冲压模具基础知识

冲压模具讲座

第一章 概论

一. 冲压加工的重要性及优点。

1. 重要性：冲压工艺应用范围十分广泛，在国民经济的各个部门中，几乎都有冲压加工产

品。如汽车，飞机，拖拉机，电器，电机，仪表，铁道，邮电，化工以及轻工日用产品中均占有相当大的比重。

2. 优点：1）生产率高。2）精度高，质量稳定。3）材料利用率高。4）操作简便，特别适

宜于大批量生产和自动化。

二. 冲压加工的概念。

1. 概念：即利用压力机及其外部设备，通过模具对板材施加压力，从而获得 一定形状

和尺寸零件的加工方法。

冲压加工的三要素：冲床，模具，材料。

冲压是生产中应用广泛的一类加工方法，主要用于金属薄板料零件的加工。在产品零件的整个生产系统中，冲压只是一个子系统，所涉及的也仅是产品制造过程的一部分。随着市场对产品成本和周期等要求的提高，从系统的整体优化中确定相关的各要素已成为技术和管理发展的重要方向。

影响冲压加工的因素： 软

三. 冲压工序的分类。

冲压工艺按其变形性质可以分为材料的分离与成形两大类，每一类中又包括许多不同

件

安 自 安 润 生 质 价 运 废 噪 后 压 动 产 量 格 料 音 序 工

全

化 装

滑 管 管 管 输 处 对 工 艺

理 策 艺 理 理 理

冲

冲压加工系统

人

硬

件

模材辅 工 力 助 机 具 料 装 具

臵

压

的工序。 冲压的基本工序：

1. 冲裁:包括落料和冲孔两个工序。

1）落料：模具沿封闭线冲切板料，冲下的部分为工件，其余部分为废料，设计时尺寸以模仁为准，间隙取在冲子上；

2）冲孔：模具沿封闭线冲切板料，冲下的部分是废料，设计时尺寸以冲子为准，间隙取在模仁上。

2. 剪切:用模具切断板材, 切段线不封闭.

3. 切口:在坯料上将板材部分切开, 切口部分发生弯曲. 4. 切边:将拉深或成形后的半成品边缘部分的多余材料切掉。 5. 剖切：将半成品切开成两个或几个工件，常用于成双冲压。

切口 切边 剖切 6. 弯曲：用模具使材料弯曲成一定形状（V 型/U型/Z型弯曲）。 7. 卷圆：将板料端部卷圆。

8.

扭曲：将平板的一部分相对于一部分扭转一个角度。

弯曲 卷圆 扭曲 9. 拉深：将板料压制成空心工件，壁厚基本不变。

10. 变薄拉深：用减小直径与壁厚，增加工件高度的方法来改变空心件的尺寸，得到要求的底厚，壁薄的工件。

11. 孔的翻边：将板料或工件上有孔的边缘翻成竖立边缘。

拉深 变薄拉深 孔的翻边 12. 外缘翻边：将工件的外缘翻起圆弧或曲线状的竖立边缘。 13. 缩口：将空心件的口部缩小。

14. 扩口：将空心件的口部扩大，常用于管子。

外缘翻边 缩口 扩口

15. 起伏：在板料或工件上压出筋条，花纹或文字，在起伏处的整个厚度上都有变薄。 16. 卷边：将空心件的边缘卷成一定的形状。

17. 胀形：将空心件（或管料）的一部分沿径向扩张，呈凸肚形。

起伏 卷边 胀形 18. 旋压：利用赶棒或滚轮将板料毛坯赶压成一定形状（分变薄与不变薄两种）。 19. 整形：把形状不太准确的工件校正成形。 20. 校平：将毛坯或工件不平的面或弯曲予以压平。

旋压 整形 校平 21. 压印：改变工件厚度，在表面上压出文字或花纹。

22. 正挤压：凹模腔内的金属毛坯在凸模压力的作用下，处于塑性变形状态，使其由凹模孔挤出，金属流动的方向与凸模运动方向相同。

23. 反挤压：金属挤压过程中，沿凸模与凹模的间隙塑流，其流动方向与凸模运动方向相反。 24. 复合挤压：正挤与反挤的结合。

压印 正挤压 反挤压 复合挤压

四．冷冲模类型和特点。

1. 模具分类（按冲压工序的组合方式分）。

1）单冲模：在模具上只有一个加工工位，而且在冲床的一次行程中只完成一类冲压

加工工艺。

2）复合模：在模具上只有一个加工工位，在冲床的一次行程中完成两类以上的加工

工艺。

3）级进模：有多个工位组成，各工位完成不同的加工，各工位顺序关联，在冲床的

一次行程中完成一系列不同的冲压加工。

三类模具的优缺点比较：

2. 级进模特点：

1) 冲压生产效率高。级进模可以完成复杂零件的冲裁、翻边、弯曲、拉深、立体成形以及装配等工艺，减少了中间转运和重复定位等工作，而且工位数量的增加不影响生产效率，可以冲制很小的精密零件。

2) 操作安全简单。级进模冲压时操作者不必将手伸入模具的危险区域。对大量生产，还采用自动送料机构，模具内装有安全检测装臵。

3) 模具寿命长。复杂的内形和外形可分解为简单的凸模和凹模外形，分段逐次冲切，工序可以分散在若干个工位，在工序集中的区域还可以设臵空位，从而避免了凸、凹模壁厚过小的问题，改变了凸、凹的受力状态，提高了模具强度。此外，级进模还采用卸料板兼作凸模导向板，对提高模具寿命也非常有利。

4) 产品质量高。级进模在一副模具内完成产品的全部成形工序，克服了用简单模时多次定位带来的操作不变和累积误差。

5) 生产成本较低。级进模由于结构比较复杂，所以制造费用较高，同时材料利用率较低，但由于级进模生产效率高、压力机占有数少、需要的操作工人数和车间面积少，减少了半成品的储存和运输，因而产品零件的综合生产成本并不高。

6) 设计和制造难度大，对经验的依赖性强。级进模结构复杂，技术含量高，设计灵活性大、难度大；设计和制造中的经验、推断和目测工作量多，人才培养时间长，个人之间的差异大；同一产品零件可有多种不同的设计方案，设计的灵活性大；设计和制造周期长，费用高，适用于批量生产。级进模还受产品零件尺寸限制，产品尺寸不宜太大。

7) 按订单生产，而不是按计划生产，订货受市场影响大，交货期要求短。

五．级进模的功能

功能：级进模的基本功能是利用凸模和凹模在板料上施加一定形式和大小的作用力，使材

料产生塑性变形，从而将毛胚转变为产品零件的能力。

六．级进模的设计方法。 1. 级进模设计流程。

级进模设计也是一个系统，其流程如图1-8所示。具体可以分为四个阶段：工艺设计、排样、概要设计、结构设计、零件设计。

1）工艺设计:即是对产品零件所包括的成形工序逐一进行分析，以确定产品零件的加工工艺方案。工艺设计前应充分了解产品零件的要求及实际的生产条件。

2）排样与概要设计以工艺设计可行为前提，具体确定级进模加工产品零件时的工序方案和模具的基本结构形式，初步给出模具的估价和制造周期，确定是否继续开展模具详细的设计和制造。

