉應力拉應力2。E點點凸模下壓引起軸向拉應力凸模下壓引起軸向拉應力3，板料彎曲引起拉應力與凹模側壓力引，板料彎曲引起拉應力與凹模側壓力引起的壓應力合成產生應力起的壓應力合成產生應力1與與2，該合成應力可能為拉應力，可能為壓應力。，該合成應力可能為拉應力，可能為壓應力。54/8/2022第二章 沖裁2.變形過程 模具間隙正常時，金屬材料的沖裁過程可分四個階段：模具間隙正常時，金屬材料的沖裁過程可分四個階段：彈性變形階段：板料產生彈性壓縮、彎曲和拉伸等變形；板料產生彈性壓縮、彎曲和拉伸

6、等變形；塑性變形階段：板料的應力達到屈服極限，板料開始產生塑性剪切變形；板料的應力達到屈服極限，板料開始產生塑性剪切變形；萌生裂紋階段：當切刃附近材料各層中達到極限應變與應力值時，產生微裂紋。當切刃附近材料各層中達到極限應變與應力值時，產生微裂紋。 斷裂分離階段：已成形裂紋沿最大剪應變速度方向向材料內延伸，呈楔形狀發展。已成形裂紋沿最大剪應變速度方向向材料內延伸，呈楔形狀發展。64/8/2022第二章 沖裁分離過程的四個階段，使沖裁件斷面明顯分為四個部分：a 塌角； b光亮帶；c剪裂帶；d毛刺74/8/2022第二章 沖裁2.2 模具間隙模具間隙是指模具間隙是指：凸凹模刃口間縫隙的距離，用符號

7、c表示，稱為單面間隙。而雙面間隙用Z表示。間隙對沖裁件的質量、沖裁力、模具壽命沖裁件的質量、沖裁力、模具壽命的影響很大。影響沖裁件質量的因素有：影響沖裁件質量的因素有：1 1）凸凹模間隙大小及分布的均勻性，模具刃口尺寸狀態。）凸凹模間隙大小及分布的均勻性，模具刃口尺寸狀態。2 2）模具結構與制造精度，材料性質等。）模具結構與制造精度，材料性質等。間隙值大小間隙值大小與均勻程度均勻程度起主要因素。84/8/2022第二章 沖裁1.間隙對沖裁件質量的影響主要影響因素主要影響因素： 1）間隙對切斷面質量的影響；間隙對切斷面質量的影響； 間隙過小：間隙過小：將產生二次剪切，出現擠長毛刺，制件中部留有撕

8、裂帶，制件將產生二次剪切，出現擠長毛刺，制件中部留有撕裂帶，制件穹彎小，斷面垂直。穹彎小，斷面垂直。94/8/2022第二章 沖裁間隙過大：材料彎曲與拉伸增大，拉應力增大，材料易被撕裂，塌角（圓 角帶）與撕裂斜度都增大，毛刺大而厚。間隙適中：制件斷面有一定斜度，比較平直，光潔，毛刺很小，且沖裁力 小。2）間隙對尺寸精度的影響間隙過大時：材料所受拉伸作用增加，沖裁后使落料尺寸小于凹模尺寸， 沖孔孔徑大于凸模直徑。間隙過小時：擠壓力增大，沖裁后使落料件尺寸增大，沖孔孔徑變小。3）間隙對沖裁力的影響當間隙小于或大于合理間隙時：沖裁力F，上、下模裂紋不重合，剪切 力沖階段性下降。4）間隙對模具壽命的影

9、響。提高模具壽命一般采用較大的模具間隙，若采用較小間隙，就必須提高模提高模具壽命一般采用較大的模具間隙，若采用較小間隙，就必須提高模具的硬度與模具制造光潔度、精度，改善潤滑條件，以減少磨損。具的硬度與模具制造光潔度、精度，改善潤滑條件，以減少磨損。104/8/2022第二章 沖裁在長期的研究中發現影響的規律各不相同。能同時滿足沖裁件斷面質量最佳、尺寸精在長期的研究中發現影響的規律各不相同。能同時滿足沖裁件斷面質量最佳、尺寸精度最高、壽命最長、沖裁力最小等各方面要求。在實際生產中，間隙的選用主要考慮度最高、壽命最長、沖裁力最小等各方面要求。在實際生產中，間隙的選用主要考慮降低沖裁力降低沖裁力和和

