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冲裁
思维导图，备课神器，粗到体系，细到基点。五四青年，热爱打铁，冲裁世界，与您分享。冲裁是利用冲模使部分材料或工序件与另一部分材料、工（序）件或废料分离的一种冲压工序。冲裁是剪切、落料、冲孔、冲缺、冲槽、剖切、凿切、切边、切舌、切开、整修等分离工序的总称。
编辑于2021-05-04 14:51:28- 冲压工艺学
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冲裁
1. 冲裁变形过程分析
1.1. 冲裁定义：利用模具使板料产生分离的冲压工序
落料
利用模具使板料的一部分与另一部分沿一封闭的轮廓线相分离，得到封闭轮廓线以内的部分
冲孔
利用模具使板料的一部分与另一部分沿一封闭的轮廓线相分离，得到封闭轮廓线以外的部分

切边
切口
剖切
整修
精密冲裁
1.2. 冲裁时材料的受力情况
凸、凹模对材料的垂直作用力
凸、凹模的垂直作用力不在一条线上，形成弯矩
凸、凹模对材料的侧压力
凸、凹模端面对材料的摩擦力

1.3. 冲裁过程板料应力状态
A点
径向或纤维方向压应力(弯曲内侧及凸模侧压力引起)
切向压应力(弯曲内侧受压)
轴向或厚向拉应力(凸模下压引起)
B点
凸模下压及弯曲内侧受压引起的三向压应力
压应力成分多
凸模侧静水压应力大
极限应变更大
C点
径向或纤维方向拉应力(弯曲外侧受拉引起)
切向拉应力(弯曲外侧受拉引起)
轴向或厚向压应力(凹模压力引起)
D点
径向或纤维方向拉应力(弯曲外侧受拉引起)
切向拉应力(弯曲外侧受拉引起)
轴向或厚向拉应力(凸模拉引起)
拉应力成分多
凹模侧静水压应力小
极限应变更小
裂纹在凹模侧首先产生

1.4. 冲裁变形过程
弹性变形阶段
应力状态
材料内部应力状态处于弹性极限以内，未满足塑性变形条件
变形特征
凸模下材料略有拱弯(锅底形)
凹模上材料略有上翘
间隙越大，拱弯和上翘越严重
变形性质
弹性压缩、弯曲、拉伸，卸载后完全回复
塑性变形阶段
应力状态
材料屈服，产生塑性变形，凸、凹模刃口附近产生应力集中，直到材料强度极限
变形特征
凸模下材料拱弯变形增大
凹模上材料上翘更严重
变形性质
塑性压缩、弯曲、拉伸，卸载不能回复
断裂分离阶段
应力状态
刃口附近材料应力集中达到强度极限，开始产生裂纹
变形特征
先后在凹模与凸模刃口侧面产生裂纹，并沿着最大剪应力方向向材料内层发展，上下裂纹相遇，使材料分离

1.5. 冲裁力-行程曲线

变化规律
AB段，相当于弹性变形阶段，冲裁力随形成逐渐增大
BC段，塑性变形阶段，冲裁力随行程逐渐增大到最大值
CD段，断裂分离阶段，冲裁力因材料断裂分离随行程减小
DE段，克服摩擦力，冲件由凸模推出凹模
1.6. 冲裁断面特征
圆角带
形成于弹性变形阶段
材料在凸模作用下产生弯曲和拉伸变形
材料被凸模拉入凸凹模间隙而形成
材料塑性越好，圆角越大
光亮带
形成于塑性变形阶段
刃口切入板料后，板料与模具侧面发生挤压而形成光亮垂直的断面
光亮带所占比例越大，冲裁件断面质量越好
延长塑性变形阶段，推迟裂纹产生，是增加光亮带的关键
断裂带
形成于断裂分离阶段
刃口裂纹扩展形成的撕裂带
断面粗糙并有一定斜度(锥度)
材料塑性越差、凸凹模间隙越大，拉应力越大，断裂带(剪裂带)越宽，斜度也越大
毛刺
形成于塑性变形后期
凸凹模刃口高静水压应力，使得裂纹不在刃口发生，而在离刃口不远的地方产生，再加上凸凹模间隙及刃口不锋利，最后刃口位置材料被拉裂形成毛刺
对于普通冲裁，毛刺很难避免