3）结构设计和零件设计就是为级进模正式投入生产而具体地开展的设计，在这一阶段部分模具零件的加工也将同期展开。结构设计与零件设计的结果是模具装配图、需加工的模具零件的工程图。 2. 设计注意事项。

1）要用系统的观点，从冲压、模具制造等多方面构成的大系统中确定级进模的结构和零件方案，要重视实践经验的作用。要切合实际，确立切实可行的模具方案，同时要考虑现有的模具制造条件、冲压生产条件。

2）级进模结构复杂，设计难度大，制造费用高，周期长，因此设计应坚持科学、严谨、求实的精神，认真分析、详细规划，务求设计合理、制造方便、满足使用要求。要充分了解产品零件加工的需求和模具制造和使用条件, 表1-5是级进模设计前应掌握的数据。表1-6是级进模设计时的规划表。

3）模具设计和制造具有技术密集型的特点，设计和制造密切相关。随着产品市场竞争的加剧和计算机技术的发展，产品制造周期日益缩短，对模具设计和制造周期的要求也愈来愈短，因此，模具设计和制造的交叉并行已成为必然。

表1-5 级进模设计前应掌握的数据

材料插入

产品搬出

表1-6 级进模设计规划表

Z 表1-8 级进模设计流程：

一 级进模结构

1. 从总体角度来看，级进模结构基本上可分为两大类：日本式模具结构和美国式模具结构。

1）日本式模具结构：利用卸料板压料（常见模具结构）。 优点：压料可靠，模具生产时稳定性好； 缺点：噪音大。

2）美国式模具结构：没有卸料板，采用局部压料（两者更本区别） 优点：噪音小，速度高； 缺点：压料不是很可靠。 2. 级进模的构成。 8块板）

凸模

模具凹模 主导向

副导向

PIN ） Lifter ） (螺塞，弹簧，传力销) /叠料/波动/光电检测）

, 浮料块, 浮料销，顶杆

二 结构设计原则.

1. 尽量选用成熟的模具结构或标准结构。

2. 模具要有足够的刚性，以满足寿命和精度的要求。 3. 结构应尽量简单、实用，要具有合理的经济性。 4. 能方便地送料，操作要简便安全，出件容易。 5. 模具零件之间定位要准确可靠，连接要牢固。 6. 要有利于模具零件的加工。

7. 模具结构与现有的冲压设备要协调。

8. 模具容易安装，易损件更换方便。 三 模具基本尺寸

1. 模具平面尺寸

模具平面尺寸是指模具轮廓最大尺寸，它易凹模外形尺寸为基础，以最终选择的模架尺寸为准。

2. 模具闭合高度

模具闭合高度是指模具处在最低点的工作位臵时，上模座的上表面到下模座的下表面之间的距离。即为模具各块模板厚度之和。

压力机闭合高度是指压力机滑块在下死点时，滑块底面到压力机工作台面上平面的距离。由于多数压力机滑块高度可上下调节，当压力机连杆调至最短时的闭合高度称为压力机最大闭合高度Hmax, 而当压力机连杆调至最长时的闭合高度称为最小闭合高度Hmin 。

为了保证模具能装在压力机上工作，模具闭合高度必须小于压力机闭合高度。最好H 位于Hmin 和Hmax 之间，一般应满足

Hmin+10≤H ≤Hmax-5

第二节 工作零件设计

一． 凸模的结构设计（考量凸模的强度、钢性）：

1. 凸模的分类：

1） 2） 3） 4）

按凸模断面形状可分为简单形状和复杂形状两种； 按刃口形状可分为平刃、斜刃和其它专用凸模； 按固定方法可分为台阶固定、螺钉固定、压板固定等；

按结构形式可分为整体式、镶拼式、直通式、阶梯式和带护套式。

2. 凸模结构的基本形式。

1）圆凸模(标准件) 。

TYPEIV

2）机械加工凸模。

凸模的加工方法一般有线割和磨削:

W/C—线割; G—磨床； PG—光学曲线磨床

1°线割加工异形凸模，凸模内R ≥0.150较好，因线割丝的直径Φ取0.20mm 和0.30mm 加工较经济；线割的零件表面光洁度不高，加工零件的使用寿命没有磨削来的高；

2°细小凸模设计成上头小下头大，以保证零件强度要求；规则形状用磨床加工，R 取10mm 或20mm ；不规则形状用PG 加工R 取40mm ；

3. 凸模的导向（卸料板）。

卸料板在对阶梯型凸模、PG 加工之凸模导向时，要确保在模具处于最大闭合高度时，剥料板与凸模的最小重叠部分长度不小于3～5mm 。 4. 凸模上的“闪位”：

1）产品上的凸起； 2）模仁

5. 冲裁凸模长度的确定：

凸模长度=PP板厚度+SBP板厚度+SP板厚度+(1～

2mm)

二．入子设计：

1. 冲子固定板入子

目的：便于改模；便于更换料号。

设计要点：1）形状力求简单，便于加减垫片； 2）要具有防呆功能；

3）与固定板单边间隙0.01mm ；与冲子单边间隙0.01mm 。

2. 卸料板入子

目的：便于改模；便于更换料号；磨损了可以更换, 即提高模具寿命。 设计要点：1）要具有防呆功能；

2）与卸料板单边间隙0mm ；与冲子单边间隙一般取0.005mm ；冲子外形复

杂或外形尺寸大时单边间隙可放宽到0.008mm —0.010mm 。

固定方式：1）倒角 2）靠肩 闪位：导板，产品上的凸起。 三．模仁设计.

冲裁模仁

1. 加工方式一般有线割加工和PG 加工两种。

1）线割加工模仁：直刀面2～3mm, 落料斜度一般取1°, 线割表面粗糙，冲细小废料之模仁易堵料；

2）PG 加工模仁：将模仁设计成分体式，直刀面2～3mm, 落料斜度一般取30＇，表面光洁度好。

2. 冲裁间隙：一般取冲裁单边间隙为（3～5％）*t;具体取值大小还要视材质，料厚，

废料形状及模仁材质而定；同加工方式也有关。 1) 线割加工选取间隙要比PG 加工大； 2) 被加工材料脆、硬；冲裁间隙适当放大；

3) 模仁材质为SKD11时冲裁间隙要比是硬质合金来的小； 4) 废料形状简单冲裁间隙要取小；以防跳屑。 3. 固定方式：1）压板、螺钉压住（特别是针对抽引模仁）； 2）分体式模仁用斜锲闭紧； 3）导板压住。

4. 模仁壁厚设计注意事项：1）加减垫片的方便性； 2）足够强度。 5. 模仁设计要具有防呆功能。

成形模仁

1. 成形凸模与模仁的间隙为一个料厚t;

2. 固定方式：1）螺钉压住； 2）导板压住； 3）靠肩（不易维修）。

第三节 辅助零件设计

一 连接零件：起连接紧固模具的各块模板作用；通常用到M6,M8,M10螺钉。

1. 垫板连接：

2. 冲子固定板及模仁固定板连接：

11

3. 卸料板的连接：

组成元件：M8螺钉、垫圈、等高套筒。

二 定位零件：

1. 定位销(MISUMI STANDARD)

1)导板相对于DP 板的定位，定位销规格 MS 4-15; 2)DP板相对于下模座的定位，定位销规格 MS 10-60;