10、模具壽命模具壽命這兩個主要因素，它與生產成本和產品質量密切相關。因此，這兩個主要因素，它與生產成本和產品質量密切相關。因此，并不存在一個絕對合理的間隙值，并不存在一個絕對合理的間隙值，只能給出一個合理的間隙范圍供選擇。只能給出一個合理的間隙范圍供選擇。2.合理間隙的確定方法合理間隙的確定方法：tg)th( ttg)ht (C0011）理論確定法）理論確定法：114/8/2022第二章 沖裁mtZ 2）經驗確定法）經驗確定法：一般情況采用雙面間隙：一般情況采用雙面間隙：材料種類材料種類材料厚度（材料厚度（t t）雙面間隙（雙面間隙（Z Z）軟材料軟材料1mm1mm（6%8%6%8%）t t13m

11、m13mm（10%15%10%15%）t t35mm35mm（15%20%15%20%）t t硬材料硬材料1mm1mm（8%10%8%10%）t t13mm13mm（11%17%11%17%）t t35mm35mm（17%25%17%25%）t t124/8/2022第二章 沖裁表表2-2 沖裁模合理間沖裁模合理間隙值（隙值（經驗值）經驗值）134/8/2022第三章 沖裁I、II、III分指沖裁件斷面質量、尺寸精度要求級別高、中、低144/8/2022第二章 沖裁凸模和凹模的制造公差，主要與沖裁件的凸模和凹模的制造公差，主要與沖裁件的精度和形狀精度和形狀有關。一般比沖裁件有關。一般比沖裁件的

12、精度高的精度高23級，如果級，如果對刃口精度要求過高對刃口精度要求過高，勢必增加模具制造成本和難，勢必增加模具制造成本和難度，度，生產周期長生產周期長；如果；如果對刃口精度要求過低對刃口精度要求過低，沖制的，沖制的零件不合格零件不合格。其零件。其零件精度與模具制造精度的關系如下表精度與模具制造精度的關系如下表2-3所示。如零件僅為名義尺寸，即未所示。如零件僅為名義尺寸，即未標注公差，對非圓形件按國家標準標注公差，對非圓形件按國家標準IT14處理，而沖模制造公差可按處理，而沖模制造公差可按IT11級選取；對于圓形件，一般可按級選取；對于圓形件，一般可按IT6IT7精度制造模具。精度制造模具。表表

13、2-3 沖模制造精度與沖裁件尺寸精度之間的關系沖模制造精度與沖裁件尺寸精度之間的關系 154/8/2022第二章 沖裁表表2-4 非金屬材料沖裁模初始雙面間隙非金屬材料沖裁模初始雙面間隙 164/8/2022第二章 沖裁3 3 合理間隙的選擇原則合理間隙的選擇原則 生產實踐證明，生產實踐證明，沖裁間隙取小值時，沖裁件的斷面質量較好。沖裁間隙取小值時，沖裁件的斷面質量較好。間隙過間隙過小會增大沖裁力和退料力，降低模具使用壽命。因此，在選擇沖裁間隙時，小會增大沖裁力和退料力，降低模具使用壽命。因此，在選擇沖裁間隙時，應綜合考慮各方面因素：應綜合考慮各方面因素： (1)(1)當沖裁件當沖裁件斷面質量

14、要求不高時斷面質量要求不高時，在合理的間隙范圍內，應，在合理的間隙范圍內，應盡量取較盡量取較大的間隙，大的間隙，從而有利于延長模具壽命，降低沖裁力、推件力、卸料力。從而有利于延長模具壽命，降低沖裁力、推件力、卸料力。 (2)當當沖裁件質量要求高沖裁件質量要求高時，在合理間隙范圍內，時，在合理間隙范圍內，應盡量取較小值應盡量取較小值，這，這樣盡管模具壽命有所降低，但保證了零件的沖裁質量。樣盡管模具壽命有所降低，但保證了零件的沖裁質量。 在設計沖模時，一般取在設計沖模時，一般取Zmin作為初始間隙，主要是考慮模具工作一段時作為初始間隙，主要是考慮模具工作一段時間之后，要進行刃磨。修磨后會使間隙增大