1.7. 冲裁件质量影响因素与改进措施
冲裁件质量定义
断面质量、尺寸精度及形状误差
断面应平直、光洁，即无裂纹、撕裂、夹层、毛刺等缺陷
尺寸精度保证不超出图纸规定的公差范围
工件表面应尽可能平直，即拱弯小
影响因素
材料性能
塑性好，裂纹出现迟，光亮带长，断裂带少，毛刺较少
塑性差，剪切开始不久即被拉裂，光亮带少
压机
刚度
制造精度
好，有利于冲裁件质量提高
模具
刚度
制造精度
好，有利于冲裁件质量提高
间隙
合适，上下裂纹重合，断面质量好
偏小，断面质量较好
过小，出现潜裂纹，出现二次剪裂，产生第二光亮带，若裂纹不深制件仍可用
偏大，断面质量下降
过大，断面质量最差
但有可减少模具磨损，提高模具寿命，故二者要平衡

刃口状态
凹模磨钝
毛刺产生在冲孔件孔口下端面
凸模磨钝
毛刺产生在落料件上端面
凸凹模磨钝
孔下端面和落料件上端面都产生毛刺

材料的支承方法
a 自由支承
b 反向压紧自由支承
c 固定支承
d 反向压紧固定支承
e 悬臂式支承
f 反向压紧单臂支承
搭边
润滑
2. 凸模与凹模的间隙
2.1. 间隙的定义
指凹模与凸模刃口横向尺寸的差值(凸模与凹模缝隙之间的距离)
间隙大小影响的对象
断面质量
尺寸精度
冲裁力
模具寿命
2.2. 间隙对切断面质量的影响
规律
合适，上下裂纹重合，断面质量好
偏小，断面质量较好
过小，出现潜裂纹，出现二次剪裂，产生第二光亮带，若裂纹不深制件仍可用
偏大，断面质量下降
过大，断面质量最差
但有可减少模具磨损，提高模具寿命，故二者综合考虑

光亮带
间隙小，光亮带长
塌角(圆角)
间隙小，塌角也小
毛刺
间隙小，毛刺小，但存在毛刺稳定区(Z/t=14~24%)

2.3. 间隙对尺寸精度的影响
冲裁件尺寸精度的定义
冲裁件的实际尺寸与公称尺寸的差值，差值越小，精度越高
冲裁件实际尺寸与公称尺寸产生差值的原因
模具本身的制造精度偏差
凸凹模刃口的制造公差一定要按工件的尺寸要求来决定
冲裁件相对于凸模与凹模尺寸的偏差
产生原因：工件从凹模推出(落料)或从凸模上卸下(冲孔)时，由于材料所受的挤压变形、纤维伸长、拱弯都要产生弹性恢复而造成的
当模具精度保证的前提下，影响冲裁件精度的因素
凸凹模间隙
间隙较大时，材料所受拉伸作用增大
落料尺寸因弹性回复缩小而小于凹模尺寸
冲孔孔径因弹性回复扩大而大于凸模尺寸
拱弯变形因回弹方向与其相反而减小
间隙较小时，材料受凸凹模挤压作用增大
落料尺寸因弹性回复扩展而增大
冲孔尺寸因弹性回复收缩而减小
=0横轴交点(右图曲线)
交点处表明制件尺寸与模具尺寸完全一样
交点右侧表示间隙大时制件模具之间是松动的
交点左侧表示间隙小时之间与模具之间是卡紧的
材料性能
软钢弹性变形量小，冲裁后弹性回复小
硬钢的弹性变形量大，冲裁后弹性回复大
工件形状尺寸
2.4. 间隙对冲裁力的影响
间隙对冲裁力行程曲线的影响
小间隙下，冲裁力大，达到最大值后因上下裂纹不重合而缓慢呈台阶下降(右图曲线3)
合理间隙，冲裁力要小，达到最大值后因凸凹模刃口裂纹重合而急剧下降(右图曲线2)