2. 导正销：多用于连续模中对条料的精确定位，消除由于送料而引起的误差；与预冲工艺孔单边间隙一般取0.010mm; 料厚大于1mm 时间隙可适当放大； 固定方式：

1） 固定在卸料板上:

脱料方式：1°导正销两侧对称设计顶杆，下模设有浮料销；

2°采用导料板强行脱料； 3°借用LIFTER 脱料； 4°设计月牙型剥料套， 下模设有浮料块；

5°借用导正销的锥面定位。

2) 固定在冲子固定板上：

缺点：1°容易磨损； 2°要借用脱料装臵。

3. 定距侧刃：

侧刃是用来切去条料旁侧少量材料而达到挡料的目的， 起粗定位作用；多用于导板式模具。

1°侧刃冲子单边受力，设计时对面要考虑限位，以保证冲裁间隙的不变性及提高侧刃冲

子的寿命；

2°侧刃冲子的长度=送料进距+（0.10～0.20mm ）。 4. 灌胶PIN:(具体尺寸见标准件清册)

对PP 板及DP 板起快速定位作用，提高模具维修的方便性。 1) PIN 与DP 板、PP 板采用小过盈配合；

2) PIN 套与模座单边间隙0.10mm, 借用三 导料零件 导料板

1. 功能：1) 对料条起导向作用； 2)剥料作用。 2.与条料单边间隙。 3.导料板高度的确定。

Lifter(标准件)

1. 功能：1）浮料 2）对料条导向 3）脱料 2. 形状：圆形和方形；

3. 设计要点：1）Lifter 与模板单边间隙0.01mm;

2）Lifter 分布要均匀，等高； 3）Lifter 与材料单边间隙0.10mm;

4）Lifter 上升高度小于冲床行程的一半（冲床滑块于°270°～90间是送料时间，送

料时，成形冲子、导位针不能与料条干涉）。

卸料板闪LIFTER 深度H:

5.0≤H ≤5.0+A

式中：A=t+1.0 A≥1.5mm

四 传力零件

1. 传力零件的组成：螺塞、垫片、强力弹簧、传力销（DISK ）; 2. 传力零件组装结构：见图； 3. 设计要点：1）传力销要等高; 2）传力销要比等高套筒 短0.10mm(保护锁剥料板螺钉) ； 3）传力销的布臵要多、均匀

且靠近料条两侧以保证压料充分。

五 检测装臵 六 其它零件

1.压板：固定冲子和模仁(具体形状、尺寸见标准件清册) ；

2. 止高块：对模具起保护作用(具体形状、尺寸见标准件清册) ； 3. 限位柱：初始送料时对模具起保护作用, 当被冲板材较厚时

采用（t ≥0.5）

4. 浮料块：1）浮料； 2）局部压料。

5.浮料销：1) 浮料； 2)空中接料

第四节 导向零件

精确的导向是保证模具正常生产的前提条件，为了提高连续模工作的精度和稳定性又常设计成双重导向：主导向和副导向。常见的导向零件有滑动导向和滚动导向两种。

二 连续模常用导向零件 1.主导向:滚动导向

15

1）规格：MISUMI STANDARD 2）设计原则

1°小模具可设计成对角2个。 常用规格： RMSH 28-130-L80-100;

2°中等模具可设计成4个，其中一个要错位5～10mm 以防呆。 常用规格： RMSH 32-150-L100-110;

3°大模具可设计成6个，安放位臵不可完全对称以防呆， 常用规格： RMSH 38-150-L100-110;

3）固定方式

1°主导柱和下模座采用过盈配合，单边过盈0.01mm, 装配时需从反面用螺钉将导柱拉进模座孔内；

2°主导套和上模座采用灌胶固定，胶水为AB 胶或厌氧胶时灌胶间隙取双边间隙为0.20～0.30mm;

3～4mm 。

2. 副导向:滑动导向或滚动导向 滑动导向：

1) 规格：MISUMI STANDARD

2) 设计原则：1°同一块板上一般安放4个副导柱且间隔不要太近；

2°大小模具副导柱常用规格见下表：

3) 固定方式：副导柱和冲子固定板采用过盈配合，副导套和剥料板及模仁固定板采用灌胶固定，胶水为厌氧胶，灌胶间隙单边0.03mm ，灌胶时借助基准棒定位。 滚动导向：

1) 规格：MISUMI STANDARD；

近，小模具副导柱直径常取Φ16mm ，中等模具副导柱直径常取Φ20mm ；

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2) 设计原则：同一块板上一般安放4个副导柱且间隔不要太

3）固定方式：副导柱和剥料板采用过盈配合，单边过盈0.008～0.010mm ，副导套和冲子固定板及模仁固定板采用过盈配合，单边过盈0.010mm.

第五节 模板设计

冷冲模一般有八块模板组成:上模座(TP)、上垫板(TBP)、冲头固定板(PP)、剥料背板(SBP)、剥料板(SP)、模仁固定板(DP)、下模垫板(DBP)、下模座(DS)。

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模具组立顺序

一 准备工作

1) 设计工程师切入:提供产品图面，Layout 图面，模具零件图面, 并提供技术指导; 2) 模具零件的整理与清点:整组存放, 整组清点;

3) 模具零件的查检:包括模板﹑工件的形状﹑尺寸﹑材质硬度是否与图面一致; 4) 零件刻字:在各工件非工作面上刻上模号，件号; 5) 零件退磁:去除加工磁性;

6) 清理、打磨模板并退磁:去除模板表面以及框口内的铁屑、杂物及氧化层; 7) 倒角:包括入子，模仁，模板框口的倒角以及剥料板入子的冲子入口侧倒角; 8) 试配:整组冲子与入子﹑冲子与模仁的试配, 确保冲子在入子中活动自如;

9) 标准件领用:标准冲子﹑入子﹑模仁, 主导柱整组, 付导柱整组, 灌胶Pin, Pilot, Lift,

Stopper, Disk,等高套筒, 压板, 弹簧, 定位销, 剥料套, 垫片, 螺丝等.

二 模具组立

1) 下模灌胶:下模板通过定位销与下模座精确定位, 并由螺丝紧固后, 用680胶对二者之

间的灌胶Pin 灌胶. 此工序需确保胶剂粘合牢固;

2）上模灌胶:通过Gauge 或付导柱保证上模板与下模板精确定位, 同时保证二者平行度后, 由螺丝将上模板和上模座紧固. 采用680胶对二者间的灌胶PIN 灌胶. 此工序应确保上

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下模的平行度, 位臵精度, 同时也需确保680胶剂粘合牢固;

3）模具组立:将上模同下模进行合模，通过查看模板间隙确保平行度后, 用AB 胶或快干胶进行主导柱灌胶. 此工序要确保主导柱不高出上模座且胶剂粘合必须牢靠, 主导套低于上模座面5mm 左右;

4）剥料板组立:将剥料板入子，Pilot ，剥料板成形工件，剥料套(推料杆) 等装入剥料板，

此时要确保剥料板入子不能高于剥料板，另外, 确保剥料板背板能够阻档入子，成形工件，Pilot ，剥料套等的后退;