15、，使間之后，要進行刃磨。修磨后會使間隙增大，使Zmin向向Zmax過渡。所以，為過渡。所以，為了使模具能在較長時間內沖制出合格的零件，提高模具的利用率，降低生產了使模具能在較長時間內沖制出合格的零件，提高模具的利用率，降低生產成本，一般設計模具時取成本，一般設計模具時取Zmin作為初始間隙。作為初始間隙。174/8/2022第二章 沖裁2.3 凸凹模刃口尺寸確定與計算 凸凹模刃口尺寸精度是影響沖裁件尺寸精度的首要因素。必須考慮到光亮帶尺寸決定制件尺寸和模具在使用中的磨損。1.決定模具刃口尺寸及制造公差應遵循的依據和原則決定模具刃口尺寸及制造公差應遵循的依據和原則1）沖孔件尺寸沖孔件尺寸決定于凸

16、模尺寸凸模尺寸，設計沖孔模時應以凸模為基準，凸模為基準，間隙取在凹模上。間隙取在凹模上。2）落料件尺寸落料件尺寸決定于凹模尺寸凹模尺寸，設計落料模時應以凹模為基準，凹模為基準，間隙取在凸模上。間隙取在凸模上。3） 考慮到沖模的磨損磨損，落料凹模刃口尺寸應靠近落料件公差范圍內的最小尺寸，沖孔凸模刃口尺寸應靠近孔的公差范圍內的最大尺寸。4）凸凹模間隙取最小合理間隙最小合理間隙184/8/2022第二章 沖裁minmaxdpZZ)ZZ(.minmaxp40式中：式中：p 、d 分別為凸、凹模制造公差，分別為凸、凹模制造公差，mm； Zmax、Zmin 最大、最小合理間隙值，最大、最小合理間隙值，mm

17、。可查表。可查表。 當凸模與凹模分開加工時，其公差應保證有如下關系當凸模與凹模分開加工時，其公差應保證有如下關系：或或或或)ZZ(.minmaxd60194/8/2022第二章 沖裁2. 凸凹模刃口尺寸計算方法凸凹模刃口尺寸計算方法1）分開加工分開加工：分別標注凸凹模刃口尺寸及公差，適于圓形及簡單形狀。00ppminmindpZxD)ZD(D0p)xd(dpddminminpdZxd)Zd(d00dxDDd)(落料凹模：落料凹模：沖孔凹模：沖孔凹模：沖孔件尺寸d+，若落料件尺寸D- ，則落料凸模：落料凸模： 沖孔凸模：沖孔凸模：204/8/2022第二章 沖裁 在同一工步中沖出制件兩個以上孔時

18、，凹模型孔中心距 Ld按下式確定 ：125050.).L(Lmind Dp、Dd分別為落料凸模和凹模尺寸，分別為落料凸模和凹模尺寸，mm；dp、dd分別為沖孔凸模和凹模尺寸，分別為沖孔凸模和凹模尺寸，mm； 工件的制造公差，工件的制造公差，mm； D、d分別為落料件的基本尺寸和工件孔的基本尺寸，分別為落料件的基本尺寸和工件孔的基本尺寸，mm； Zmin最小合理間隙（雙面），最小合理間隙（雙面），mm； p、d分別為凸模和凹模的制造公差，分別為凸模和凹模的制造公差，mm。 x磨損系數，與制造精度有關，可從表磨損系數，與制造精度有關，可從表2-4中選取。中選取。214/8/2022表表2-5 規則