间隙对冲裁力的影响
间隙小，弯矩小，材料受拉小，受压大，故不易撕裂，冲裁力增大
2.5. 间隙对模具寿命的影响
模具的失效形式
磨损
变形
崩刃
凹模刃口涨裂
间隙对凸凹模的磨损的影响
小间隙时
刃口受压应力增大，刃口变形、磨损、甚至崩刃
侧向力与摩擦力增大，加之卸料与推件时的滑动摩擦，凸凹模侧面磨损严重
二次剪切产生的金属碎屑因摩擦发热粘附于凸凹模，造成熔覆现象，并加剧磨损
大间隙时
会减小凸凹模的磨损
但间隙太大时，因弯矩与拉应力的增大而导致刃口损坏
2.6. 合理间隙值的确定
合理间隙
定义：能保证冲裁件断面质量好、冲裁力小、模具寿命高的间隙，存在一个合理范围
最小合理间隙
考虑模具磨损，间隙增大，故设计制造新模具时采用最小合理间隙值
最大合理间隙
合理间隙的确定方法
理论确定方法(见右图)
依据是保证上下裂纹重合，获得良好断面(右图AB)
间隙值Z与材料厚度、相对切入深度、裂纹方向角有关(右图公式)
切入深度与材料有关，材料越软，切入深度越深
裂纹方向角与材料有关，材料越软，裂纹方向角越大
经验确定方法
原则1：对断面垂直度与尺寸公差等级要求高的工件，选择较小的合理间隙值
原则2：在满足工件断面质量和尺寸精度要求的前提下，以降低冲裁力，提高模具寿命为主，采用较大的合理间隙值
确定方法
(经验公式)
查表确定
3. 凸模和凹模刃口尺寸的计算
3.1. 凸凹模尺寸计算原则
生产实践表明
落料与冲孔都带锥度，落料件下端大且等于凹模尺寸，冲孔件上端小且等于凸模尺寸
测量与使用中，落料件是以大端尺寸(凹模)为基准，冲孔件是以小端尺寸(凸模)为基准
凸模越磨越小，凹模越磨越大，凸凹模的间隙越用越大

尺寸计算原则
确定基准
落料：以凹模为基准，先确定凹模尺寸，间隙取在凸模上
冲孔：以凸模为基准，先确定凸模尺寸，间隙取在凹模上
考虑磨损
落料模：凹模公称尺寸应取接近或等于工件的最小极限尺寸
冲孔模：凸模公称尺寸应取接近或等于工件的最大极限尺寸
基准模具尺寸确定后，按最小合理间隙值确定配合模具的尺寸
落料凹模尺寸确定后，按最小合理间隙值确定凸模尺寸
冲孔凸模尺寸确定后，按最小合理间隙值确定凹模尺寸
工件尺寸公差标注原则
落料件标注单向负公差(上偏差为0，下偏差为-)
落料件的极小值为D-△，极大值为D
凹模尺寸取接近落料件的极小值
凹模越磨越大，但不能大于
冲孔件标注公差
单孔标注单向正公差(上偏差为+，下偏差为0)
冲孔件的极大值为d+△，极小值为d
凸模尺寸取接近冲孔件的极大值
凸模越磨越小，但不能小于
同一工位两个孔的标注公差
孔心距标正负公差

凸凹模刃口制造公差
凸模
凸模越磨越小，但不能小于
凹模
凹模越磨越大，但不能大于
其他要求
比设计冲裁件的公差高两级
形状简单的刃口制造公差：按IT6~IT7级
形状复杂的刃口制造公差：取零件相应部分公差带的1/4
对刃口尺寸磨损后无变化的制造偏差：取冲裁件相应部位公差带的1/8并冠以（±）
3.2. 凸凹模尺寸计算方法
凸模与凹模分开加工
落料
以凹模为基准
落料尺寸
为落料件公差
为落料件公称尺寸
落料件的极小值为D-△，极大值为D
凹模尺寸：越磨越大，取接近落料件极小尺寸
磨损系数
凹模制造公差
凹模越磨越大，但不能大于
凸模尺寸
为凸凹模最小双面间隙
凸模制造公差
凸模越磨越小，但不能小于
冲孔
以凸模为基准
冲孔尺寸