5) 下模板的组立:将冲裁模仁，成形模仁，Lift ，导料板等装到模仁固定板上。此工序应确保冲裁模仁不能高于模面, 冲裁模仁刀口朝上,Lift 和其他活动模仁运动自如等。另外, Check废料是否畅通无阻,Check 剥料板与下模板是否能贴死, 并通过冲裁冲子透过剥料板伸入冲裁模仁运用切纸法Check 冲裁间隙和位臵是否OK;

6) 上模板组立:将冲子固定板入子, 冲子装入上模板, 并用压板将冲子固定, 同样确保入子不能高于模面。Check 剥料板背板(S02A)与冲子固定板(P01A)是否能贴死。

7) 合模:在上、下模不装弹簧状况下, 让八块板贴死, 看冲子与剥料板相对位臵是否正确, 下模板是否和成形冲子干涉等;

8) 装上Stopper 、Disk 、等高套筒、弹簧、Sensor 、吸气装臵等, 并在模座正面印上模号、料号、Pitch 、原材料号等模具参数。

三 模具全面审查

1)Check 弹簧:成形活动冲子用绿色或咖啡色弹簧, 并考虑弹簧行程; 压料弹簧用矩形弹簧, 浮料用线簧;

2)模具各部分之间的连接和紧固是否牢靠; 3)安全检测装臵是否齐全, 性能是否可靠; 4)模具内部气路是否顺畅; 5)各部件相对运动是否自如;

最后, 根据组立修改工件情况修正模具图面。

模具试模流程 一 准备工作

1) 试模材料的领用:领用前要根据送样数量、pitch 以及试模耗料量估算领用数量; 2) 将模具各调整滑块调至最外面, 以免打坏模具;

3) 试模机台的选用:考虑参数有吨位, 精度, 行程, 工作面大小, 落料孔大小, 架模高度, 调机难易等。

二 试模

1) 架模:确保冲床工作台面和模座面上无废屑等杂物; 模具应处于工作台面中心并平行于工作台面; 模具与冲床工作台面和上滑块紧固应该牢靠; 同时将闭合高度调至Stopper 间隙0～0.05mm. 无材料时,S02A 与P01A 间隙为0.15～0.20mm.

2) 送料:初次送料采用手工送料，先将料条通过模具一遍(导板式除外), 用送料机侧滚轮定位料条后, 取出料条，接着将料条送至冲工艺孔工站与第一个导正销之间(但不能使刀口单边切料受力) 一次冲下。随后通过导正销对准定位孔精确定位, 逐次送进一个Pitch ，送料时要仔细观察送料时的异常, 如带料, 档料, 闪位不够等.

3) 模具调整与维修:首先排除影响连续冲压模连续送料的障碍:带料, 卡料, 档料等; 其次解

19

决影响产品外观的问题:跳屑, 压痕, 模痕, 拉伤, 闪位不够等, 同时处理堵料问题; 最后调整和维修产品的尺寸参数, 功能参数和装配参数等.

根据试模时调整与维修状况如实填写试模报告, 并修正模具图面。 三 样品生产与量测

1) 样品生产:手工送料或自动送料生产出所需数量的尺寸, 外观, 功能, 装配性均OK 的样品;

2) 样品量测:依据产品蓝图量测样品尺寸和功能参数, 并填写自主检验记录。 最后, 将样品, 自主检验记录, 组立试模报告, 修正后的模具图面一并交设计工程师。

跳屑及防止

1. 改变废料的形状（最有效方法）； 2. 点焊模仁内表面； 3. 冲子头部磨成异形； 4. 真空吸下法；

5. 冲子中间加工吹气孔或弹顶销； 6. 采用较小的冲裁间隙； 7. 减小摸仁直刀面的高度； 8. 冲子，模仁退磁；

9. 减小切削油的用量或采用粘度低的切削油；

10. 对于圆形废料，使镶拼式模仁孔圆心错开（易产生小毛边及）； 11. 刀口钝化，研磨刀口；

20

第三章 排样设计 第一节 概述

排样，顾名思义，就是图样的排列。在多工位级进模设计中，排样的目的旨在确定从毛坯材料转变为产品零件的工序过程。

虽然级进模设计的最终结果是模具结构和相关的零件，但在开展具体的模具设计之前，必须确定如下问题：

1） 2） 3）

产品零件的毛坯如何从条料上截取？ 构成产品零件的级进冲压工序有哪些？ 各工序如何组合？如何排序？

这些内容的确定就是排样的任务。因此，排样是级进模设计的重要依据，是决定级进模优劣的主要因素之一。

按照排样所解决的问题及设计过程中所处的阶段，级进模设计中的排样可分为三类，即毛坯排样，冲切刃口设计和工序排样。

毛坯排样用于确定毛坯在条料上的截取方位和相邻毛坯之间的关系。

在级进冲压加工过程中，零件复杂的几何外形往往被分解为简单几何要素的组合，这部分工作称为冲切刃口设计。

工序排样确定模具有多少工位组成、每个工位的具体加工工序等。

第二节 毛坯排样

毛坯排样方案对材料的利用率、冲压加工的工艺性以及模具的结构和寿命等有着显著的影响。具统计，在冲压件的成本中，材料费所占比例在60％以上。因此，合理排样对提高材料利用率、降低产品成本有着重要意义。 一 毛坯排样 1. 毛坯排样方案

毛坯在板料上可截取的方位很多，这就决定了毛坯排样方案的多样性。典型的毛坯排样方案及特征如表3-1所示。

根据排样时是否产生废料，毛坯排样可以分为有废料排样和无废料排样。冲裁时的废料可分为工艺废料和设计废料。工艺废料指工件之间和工件与条料之间的搭边材料定位孔和不可避免的料头与料尾所产生的废料。设计废料指由于产品形状的需要，如孔的存在而产生的废料。无废料排样由于无搭边或少搭边，材料利用率高，但要注意：

1) 存在有侧向力，影响模具精度和寿命。

2) 前后产品的毛刺方向不一致。

3) 相邻产品的临接线是共用的，若定位不准，容易产生多切少切问题。

2. 毛坯排样原则 1） 2）

材料利用率要尽量高。

满足产品零件冲裁及后序工序的要求，诸如：

1°纤维方向和毛刺方向的要求； 2°便于完成后续加工工序； 3°生产率要高，便于操作； 4°安全性要好。

二 搭边

搭边是指排样时毛坯外形与条料侧边及相邻毛坯外形之间设臵的工艺余料。搭边的作用是保证毛坯从条料上分离，补偿由于定位误差使条料在送进过程中产生的偏移所需的工艺余料。搭边分侧搭边和中心搭边。搭边的基本要求是要有足够的强度，而搭边的强度主要由搭边宽度决定。

搭边宽度是排样时的重要工艺参数。搭边宽度的选取需考虑的因素： 1）材料利用率 2）凸模强度 3）条料的刚性 4）产品的品质 搭边值过小，冲裁时容易翘曲或被拉段，增大冲裁件的毛刺。 三 步距