19、形狀（圓形、矩形）沖裁模凸、凹模制造公差規則形狀（圓形、矩形）沖裁模凸、凹模制造公差 mm 224/8/2022第二章 沖裁表表2-6 磨損系數磨損系數x 234/8/2022第二章 沖裁maxmin0.64,0.46,0.02,0.03pdZZ 例題：加工一批墊圈，材料為例題：加工一批墊圈，材料為Q235A鋼，分鋼，分別計算落料和沖孔的凸、凹模刃口部分尺寸。別計算落料和沖孔的凸、凹模刃口部分尺寸。墊圈零件尺寸如圖墊圈零件尺寸如圖2-6所示。所示。 解：落料的凸模、凹模刃口尺寸：解：落料的凸模、凹模刃口尺寸：凹模刃口尺寸：凹模刃口尺寸：凸模刃口尺寸：凸模刃口尺寸：查表查表2-2、表、表2-5、

20、表、表2-7得：得：dxDDd00minpZDDdP圖2-6 墊圈 ，x=0.5沖孔凸模、凹模刃口尺寸：沖孔凸模、凹模刃口尺寸：0pxddpdZddpd0min244/8/2022第二章 沖裁0.020.03 W沖 (W壓力機所規定的每次行程總功)mFtW310沖324/8/2022第二章 沖裁334/8/2022第二章 沖裁2.降低沖裁力的方法1）材料加熱紅沖材料加熱紅沖 材料在加熱狀態下剪切強度大大下降，因而可以降低沖裁力。但材料加熱后會產生氧化皮，還會產生變形，故此法只適用于厚板或工件表面質量及尺寸精度要求不高的工件。表表2-6 2-6 鋼在加熱狀態的抗剪強度鋼在加熱狀態的抗剪強度/MP

21、a/MPa 344/8/2022第二章 沖裁2）多凸模階梯布置）多凸模階梯布置 在多凸模的沖裁中，將凸模做成不同長度，呈階梯布置，可使各個凸模沖裁力的最大值不同時出現。從而降低了總的沖裁力。凸模間的高度差按材料厚度確定： t3mm, h=t；t3mm, h=0.5t 采用階梯布置凸模時,應盡可能對稱布置同時應把小凸模做得短一些，大凸模做得長一些，這樣可以避免小凸模由于材料流動的側壓力而產生傾斜或折斷的現象。354/8/2022第二章 沖裁a) 、b)、c)斜刃落料；斜刃落料；d)、e)、f) 斜刃沖孔；斜刃沖孔；3）斜刃沖裁）斜刃沖裁 平刃口沖裁時，整個刃口平面同時接觸板料，而斜刃口沖裁時，由

22、于刃口是傾斜的，沖裁時刃口不是同時切入，而是逐步沖切材料，這樣相當于減小了沖切斷面積。因而降低沖裁力。 采用斜刃口沖裁時，為了獲得平整的工件，落料落料時凸模應做成平刃口凸模應做成平刃口，把斜刃做在凹模上，如圖2-10(a)、(b)、(c)。沖孔沖孔時應把凹模做成平刃口凹模做成平刃口，把斜刃做在凸模上，如圖2-10(d)、(e)、（f）。364/8/2022第二章 沖裁表表2-7 斜刃參數斜刃參數 374/8/2022第二章 沖裁3.卸料力、推料力、頂件力卸料力從凸模將零件或廢料卸下的力推件力從凹模內順沖裁方向將零件或廢料推出的力頂件力從凹模內逆沖裁方向將零件或廢料推出的力 為系數，可查表，n為

23、卡在凹模中工件或廢料數。FKF卸卸FKnF推推FKF頂頂卸K推K頂K384/8/2022第二章 沖裁 在選擇壓力機噸位時，總的沖裁力計算，不能將幾個力簡單相加，而要根據所設計模具的具體結構和采用的卸料與出件方式決定，計算總沖裁力時區別對待。 采用彈性卸料彈性卸料和上出件上出件方式時，總沖裁力為： F總總=F+F頂頂+F卸卸 采用彈性卸料彈性卸料和下出件下出件方式時，總沖裁力為： F總總=F+F推推+F卸卸 采用剛性卸料剛性卸料和下出件下出件方式時，總沖裁力為： F總總=F+F推推394/8/2022第二章 沖裁2.5 工件的排樣與搭邊 排樣排樣 沖裁件在板料或調料上的布置方式，稱為沖裁件的排樣