为冲孔件公差
为冲孔件公称尺寸
冲孔件的极大值为d+△，极小值为d
凸模尺寸：越磨越小，取接近冲孔件极大尺寸

磨损系数
凸模制造公差
凸模越磨越小，但不能小于
凹模尺寸：凸模尺寸+凸凹模最小间隙值
为凸凹模最小双面间隙
凹模制造公差
凹模越磨越大，但不能大于
同一工位需冲出两个孔时，凹模孔心距
L为工件孔心距公称尺寸
为工件孔心距的精度
凸凹模分开加工需满足的条件
凸凹模分开加工的特点
适用范围
简单的冲裁件：圆形、方形、矩形等
优点
凸凹模互换性强，便于成批制造
缺点
为保证合理间隙，需要较高的模具制造精度等级，模具制造困难，成本高
凸模与凹模配合加工
定义
按尺寸和公差先加工出凹模或凸模其中一件(基准件)，然后依此为基准再按最小合理间隙配作另一件
特点
适用于形状复杂的异形冲裁件，工程上被广泛采用
模具间隙在配制中保证，基准件模具的制造公差，不受凸凹模间隙大小限制，可适当放宽，使模具加工容易
尺寸标注简单，只在基准件上标注尺寸和制造公差，配作件只标注公称(基本)尺寸并注明配做所留的间隙值
复杂异形冲裁件凸凹模磨损尺寸变化的三种情况
磨损后增大的尺寸
磨损后减小的尺寸
磨损后不变的尺寸
落料
以凹模为基准，配做凸模
落料凹模磨损后尺寸变化情况
尺寸增大(右图A类尺寸)
尺寸减小(右图B类尺寸)
尺寸不变(右图C类尺寸)

冲孔
以凸模为基准，配做凹模
冲孔凸模磨损后尺寸变化情况
尺寸减小(右图A类尺寸)
尺寸增大(右图B类尺寸)
尺寸不变(右图C类尺寸)
4. 冲裁力计算与降低冲裁力的方法
4.1. 冲裁力计算
目的
选用合适的冲压成形设备
设计模具
检验模具强度
平刃口模具冲裁力
：冲裁力，N；
F：冲切断面积，
L：冲裁周边长度，mm
取决于冲裁件的形状尺寸
t：板料厚度，mm
：材料抗剪强度，MPa
K：安全系数，一般取K=1.3，综合考虑下列因素
模具磨损
模具间隙
材料性能
板厚及偏差
冲裁工艺力(卸料力、推件力及顶件力及其计算)
卸料力
从凸模或凸凹模上将制件或废料卸下来所需的力
卸料系数
冲裁力
产生原因
冲孔件的孔弹性收缩紧箍凸模或者凸凹模
推件力
从凹模内顺冲裁方向将制件或废料推出所需的力
卸料系数
冲裁力
卡在凹模孔内的工件数(左图)
产生原因
落料件弹性回复扩大及拱弯弹性回复，导致梗塞与凹模

顶件力
从凹模内逆冲裁方向将制件从凹模孔内顶出的力
卸料系数
冲裁力
产生原因
落料件弹性回复扩大及拱弯弹性回复，导致梗塞与凹模
4.2. 压机公称压力的选取
基本原则
压力机吨位必须大于或等于冲裁力、卸料力、推件力、顶件力的总和
压机吨位根据不同模具结构确定
弹性卸料+下出件的模具

弹性卸料+上出件的模具

刚性卸料+下出件的模具
4.3. 降低冲裁力的方法
斜刃模具冲裁
凸模或凹模采用斜刃，减低切断面积，降低冲裁力

阶梯凸模冲裁
多凸模冲裁过程中，凸模做成不同高度，呈阶梯分布，避免同时冲裁，降低冲裁力

加热冲裁
加热坯料，降低材料剪切强度，降低冲裁力
5. 冲裁件的工艺分析与设计
5.1. 排样
冲裁件在条料或板料上的布置方法
影响材料利用率
模具结构与寿命
生产率
工件公差等级
产生操作方便与安全
排样方法
按有无废料
有废料排样
沿工件全部外形冲裁，工件周边都有搭边

