工艺技术_精冲模工艺及技术介绍资料

第一讲 精冲概数 1 1、何谓精冲、何谓精冲 精冲是精密冲裁的简称。 精冲是在普冲的基础上， 发展起来的一种精密冲压加工工艺。它虽然与普冲同属于分离工艺， 但是包含有特殊工艺参数的加工方法。由它生产的零件也具有不同的质量特征。特别是在精冲与 冷成型（如弯曲、拉深、翻边、镦挤、压沉孔、半冲孔和挤压等）加工工艺相结合后，精冲零件 已有可能在许多领域（如汽车、摩托车、电子工业等），取代以前由普冲、机加工、锻造、铸造 和粉末冶金加工的零件，因而发挥其巨大的技术优势和经济效益。 2 2、精冲分类、精冲分类 各种不同的精冲方法，按其工艺方式，主要分类如下： 3 3、 精冲工艺原理精冲工艺原理 3.1普冲与精冲的区别 我们常说的精冲，指的是强力压板精冲强力压板精冲(见图 1)。PR齿圈力、PS冲裁力、PG反压力。强 力压板精冲的基本原理是在专用压力机上，借助特殊结构模具，在强力作用下，使材料产生塑性 剪切变形，从而得到优质精冲件。 3.2精冲工艺特点 表 1 为普冲和精冲二种不同工艺方法的特点。 技术特征普冲精冲 1.材料分离形式剪切变形(控制撕裂)塑剪变形(抑制撕裂) 2.工件品质 尺寸精度ISO11-13ISO7-11 冲裁面粗糙度 Ra(m)Ra6.3Ra 0.41.6 平面度大小(0.02mm/10mm) 不垂直度大小(单面 0.0026mm/1mm) 塌角(2035)%S(1025)%S 毛刺双向,大单向,小 3.模具 间隙双边(510)%T单边 0.5%1%T 刃口锋利倒角倒角 4.冲压材料无要求塑性好(球化处理) 5.润滑一般特殊 6.压力机 力态普通(单向力)特殊(三向力) 工艺负载变形功小变形功为普冲的 22.5 倍 表 1 3.3模具工作原理 精冲机是实现精冲工艺的专用设备。如图 2 所示，精冲时精冲机上有三种力（PS、PR、PG）作 用于模具上。冲裁开始前通过齿圈力 PR，经剪切线外的导板（6），使 V 形齿圈（8）压入材料并 压紧在凹模上，从而在 V 形齿圈的内面产生横向侧压力，以阻止材料在剪切区内撕裂和在剪切区 外金属的横向流动。同时反压力 PG又在剪切线内由顶件器（4）将材料压紧在凸模上，并在压紧状 态中，在冲裁力 PS作用下进行冲裁。剪切区内的金属处三向压应力状态，从而提高了材料的塑性。 此时，材料就沿着凹模刃口形状，呈纯剪切的形式冲裁零件。 冲裁结束后，PR和 PG压力释放，模具开启，由退料力 PRA和顶件力 PGA分别将零件和废料顶出。 并用压缩空气将其吹除。 1.凸凹模; 2.凹模; 3.冲孔凸模; 4.顶件器; 5.推杆; 6.导板;7.顶杆; 8.齿圈; 9.精冲材料; 10. 精冲零件; 11.内形废料; PS冲裁力; PR齿圈力; PG反压力;PRA卸料力; PGA顶件力; SP冲裁间隙 3.4、精冲工作过程（见图 3） a） 模具开启，送入材料； b） 模具闭合，在刃口（冲裁线）内外的材料利用齿圈力和反压力压紧； c） 用冲裁力 PS冲裁材料，压紧力 PR和 PG全过程有效压紧； d） 滑块行程结束，冲件在凹模内，内孔废料冲入落料凸模中； e） 齿圈力 PR和反压力 PG卸除，模具开启； f） 在施加齿圈力的位置，此时作用为：顶出内孔废料和卸除冲压搭边的卸料力 PRA； g） 在施加反压力的位置，此时作用为：从凹模中顶冲件的顶件力 PGA。材料开始送进； h） 吹卸或清除精冲件和内孔废料。材料送进完成。 PR齿圈力 PG反压力 PS冲裁力 PRA卸料力 PGA顶件力 1压板 2凹模 3冲裁（落料）凸模 4顶件器 5精冲材料 6精冲零件 7冲内孔废料 第二讲 精冲零件（上） 1.1.精冲零件的工艺性精冲零件的工艺性 精冲零件的工艺性，主要指保证零件的技术和使用要求，并在一定的批生产条件下，在制 造上应最简单、最经济。而影响它的主要因素有： （1） 零件结构的工艺性； （2） 零件尺寸公差和形位公差； （3） 材料性能和厚度； （4） 冲裁面质量； （5） 模具设计、制造质量及寿命； （6） 精冲机的选择等。 精冲零件结构的工艺性，是指构成零件几何形状的结构单元，它包括：最小圆角半径、孔 径、壁厚、环宽、槽宽、冲齿模数等的确定尤为重要。 图 1 所示，可供选择精冲零件结构参数的极限值。它们都小于普冲零件。这是由精冲原理 决定的。