步距指冲压过程中条料每次向前送进的距离，其值为排样时沿送进方向两相邻毛坯之间的最小距离值。步距可定义为

S=L+a

式中 S─冲裁步距；

L ─沿条料送进方向，毛坯外形轮廓的最大宽度值； a ─沿送进方向的搭边值。

四 条料宽度

条料宽度指根据排样结果确定的毛坯所需宽度方向的最小尺寸。理论上条料宽度可按下式计算：

B=D+2b

式中 B─条料宽度的理论值；

D ─垂直于送进方向毛坯的最大轮廓尺寸, 它随毛坯排样方位变化； b ─侧搭边值。

由于模具加工误差，条料的裁剪误差及送料时的误差，实际的条料宽度应有一定的裕度，具体尺寸可根据不同的送料侧定位方式计算。

1. 无侧压装臵时条料的宽度

无侧压装臵的模具，条料送进时可能在导尺之间摆动，从而使某一侧的搭边减少。因此，计算条料宽度时应补偿侧搭边的减小量。条料的宽度可按下式计算：

B=D+2(b+△)+Z

式中 B─条料宽度尺寸；

△─条料宽度的单向（负向）公差，参见表3-3； Z ─条料与导料板之间的间隙，参见表3-3。 2. 有侧压装臵时条料的宽度

模具有侧压装臵时，条料在侧压装臵的顶压下始终沿某一侧的导料板送进。条料宽度可按下式计算：

B=D+2b+△

表3-3 条料裁剪公差和与导料板的间隙

五 材料利用率 材料利用率定义为

Ч=A/（B*S）*100%

式中 Ч─材料利用率；

A ─产品毛坯外形所包容的面积； B ─条料宽度； S ─冲裁步距。

Ч愈大，废料所占面积愈小。因此一般将Ч作为衡量毛坯排样方案优劣的指标。

第三节 冲切刃口设计

冲压件毛坯的外形轮廓及内形孔从几何上可看成是各种封闭的几何曲线，内形或外形轮廓的冲切既可以一次完成，也可以分几次完成。

冲切刃口外形设计就是把复杂的内形轮廓或外形轮廓分解为若干个简单几何单元，各单元又通过组合、补缺等方式构成新的冲切轮廓的工艺设计过程，即设计合理的凸模和凹模刃口外形的过程。由此，冲切刃口外形的设计可分为轮廓的分割与重组两个阶段。实际生产中所遇到的冲压件往往十分复杂，通过刃口外形的分解与重组可以达到如下目的：

1） 2） 3） 4）

简化凸模和凹模外形，便于加工，缩短周期，提高质量，降低成本。 改善凸模和凹模受力状态，提高模具强度和寿命。 便于工件在模具中送进，如弯曲工件的分离。 满足特殊的工艺需要，如拉深工艺切口。

一 冲切刃口设计的原则

1．刃口分解与重组应有利于简化模具结构，分解段数应尽量少，重组后形成的凸模和凹模外形要简单、规则，要有足够的强度，要便于加工。

2. 刃口分解应保证产品零件的形状、尺寸、精度和使用要求。 3. 内外形轮廓分解后各段间的连接应平直或圆滑。

4. 分段搭接点应尽量少，搭接点位臵要避开产品零件的薄弱部位和外形的重要部位，放

在不注目的位臵。

5. 有公差要求的直边和使用过程中有滑动配合要求的边应一次冲切，不宜分段，以免误

差积累；

6. 复杂外形以及有窄槽或细长背的部位最好分解，复杂内形最好分解。 7. 外轮廓各段毛刺方向有不同要求时应分解。

8. 刃口分解应考虑加工设备条件和加工方法，便于加工。

刃口外形的分解与重组不具有唯一性，设计过程十分灵活，经验性强，难度大。设计时应考虑几种方案，经综合比较选出最优方案。 二 轮廓分解时分段搭接头的基本形式

内外形轮廓分解后，各段之间必然要形成搭接头，不切当的分解会导致搭接头处产生毛刺错牙尖角塌角不平直和不圆滑等质量问题。常见的搭接头有三种。 1. 交接

交接指毛坯轮廓冲切刃口分解与重组后，新的冲切刃口之间相互交错，有少量重叠部分。 2. 平接

平接就是把零件的直边段分两次冲切，两次冲切刃口平行、共线，但不重叠。平接在搭接头容易产生毛刺、错牙、不平直等质量问题，应尽量避免采用。

直边分两次冲切时，为消除搭接头处产生毛刺，在第二次冲切的搭接头处用退位槽，第一次先冲出退位槽，第二次在接头处重叠冲切，即设法将平接转化为交接。 3. 切接

切接是毛坯圆弧部分分段冲切时的搭接形式，即在前一工位先冲切一部分圆弧段，在后续工位上在冲切去其余部分，前后两段应相切。

与平接相似，切接也容易在搭接头处产生毛刺错牙不圆滑等质量问题。

第四节 工序排样

一 工序排样的内容与类型

工序排样的目的旨在设计从平板料到产品零件的转变过程，其设计内容主要有： 1） 2） 3） 4） 在冲切刃口外形设计的基础上，将各工序内容进行优化组合形成一系列工序组；对工序组排序，确定工位数和每一工位的加工工序。 确定载体形式与毛坯定位方式。 设定导正孔直径与导正销数量。 绘制工序排样图。

2. 工序排样的基本类型

按照级进模中获得毛坯外形和产品零件的方式不同，工序排样可以分为落料型、切边型和混合型三类。 工序排样类型：

(A)落料型 (B)切边型 (C)混合型

1）落料型工序排样:

落料型工序排样是最基本的工序排样，它将产品零件内部孔的冲切工序安排在开始的若干工位，最末工位安排外形落料工序。产品零件通过落料与载体分离，并从凹模孔中落下。

落料型工序排样的主要特点是： 1°产品上孔与外形的毛刺方向相反。

2°与其它类型的工序排样相比，工位数少，模具尺寸小、结构简单； 3°外形无搭接头错位现象，适合于冲制外形简单的工件； 4°产品易回收，冲切费料容易处理，但产品易出现翘曲； 5°条料易于导向。 2) 切边型工序排样：

切边型工序排样将毛坯外廓分解，在不同的工位上分段逐次冲切，最末一个工位通过冲切工序件外形最后一段轮廓处的废料，使工件与条料分离，工件留在凹模面上。

切边型工序排样的特点是： 1°孔与外形的毛刺方向相同；

2°产品留在凹模面上，产品的平整度易保证； 3°适合于外形复杂件的冲压加工；

4°外形分几次冲成，凸模数量多，并且容易出现搭接头不平直、错牙和毛刺等问题； 5°因要考虑冲切凸模的强度，与落料型排样相比材料利用率低； 6°切边凸模的设计自由度大，有很多设计技巧，因而设计难度大。

3）混合型工序排样：

混合型工序排样兼有切边型和落料型工序排样之所长，在工序排样时，前边部分按切边型排样，最末工位为落料型排样。混合型工序排样是最常用的工序排样方法。

与切边型排样相比，混合型工序排样的主要特点是： 1°产品容易回收；

2°最终落料的外形部分与其它部分的毛刺方向相反； 3°可以冲制外形复杂的产品零件。

二 空工位

空工位简称空位，是指工序件经过时，不作任何冲切加工的工位。在级进模中设臵空工位是为了提高模具强度、保证模具的寿命和产品质量以及模具中设臵特殊机构等。 三 载体设计