少废料排样
沿工件局部外形冲裁，工件局部有搭边和余料

无废料排样
无任何搭边

按工件外形特征
直排
斜排
对排
多排
混排
冲裁搭边

材料利用率K
一个成品件的质量，kg
H：一个工件的材料消耗定额，kg，H=M/n，M为冲压用原材料的质量，n为原材料上排样个数
冲裁废料
工艺废料
工件之间搭边
工件与条料之间搭边
定位需切去的料边与定位孔
料头、料尾
结构废料
冲出工件内孔产生的废料

5.2. 搭边，进距、条料宽度的确定
搭边
定义
排样时工件之间、工件与条料侧边之间留下的余料
作用
补偿定位误差
保证条料有一定的刚度和强度，便于送料
搭边值的确定
搭边值大，材料利用率低
搭边值小，冲裁中可能被拉断，产生毛刺，有时拉入凸凹模间隙，损坏模具刃口
影响搭边值因素与确定
确定原则
满足质量的前提下取最小值
影响因素
板料厚度
板料越厚，搭边值越大
材料力学性能
塑性好，搭边值大；硬度高强度大，搭边值小
工件外形
外形越复杂，圆角半径越小，搭边值越大
工件尺寸
工件尺寸大，搭边值大
排样的形式
对排比直排搭边值大
送料及挡料方式
手工送料，有侧压板导料，搭边值小
卸料方式
弹性卸料比刚性卸料搭边值小
进距(左图中S)
定义
也称步距，指模具每冲裁一次，条料在模具上前进的距离
作用
决定挡料销位置的依据

条料宽度的确定
确定原则
最小条料宽度应保证冲裁时工件周边有足够的搭边值
最大的条料宽度应保证冲裁时在导料板之间顺利送进并与导料板有一定间隙
有侧压装置的条料宽度确定
B：条料公称宽度，mm
D：垂直于送料方向的工件尺寸，mm
a：搭边值，mm
：条料宽度的公差，查表确定

无侧压装置的条料宽度确定
B：条料公称宽度，mm
D：垂直于送料方向的工件尺寸，mm
a：搭边值，mm
c：条料与导料板间的间隙，查表
：条料宽度的公差，查表确定

5.3. 冲裁件的工艺分析
定义
冲裁件的形状结构、尺寸大小及偏差等是否符合冲裁加工的工艺要求
冲裁件要求
冲裁件的形状
尽可能简单、对称、排样废料少
冲裁件尽可能设计成少、无废料的排样的形状
冲裁件的圆角
冲裁件外形或内孔的交角处避免尖锐清角，用适宜圆角相连
冲裁件局部凸出或凹入部分的宽度和深度
宽度不宜太小
避免窄长切口和切槽
冲裁件的孔径
有最小孔径要求，可查表
冲裁件孔边之间距离
孔边距不宜太小，否则易扭曲、变形、易损模具
冲裁件尺寸的标注
尺寸标注基准与制模的定位基准重合，确保孔心距不受模具磨损影响
冲裁件两孔中心距所能达到的公差
可查表
5.4. 冲裁工艺方案的确定
冲裁工序的组合(考虑如下因素)
生产批量
小批量与试制采用单工序冲裁
中批和大批量采用复合冲裁或连续冲裁
工件尺寸精度
复合冲裁避免多次冲压的定位误差，精度高
连续冲裁比复合冲裁精度低
对工件尺寸、形状的适应性
小工件，宜采用复合和连续冲裁
中等尺寸工件宜采用复合冲裁
形状复杂异形工件，如工件上孔间距或孔与边缘距离过小，宜采用连续冲裁