然而，合理的零件结构参数，有利于提高产品质量，降低生产成本。 2.2.精冲零件的难度等级精冲零件的难度等级 根据零件几何形状及其结构单元，在图 1 各图中划分为 S1、S2和 S3三级。 S1简单的，适于精冲材料抗剪强度 Ks=700N/mm 2 S2中等的，适于精冲材料抗剪强度 Ks=530N/mm 2 S3复杂的，适于精冲材料抗剪强度 Ks=430N/mm 2 在 S3以下的范围，不适宜精冲，或者要采用特别措施。使用 S3的范围时，其条件是冲裁元 件要用高速钢制造，且精冲材料抗拉强度b600 N/mm 2（抗剪强度 K s430N/mm 2）。 例：图 1 中开关凸轮，材料为 Cr15（球化），Ks=420N/mm 2，确定其难度等级。 孔 径 d4.1mm S1 搭 边 b3.5mm S3 齿模数 m2.25mm S2 圆角半径 Ra0.75mm S1/S2 此零件最大难度是搭边 b，故总难度为 S3，可以精冲。 3.3.精冲零件的技术要求精冲零件的技术要求 3.1 尺寸公差 精冲零件的尺寸公差，取决于：零件形状、模具制造质量、材料厚度及性能、润滑剂和压 力机调整等因素。可由表 1 中选取。 3.2 平面度公差 精冲零件的平面度是指零件平面的挠度（见图 2），其值为： fhs 由于精冲材料是在压紧状态下进行的，故精冲件具有较好的平面度。而这种平面度随零件 尺寸、形状、材料厚度及机械性能等不同而有所差别。 一般来说，1）、厚料比薄料零件平直厚料比薄料零件平直；2 2）、低强度材料比高强度材料平直低强度材料比高强度材料平直；3 3）、压边力压边力 大比压边力小的平直。大比压边力小的平直。在凸模侧的材料表面总是中凹的，凹模侧总是中凸的。但如果零件还需 要压印、压痕、切口、弯形等工序或用连续模冲裁，由于在零件上产生局部的变形或冲裁方向 不同，致使平面度有较大的波动范围。但无论如何，精冲件总是要比普通冲压件的平面度好的 多。图 3 是在 100mm 距离上测定的一般直线度。 图 1 精冲零件几何单元及难度等级 A孔径；B槽宽、搭边；C齿模数；D圆角半径。 料厚 S(mm) 抗拉强度 600N/mm2 内形 J外形 A孔距 X ISO 公差等级 0.516777 12777 23777 34787 457888 56.3898 6.388998 810910108 1012.5910109 12.5161011109 3.3 垂直度公差 精冲零件的冲裁面与基面成一定的角度公差（倒锥），谓之不垂直度。它与料厚及其性能、 冲裁刃口状态、模具刚度、压力机的调整等有关。一般料厚为 1mm 时，不垂直度为 0.0026mm， 若料厚为 10mm，则毛刺侧比塌角大 0.052mm。图 4 为料厚与不垂直度的关系。 图 2 零件平面图 图 3 平面度公差 图 4 料厚与 X 值的关系 3.4 冲裁面质量 冲裁面是精冲零件质量高低的主要标志。它与材料种类、性能、金相组织、模具质量和刃 口状况、润滑剂及压力机调整等因素有关。冲裁面的结构组成包括：光洁面、撕裂面、塌角面 和毛刺面。冲裁面状况的表示方法和意义如图 5 所示，其质量特征表现为三个方面。 图 5 冲裁面的表示方法 图中：S材料厚度；h断裂时，最小光洁面部分占材料厚度 S 的百分比（%）；l鱼鳞 状断裂时，最小光洁面部分占材料厚度 S 的百分比（%）；b最大允许的鱼鳞状断裂宽度，b 的 总和不大于相关轮廓的 10%；t允许的断裂深度为 1.5%S；e毛刺高度（mm）；c塌角宽度 为 30%S（最大）；d塌角深度为 20%S（最大）（齿形件时为 30%S）；E撕裂带的最大宽度。 （1） 冲裁面粗糙度 冲裁面的光洁程度，在冲裁方向和沿周边便于不同位置是有差别的。即塌角侧优于毛刺侧。 冲裁面的粗糙度用算术平均值aR 表示。 其值一般 Ra0.23.6， 共分为六个等级 （见表 2）， 测量方向垂直于冲裁方向；测量位置在冲裁面的中部（见图 6a）。冲裁面的粗糙度与 材料抗拉强度的关系如图 6b 所示。 表 2 冲裁面粗糙度 粗糙度等级12345 Ra（m）0.20.40.6(0.8)2.43.4 代号N4N5N6N7 图 6 冲裁面粗糙度与抗拉强度的关系 （2） 冲裁面完好率 精冲零件冲裁面完好率分为五个等级（见表 3）。 