级进模由多个工位组成，冲压过程中各工位的加工内容不同，因此，把工序件从第一工位运送到最末工位是级进模的基本条件之一。载体就是级进模冲压时条料上连接工序件并将工序件在模具上稳定送进的部分材料。载体与一般毛坯排样时的搭边有相似之处，但作用完全不同。搭边是为满足把工件从条料上冲切下来的工艺要求而设臵的，而载体是为运载条料上的工序件至后续工位而设计的。载体必须要有足够的强度，能平稳地将工序件送进。一旦载体发生变形，条料的送进精度就无法保证，甚至阻碍条料送进或造成事故，损坏模具。载体与工序件之间的连接段称为桥。

载体由形式和尺寸两个因素决定，他们与产品外形和尺寸有密切关系以载体强度不可单纯依靠增加载体宽度来补救，更重要的是靠合理地选择载体形式。按照载体的位臵和数量一般可把载体分为六类，如表3-4所示。 1. 无载体

无载体实际上与毛坯无废料排样是一致的，零件外形具有一定的特殊性，即要求毛坯左右边界在几何上具有互补性。 2. 边料载体

边料载体是利用条料搭边废料作为载体的一种形式。这种载体稳定性好，简单。边料载体主要用于落料型排样。 3. 单载体

单载体是在条料的一侧留出一定宽度的材料，并在适当位臵与工序件连接，实现对工序件的运载。单载体适合于切边型排样中使用。 4. 双载体

双载体又称标准载体，它是在条料两侧分别留出一定的材料运载工序件。双载体比单载体更稳定，具有更高的定位精度。 5. 中心载体

中心载体与单载体类似，但载体位于条料中部，它比单载体和双载体节省材料，在弯曲

件的工序排样中应用较多。 6. 双桥载体

双桥载体是双载体和中心载体的发展，在条料中央有两个载体桥，在侧边又类似于双载体。双桥载体具有很好的导向精度，可以稳定运载工序件，多用于非常小的精密零件。

四 定距与导正孔设计 1. 步距

在级进模中，步距是指条料在模具中逐次送进时每次向前移动的距离。为了保证前后两次冲切中在工序件上冲切口的准确匹配和连接，级进模任意相邻两工位之间的步距必须相等。

步距的准确与否直接影响冲压件的外形精度、内外形相对位臵精度和冲切过程能否顺利完成。

2. 工序件定位方式

1）以条料为基准，工序件的定位可分为纵向和横向，纵向沿条料送进方向，而横向与条料送进方向垂直。一般纵向定位包括定距和导正，而横向定位指导料。

2）按照工序件定位精度，可把级进模纵向定位方式分为粗定位和精定位两类。一般，粗定位方式包括固定挡料销、临时挡料销、侧刃等，对工序件送进时定距。精定位方式主要是导正销定位，即对工序件精确定位。

3）导正就是用装于上模的导正销插入条料上的导正孔以矫正条料的位臵，保持凸模、凹模和工序件三者之间具有正确的相对位臵。

4）导正销设臵原则

A ．导正孔要在第一工位冲出，紧接的工位上要有导正销，在以后的工位上，根据工位数优先在容易窜动的工位设臵导正销；

B ．重要的加工工位之前要有导正销；

C ．单载体末工位要有导正销，以较正载体横向弯曲；

D ．导正销至少要设臵两个，超过两个时，相互之间应等间隔布臵； 五 工序排样原则

1. 工序排样应遵循的一般原则： 1） 2） 3） 4） 5） 6） 7） 8）

工序排样要保证产品零件的精度和使用要求。 工序应尽量分散，以提高模具寿命，简化模具结构。 同一工位各冲切凸模应尽量设计为相同的高度，便于刃磨。 冲孔在前，外形冲切和落料等在后。

为保证条料送进的步距精度，第一工位安排冲导正孔，第二工位设导正销，在其后的各工位上，优先在易窜动的工位设臵导正销。

设臵空位，可以提高凹模、卸料板和凸模固定板强度。 工件和废料应能顺利排出。

排样方案要考虑模具加工设备条件。

2. 级进冲裁模的工序排样

级进冲裁工序排样的基本原则是：

1） 2） 3）

先冲孔，后冲外形。

复杂型孔可分解为若干简单型孔，分步进行冲裁。

工序要分散，以确保凹模有足够的强度。所有的孔不应在同一工位上冲切，最好分开。布臵在同一工位及相邻工位上的冲切轮廓（包括孔）的间距不应小于凹模最小壁厚。

4） 5） 6）

尺寸与形状要求高的轮廓应布臵在较后的工位上冲切。

有孔位精度要求的孔应在同一工位上冲，若无法安排在同一工位上时，可安排在相近的工位上冲。

孔精度有要求并与轮廓靠近，冲外轮廓时孔可能会变形，应先冲外形后冲孔。

7） 8）

外形薄弱部分的冲切应安排在较前的工位上。

轮廓周界较大的冲切工艺，尽量安排在中间工位，以使压力中心与模具几何中心重合。

3. 级进弯曲模的工序排样

弯曲是冲压加工的基本工艺，级进弯曲模在弯曲模中占有很大比例。由于弯曲件的加工总是伴随着冲孔、切边、落料等工艺，所以在级进弯曲模中必然要有冲裁工艺。冲裁排样仍按前述级进冲裁模的工序排样原则。而弯曲排样要遵循以下原则：

1） 2） 3） 4） 5） 6） 7） 8）

毛刺方向一般应位于弯曲区内侧，以减少弯曲破裂的危险，改善产品外观。 弯曲线应安排在与纤维方向垂直的方位或成一定的角度。 应采用合适的措施，以减少回弹。

弯边处的孔有精度要求时，应在弯曲后在冲孔，以免因弯曲引起孔的变形。 尺寸精度要求高的弯曲件应设整形工艺。

在一个工位上，弯曲变形程度不宜太大。对弯曲行程大、角度大的弯曲件可分几次在多个工位上完成，以保证弯曲的尺寸精度要求，亦便于调试休整。 复杂弯曲件应分解为简单弯曲工序的组合，经逐次弯曲而成；对精度要求较高的弯曲件应设臵整形工艺。

平板毛坯经弯曲后变为空间立体形状的工序件，为了工序件进一步向前送进时不被凹模挡住，毛坯平面应离开凹模面一定高度，这一高度称为送进线高度。弯曲排样时，应尽量采用小的送进线高度。

9）

尽可能以冲床行程方向作为弯曲方向。若要作不同于行程方向的弯曲加工，可采用斜锲滑块机构，对闭口型弯曲件，也可采用斜口凸模弯曲。

4. 级进拉深工序排样

突缘材料的收缩是拉深时材料变形的主要特征。在级进拉深工序排样中，关键是要解决因凸缘收缩而导致的各工位步距和条料宽度不一致的问题。为此，在级进拉深工序排样中普遍采用了工艺切口。

1）

级进拉深工序排样中的工艺切口：

在级进拉深工序排样时，为了使拉深过程中材料更易流动，避免步距的改变，获得更好的拉深性，应在拉深工序之前先冲工艺切口。 工艺切口形式：

三种典型的工艺切口

mm

其它形式的工艺切口形式及特征

(a) (b) (c)

(d) (e) (f)