24、，簡稱排樣。排樣的目的在于減少材料的消耗，降低零件成本，提高生產率，延長模具壽命。1 材料的利用率材料的利用率 對沖裁件來說，一般材料占零件總成本60%以上，可見材料利用率是一個重要的經濟指標。所謂材料利用率是指沖沖裁件的實際面積裁件的實際面積與所用板料面積的百分比所用板料面積的百分比，是具體衡量排樣合理性的指標。 404/8/2022第二章 沖裁(1)沖裁單個零件時，可用以下公式計算：沖裁單個零件時，可用以下公式計算：%1000AA式中:材料利用率； A0沖裁件的實際面積，mm2； A沖裁該工件所需板料面積，mm2 (2) 采用條料沖裁多個零件的材料利用率，可按下式計算：采用條料沖裁多個零件

25、的材料利用率，可按下式計算：式中:材料利用率； A0單只沖裁件的實際面積，mm2； n該條料上所能沖制出的沖裁件個數； L條料（帶料或板料）的長度,mm； B條料（帶料或板料）的寬度,mm。 值越大，說明廢料越少，材料利用率越高。值越大，說明廢料越少，材料利用率越高。%1000BLnA414/8/2022第二章 沖裁2 2常見的排樣方式常見的排樣方式 (1)有廢料排樣 如圖2-12(a)所示，沿工件外形沖裁，工件周邊都留有搭邊，可利用搭邊補償誤差，因而能保證沖裁件的精度和質量，沖裁模的壽命也較高，缺點是材料利用率低，零件成本高。 (2)少廢料排樣 如圖2-12(b)所示，沿工件部分外形沖裁，僅

26、在局部留有搭邊和余料。 (3)無廢料排樣 如圖2-12(c)所示，沿工件外形沖裁，無搭邊和工藝廢料。424/8/2022第二章 沖裁a)a)有廢料排樣；有廢料排樣；b)b)少廢料排樣；少廢料排樣；c)c)無廢料排樣無廢料排樣 圖圖2-12 2-12 三類排樣方式三類排樣方式 434/8/2022第二章 沖裁 采用少、無廢料排樣，可使材料利用率提高到7595%，對節省材料有極其重大的意義。同時，因沖裁周邊減小，可降低沖裁力并簡化沖模結構。但少無廢料沖裁也存在一些缺點，由于條料自身的公差和條料導向與定位所產生誤差的影響，沖裁件所能達到的精度和質量都較差，同時模具的壽命也低，沖裁件的斷面質量差。 無

27、論是有廢料、少廢料和無廢料排樣中，其排樣型式一般分為直排、斜排、直對排、斜對排、混合排和多行排等，如表2-9。 444/8/2022第二章 沖裁454/8/2022第二章 沖裁3搭邊搭邊 排樣時，工件之間工件之間以及工件工件與條料側邊之間留下的余料條料側邊之間留下的余料叫搭邊。搭邊的作用主要是補償定位誤差，保證沖出合格的零件。搭邊還可以保證條料有一定剛度，利于送料。 搭邊值需要合理確定。搭邊值過大，則材料利用率降低，增加零件成本，浪費材料。搭邊值過小，在沖裁中會將材料拉斷，使零件產生毛刺，嚴重時會將拉斷的材料擠入凸模與凹模間隙之中，損壞模具刃口。降低模具壽命。搭邊值的大小與下列因素有關： (1)材料的力學性能材料的力學性能 硬材料的搭邊值可小一些。軟材料、脆性材料的搭邊值要大一些。(2)零件的形狀與尺寸零件的形狀與尺寸 沖裁件的尺寸大小或有尖凸的復雜形狀，搭邊值要取大一些。(3)材料厚度材料厚度 材料越厚所取的搭邊值相應大些。(4)送料方式與擋料方式送料方式與擋料方式手工送料，有側壓板導向的搭邊值可以小一些。464/8/2022第二章 沖裁表2-10 搭邊值 474/8/2022第二章 沖裁3.6 精密沖裁1.精密沖裁 它能在一次沖壓行程中獲得比普通沖裁零件尺寸精度高、