模具制造、安装调试和成本
复杂异形工件，复合模比连续模制造、安装调整较易，成本低
操作方便与安全
复合冲裁出件、清除废料困难，安全性较差，连续冲裁较安全
冲裁顺序的安排
连续冲裁的顺序安排
先冲孔或切口，最后落料或切断；先充的孔可为后续工序定位用，也可冲出专供定位的工艺孔
采用定距侧刃时，定距侧刃切边工序安排与首次冲孔同时进行；采用两个定距侧刃时，安排成一前一后
多工序工件用单工序冲裁时的顺序安排
先落料，使毛坯与条料分析，再冲孔或缺口
后续工序的定位基准要一致，避免定位误差和尺寸链换算
冲大小不同，相距较近的孔，先冲大孔再冲小孔
案例
分析产品的冲裁工艺性(见左图)
该冲裁件结构对称，无凹槽、悬臂、尖角等，符合冲裁工艺要求
查表可知，内孔和外形尺寸的精度以及孔心距的精度等级均属于一般精度要求，采用普通冲裁即可冲出
查图表可知，所冲孔的尺寸及孔边距和孔间距尺寸均满足最小值要求,可以采用复合冲裁
Q235是常用的冲压用材料，具有良好的冲压工艺性
确定所需的基本冲压工序
冲孔
落料
排列组合列出可能的若干方案
方案一：采用单工序模，先落料，后冲孔
方案二：采用复合模，落料-冲孔同时进行
方案三：采用连续模，冲孔-落料连续完成
分析比较得出最合理方案
方案一模具结构简单，但需两道工序、两副模具，生产率较低，难以满足大量生产时对效率的要求
方案二只需一副模具，冲裁件的形位精度和尺寸精度容易保证，生产率比方案一高，但模具结构较方案一复杂，操作较不方便
方案三也只需要一副模具，操作方便安全，生产率最高，模具结构较方案一复杂，冲出的零件精度介于方案一和方案二之间，但由于产品本身的精度要求不高，因此能满足产品的精度要求
通过对上述三种方案的分析比较，该件采用方案三为佳

6. 其他冲裁方法
6.1. 整修
定义
将普通冲裁得到毛坯放入整修模中进行一次或数次整修加工，去掉粗糙不平的断面与锥度，得到光滑平整的断面
整修方法
外缘整修
相当于切削加工，将预留的整修余量切除

内孔整修
切除余量的整修方法
用凸模切除整修余量
用芯棒精压
用硬度高的芯棒，强行通过尺寸稍小的毛坯孔，将孔表面压平

6.2. 精密冲裁
几种精冲方法
小间隙圆角刃口冲裁
小间隙和小圆角刃口的作用，加强了冲裁区的静水压，抑制裂纹产生
落料时，凹模刃口小圆角，材料厚度的10%
冲孔时，凸模刃口小圆角，材料厚度的10%
小模具间隙0.01~0.02mm

负间隙冲裁
原理与小间隙圆角刃口冲裁基本相同
凹模带有小圆角刃口，5%~10%的材料厚度
负间隙导致更强的静水压作用
凸模工作面在下死点位置不能与凹模面接触，保持0.1-0.2mm，工件虽未全部挤入凹模，但可借助下一工件冲裁将其全部挤入并推出凹模，故冲裁力大得多

齿圈压板精冲法
压板带齿形凸梗(齿圈)
凹模带小圆角
间隙极小
压边力与反顶力较大
使得材料的冲裁区处于三向压应力状态，形成精冲的必要条件

与普通冲裁的比较

7. 冲裁模具
7.1. 冲裁模分类
按工序性质分
落料模
沿封闭的轮廓将工件与材料分离
冲孔模
沿封闭的轮廓将废料与工件分离
切断模
沿敞开的轮廓将材料分离
切口模
沿敞开的轮廓将零件局部切开但不完全分离
剖切模
将一个工件切成两个或多个工件
整修模
切除冲裁件中粗糙的切缘，获得光洁垂直的断面
精冲模
从板料中分离出尺寸精确、断面光洁垂直的冲裁件
按工序组合分
单工序模
复合模
连续模(级进模)

7.2. 典型冲模结构
7.3. 主要冲模零件的设计
7.4. 模具的压力中心与高度