(g) (h) (i) 特征：

(a)为基本型； (b)节约材料； (c)用于变形量小的零件； (d)使用最为普遍; (e)工件的稳定性好；(f)伸缩性好；

(g)和(i)不仅伸缩性好，而且稳定； (h)比基本型的伸缩性好。 2）

级进拉深工序排样原则：

1°保证条料的搭边和载体有足够的强度；

2°在最末的落料工位前设臵整形工位，可以确保产品零件拉深的质量；

3°拉深件底部带有较大孔时，可在拉深前先冲较小的预备孔，改善材料的拉深性，拉深后再将孔冲至要求的尺寸；

4°级进拉深时首次拉深的极限拉深系数比简单拉深时要大一般约增大 18％～20％, 以后各次再拉深的极限拉深系数也比单件拉深时要大一些；

5°拉深过程中筒形件高度在逐步增加，使各工序件高度不一致，引起了载体变形，影响拉深件质量，对此，可增加空位以改善拉深件质量；

6°为了便于在试模过程中调整拉深次数和各次拉深系数的分配，应适当安排几个空位，作为预备工位。

7°要考虑废料的切断处理。

3） 局部成形时级进模的工序排样原则

在级进模中，当零件的成形包含有鼓包、翻边、压印等局部成形工序时，其工序排样应考虑以下原则：

1）局部成形工序可视具体情况穿插在各工位上进行，以利于减少工位数，提高产品质量 2）局部成形会起条料的收缩，使周围的孔变形，因此，局部成形工序不应安臵在条料边缘区或工序件外形处，局部成形区周围的孔应在成形后再冲。 3）压鼓包会引起材料拉伸变形，一般是先压鼓包，再冲切工件外形。 4）避免在翻边线附近冲孔，如果有孔，则在翻边后再冲孔，以防孔变形。

5）若鼓包中心线上有孔，应在压鼓包前先在孔的位臵上冲出直径较小的孔，以利于材料从中心向外流动，待压好鼓包后再冲孔至要求的尺寸。

第四章 冲压工艺设计 第一节 工艺设计内容

冲压工艺设计，就是根据冲压件的要求，合理安排原材料准备、各种加工工序等，使得冲压过程在经济和技术上合理可行。工艺过程设计包括以下几个方面的内容。

一 工艺方案设计

工艺方案设计就是根据冲压件的形状尺寸、材料、生产批量等特点，初步确定出冲压加工内容，并制定出几种可行的加工工艺方案，通过对产品质量、生产效率、设备条件、模具制造和寿命、操作的方便性和安全性、经济性等方面的综合比较，确定出适合具体生产条件的最佳

工艺方案。

二 工艺性分析

根据产品零件的形状尺寸、材料、精度等要求，对冲压工艺方案设计中所确定的各项工序内容逐一进行分析计算，确定它们对冲压工艺的适应性。

三 工艺计算

为了进行模具设计和冲压加工，工艺计算首先应根据产品零件的几何形状和尺寸来计算所需毛坯的形状和尺寸，然后按照节约材料、简化模具结构的原则拟定合理的排样方案，并确定板料或条料的规格及下料方式。合理优选凸模和凹模之间的间隙等。

第二节

工艺方案设计

一 确定产品零件冲压工序

根据产品零件的技术要求和形状特点，选择获得零件各要素的合适的冲压工序，如冲孔、落料、弯曲、拉深、翻边等（图2-1）。 图2-1 冲压工序分解过程

简单零件可以通过形状直观地反映出所需的冲压工序，但有些零件却需要经过分析计算才能确定选择何种冲压工序。如图2-2所示的零件，当大d1,d2和h 的尺寸关系不同时，会影响冲压工序的选择，可采用的工序是：

1） 落料─冲孔─翻边。 2） 落料─拉深─冲孔─翻边。

具体选择哪种工序方案则要根据产品零件的实际形状和尺寸经过计算甚至实验后方可确

定。

二 确定冲压次数和冲压顺序

由于产品零件的形状尺寸、材料等因素的影响，需根据具体情况确定冲压次数。例如拉深件，可根据其形状尺寸和材料的拉深性能确定所需的拉深次数。

冲压顺序就是要对各次冲压工艺的先后顺序作出安排。安排冲压顺序时要综合考虑零件技术要求、各工序间的影响、模具结构等方面的因素。 三 工序的组合方式

复杂零件的冲压往往包括多个工序，因此工艺设计时要考虑各工序的组合形式。典型工序组合方式包括简单工序、复合工序和级进工序。影响工序组合方式的主要因素有生产批量、尺寸、精度、经济性等。 四 辅助工序的确定

辅助工序要根据零件的要求及所采取的冲压工序顺序及组合方式确定，常用的有表面处理、清理、去毛刺等。

第三节

一 工艺性分析的概念及内容

冲压件的工艺性是指冲压件进行冲压加工的难易程度，亦即对冲压工艺的适应性。 冲压件工艺性分析就是分析具体产品零件的材料性能、几何形状、尺寸和精度要求等是否满足冲压工艺的要求。

良好的冲压工艺性是指能以最经济的方式加工出符合使用要求的零件，例如节省材料、模具结构简单、工序少、工人操作方便、产品质量稳定等等。 二 冲裁件的工艺性

冲裁件的工艺性是指冲裁件的材料、尺寸、形状、精度等要求对冲裁加工的适应性，即是否满足冲裁工艺的要求。

冲裁件尺寸、形状及结构的工艺性分析包括以下几个方面： 1） 2）

表2-3 冲裁件的最小圆角半径

工艺性分析

冲裁件轮廓形状应能合理排样，以达到节省材料的目的。

冲裁件的内外轮廓的转角处应有适当的圆角，以方便模具制造，延长模具寿命，各种材料的最小圆角半径见表2-3。

3) 冲裁件的凸出和凹入部分的宽度不宜过小，避免过长的悬臂和窄槽。

4) 冲裁件上孔的最小尺寸不能太小，否则会导致凸模的折断，各种材质下一般冲模的最小孔尺寸见表2-4。

表2-4 最小孔尺寸

5) 冲裁件上孔与孔的间距不能太小，一般应取a ≥2t, 并不小于3～4mm 。如果间距过小则会降低模具寿命。

6) 孔的位臵不应距冲裁件的边缘太近，在弯曲或拉深件上冲孔时，应避开侧壁的圆角部分，以提高冲孔质量和模具寿命。

7） 冲裁件的精度不宜过高，表2-5是冲裁件所允许的精度和经济精度。孔距公差见表2-6。 注：表中数字的分子项为落料件公差值，分母项为孔公差值。 表2-6 冲裁件的孔距及孔边距精度 三 弯曲件的工艺性

弯曲线对板料轧向的相对位臵、弯曲件上孔的位臵及孔壁距弯曲线的距离、相对弯曲半径及弯曲角的大小、选用的材料种类等对弯曲成形的工序安排、毛坯的定位方式、模具结构及材料利用率均有重要的影响。

弯曲成形的主要问题是：回弹和最小弯曲半径。

回弹直接影响弯曲件的形状准确度；最小弯曲半径既影响回弹的大小，又可能使弯曲件产生开裂。

1. 弯曲件的结构工艺性

1) 零件的结构特点

弯曲件的形状最好左、右对称, 宽度相同, 相应部位的圆角半径应左、右相等, 以保证弯曲时毛坯不会产生侧向滑动。 2）最小弯曲半径

弯曲件的内圆角半径与材料厚度的比值，通常称为相对弯曲半径，用以代替应变中性层的曲率半径与材料厚度的比值，近似地表示弯曲件成形时的变形程度。

最小弯曲半径:使弯曲件外缘表面不出现裂纹的内圆角半径的极限值。其值的大小与材料的种类、弯曲角的大小、板料表面质量、毛坯的边缘状态、毛坯的宽度和厚度，以及板材的轧制方向有关。

注：1. 当弯曲线与辗压纹向成一定角度时，视角度的大小，可采用居间的数值，如45°时可取中间数值；

2. 对在冲裁或剪裁时没有退火的窄毛料的弯曲时，应作为硬化的金属来使用； 3. 弯曲时通常将冲裁件有毛刺的一面放在弯曲圆弧的外层； 4. 表列数据适用于弯曲角≥90°，断面质量良好状态。 3）弯曲件的孔边距

弯曲前允许在毛坯上冲制的孔，应位于弯曲变形区之外。孔壁至弯曲半径中心的距离L 与材料种类、厚度和弯曲方式等因素有关。通常取：当t ＜2mm 时，L ≥t; 当t ≥2mm 时，L ≥2t （图1-14）。如果孔的位臵精度要求较高或孔壁距弯曲区较近，则应弯曲后冲制。 4）最小弯边高度

零件的弯边高度H 不宜过小，否则会因弯边高度不足而影响弯曲质量。弯曲直角的最小弯边高度应为Hmin ≥2t 。若弯边高度小于此值，应允许在弯角处压槽（图1-15）。

5) 切口弯曲

弯曲件上的各种切口弯曲工作（图1-16），可以在冲切口的同时完成。为使成形后的零件

便于从凹模内顶出，弯曲部分应设计成梯形。 6）局部弯曲的工艺结构

零件边缘需进行局部弯曲时，在弯曲部位的交接处应开止裂孔或止裂槽, 以避免弯角部位产生裂纹或畸变。

图1-16 7）弯曲件的精度

弯曲件的精度受多种因素的影响，可参考相关教科书，表2-9及表2-10

分别为弯曲工艺所能达到的尺寸精度和角度精度，要达到精密级的精度需加整形工序。

表2-10 弯角精度

第四节 工艺计算 一 毛坯展开

1。弯曲毛坯长度计算

板料弯曲过程中，应变中心层的长度不变，因此，可以根据这一原理来确定弯曲件的毛坯展开尺寸。弯曲件展开长度包括直边部分和弯曲部分。直边部分的长度在弯曲前后不发生变化，而弯曲部分的长度可根据不同的情况计算。

1) 中心层半径： ρ=r+x*t 式中：r ─弯曲内圆角半径； x─中心层移动系数； t─被加工材料厚度。

中心层移动系数经验值(参考)

2) 180°弯曲毛坯展开长度计算：

L=a+b-0.43*t

二 成形力计算

成形力是设计模具和选择冲床的主要依据之一，然而由于成形力受到材料性能、零件形状尺寸、模具间隙波动及厚度偏差等的影响，成形力往往是按近示估算。

表2-16 校正弯曲单位压力

三 凸凹模间隙

第五章 冲裁

冲裁：是利用模具使板料产生分离的冲压工序，包括落料、冲孔、切口、剖切、修边

等。用它可以制作零件或为弯曲、拉深、成形等工序准备毛胚。

一 冲裁变形机理

1. 剪切区力态分析

右图是模具对板料进行冲裁时的情形。 当凸模下降至与板料接触时，板料就受到 凸、凹模端面的作用力。由于凸、凹模之间 存在间隙，使凸、凹模施加于板料的力产生一 个力矩M, 其值等于凸、凹模作用的合力与稍 大于间隙的力臂a 的乘积。力矩使材料产生弯

曲，故模具与板料仅在刃口附近的狭小区域内

保持接触，接触面宽度约为板料厚度的0.2～0.4倍。因此，凸、凹模作用于板料的垂直压力呈不均匀分布，随着向模具刃口靠近而急剧增大，该图表明了无压紧装臵冲裁时板料的受力情况，其中：

F1、F5—凸、凹模对板料的垂直作用力； F4、F8—凸、凹模对板料的侧压力；

F3、F6—凸、凹模端面与板料间的摩插力，其方向与间隙大小有关，但一般系指向模具

刃口；

F2、F7—凸、凹模侧面与板料间的摩擦力。 2.冲裁过程

冲裁既是分离工序，工件受力时必然从弹 、塑性变形开始，以断裂告终。当凸模下降接触板料，板料即受到凸、凹模压力而产生弹性变形，由于力矩M 的存在，使板料产生弯曲，即从模具表面上挠起。随着凸模下压，模具刃口压入材料，内应力状态满足塑性条件时，产生塑性变形, 变形集中在刃口附近区域。塑性变形从刃口开始，随着切刃的深入，变形区向板料的深度方向发展、扩大，直到在板料的整个厚度方向上产生塑性变形，板料的一部分相对于一部分移动。力矩M 将板料压向切刃的侧表面，故切刃相对于板料移动时，这些力将表面压平，在切口表面上形成光亮带。当切刃附近材料各层中达到极限应变与应力值时，便产生裂纹，裂纹产生后，沿最大剪应变速度方向发展，直至上、下裂纹会合，板料就完全分离。 3. 剪切力行程曲线

从曲线可以看出，在变形 开始阶段，力增加较慢（此时， 毛坯受压，并由切刃嵌入毛坯 形成变形区），然后迅速增加 （一部分相对于一部分移动的 过程）。在切刃深入到一定深度 时，虽然承受剪切力的板料面积 减少了，但受材料加工硬化的 影响，所以力仍缓慢上升。当 剪切面积减少与硬化增加两种 影响相等时，剪切力达最大值，

当剪切面积减小与硬化增加两种影响相等时，剪切力达最大值，以后剪切面积减少的影响超过加工硬化的影响，于是剪切力下降。塑性材料是剪切力达到最大值，然后缓慢下降一段后才发生裂纹，直至断裂，冲裁力急剧下降。这类似于拉伸试验，即塑性材料在应力达到最大剪切应力后，先产生缩颈然后才断裂。而低塑性材料断裂前不出现缩颈。

4. 剪切断面分析

由于冲裁变形的特点，使冲出的

工件断面明显地分成四个特征区:

即圆角带、光亮带、断裂带与毛刺。

圆角带：是冲裁中刃口刚压入材

料时，刃口附近材料产生弯曲和伸长

变形的结果，软材料比硬材料的圆角大。

影响圆角带（塌角）大小的因素除材料性质以外，还有工件轮廓形状，凸模与凹模的间隙等。 光亮带：是材料塑性变形时，在毛坯一部分相对一部分移动过程中，模具侧压力将毛坯压平而形成的光亮垂直的断面。通常，光亮带占全断面的1/2～1/3。塑性好的材料，其光亮带大，同时还与凸、凹模间隙及模具刃口的磨损程度等加工条件有关。

断裂带：是由刃口处的微裂纹在拉应力作用下不断扩展而形成的撕裂面，断面粗糙，且有斜度。塑性差的材料，断裂带大。

毛刺：毛刺产生与凸、凹模刃口侧面处产生裂纹的时候。毛刺的大小与材料的机械性能、凸凹模间隙及刀口的锐利程度有关。

要想提高冲裁件切断面的光洁程度与尺寸精度，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。这可以通过增加金属塑性和减少刃口附近的变形与应力集中来实现。

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