冲裁面完好率 hl 100%S 100%S 90%S 75%S 50%S 100%S 90%S 75%S - - （3） 冲裁面撕裂等级 精冲零件冲裁面撕裂等级分为四个级别（见表 4）。 表 4 冲裁面撕裂等级 E（mm）级 别 0.3 0.6 1 2 1 2 3 4 （4） 冲裁面质量的表示方法和意义 如图 7 所示为冲裁面质量特征的表示方法和意义。 示例： 图 7 冲裁面长度表示实例 例中，冲裁面粗糙度 Ra2.4m；完好率 h90%S；l75%S；撕裂级别为 2。 图 8 求塌角值 tE 和 bE 4.4.精冲零件的塌角精冲零件的塌角 塌角系指精冲零件内、外廓平面与光洁面交界处的不规则外凸曲线的下陷塑性变形（见图 8）。塌角的大小与料厚、材质、零件形状、反压力及齿圈高度等有关。 塌角的计算方法可参看图 8 选取。一般 tE（510）S，bE（510）tE。 5.5.精冲零件的毛刺精冲零件的毛刺 毛刺系指精冲零件冲裁面端部上的不规则突起。其大小与材料种类、间隙、模具刃口状况、 凸模进入凹模深度及冲裁次数等有关。 精冲时产生的毛刺，不是切削毛刺而是挤压毛刺。判断毛刺的大小，不仅是毛刺高度，而 且还有毛刺根部的厚度。 根据 VDI3345 标准，当模具刃口锋利时，只产生薄毛刺，e0.010.08mm；当模具刃口变 钝时，产生厚毛刺，e0.10.3mm（见图 9）。 图 9 精冲毛刺高度 第二讲 精冲零件（下） 6.16.1 尺寸公差尺寸公差 因为精冲是一个流动剪切过程，在精冲时，冲裁凸模首先使金属组织的晶体发生强烈的变 形，而后分离。一定的精冲材料影响精冲零件的表面质量、尺寸精度和模具寿命。 对它的基本要求是： （1）必须具有良好的可塑性和较大的变性能力 这主要是使剪切区材料的流动持续到剪切终结而无撕裂。 采用抗拉强度b650 N/mm 2，含碳量到 0.35%的钢，其精冲效果最好。 1材料的精冲性能 抗拉强度 屈服极限 延伸率 硬度 渗碳体和碳化物（球化）变形程度 2材料的变形能力 屈服极限低 抗拉强度低 断裂延伸率高 端面收缩率高 精冲材料具有较高的断裂延伸率值和端面收缩率值就具有较高的变形性能。低的屈服极 限值说明材料在较低的压力作用下就开始流动。 精冲材料强度的适宜范围，见图 10。图中的含碳量是按当量含碳量计算，即 低碳钢含碳量及低合金钢当量含碳量（重量） 图 10 合金含碳量与材料强度的关系 （2）必须具有良好的组织结构 精冲材料，对金相组织有较高的要求。同样的材料，热处理不同，其金相组织和延伸率亦不 同， 对精冲件的质量也有显著的影响。 如对含碳量大于 0.35的碳钢、 合金钢来说， 渗碳体 （Fe3C） 的形状及其分布对剪切表面光洁度有决定性的影响，其中以球化后（经球化退火）碳化物以细粒 状均匀分布最为理想， 而有片装珠光体组织很难冲出光洁的剪切表面。 图 11 所示， 系含碳量为 0.45 的碳钢，由于金相组织的不同，而得到不同的剪切表面质量。左边是未处理前铁素体珠光体 结构，右边是经球化后的球状渗碳体。 图 11 不同金相组织对剪切面的影响（C45） （3）精冲时的冷作硬化 由于精冲是挤压剪切过程的复合，因而材料在剪切区内晶体组织产生了强烈的冷作变形。 突出表现在冷作硬化区内材料的硬度比基体硬度有显著的增大。为此，掌握精冲冷作硬化的变形 规律，确定其冷作硬化的大小、形状和深度以及对精冲件的实际作用，是非常必要的。 图 12 所示，为普冲与精冲时材料的冷作硬化情况。 图 12 普冲与精冲时材料的冷作硬化 6.26.2 精冲材料的选择精冲材料的选择 （1）选择原则 从技术上要满足精冲零件的功能要求，同时要考虑经济性，以降低成本。它包括：供应类型 和状态、尺寸公差、表面质量和精冲难度。 （2）材料品种 黑色金属，包括：软 钢 （C0.13%）； 非合金钢（0.121.0%C） 合金钢 （0.150.20%C） 不锈钢（C0.15%） 细晶粒钢（0.100.22%C） 有色金属，包括：铜和铜合金；铝和铝合金。 （3）供应状态 对于钢材要求： a. 供应类型：热轧带钢、冷轧带钢、扁钢，但状态各不一样，有退火、软化退火、 球化退 火等。 b. 尺寸大小：按设计模具确定。 c. 厚度公差：要与零件相符。 d. 表面质量：不同的轧制方法得到不同的表面质量，为酸洗的、喷砂的、酸洗平整的、冷轧 的等。 e. 金相组织：根据产品零件要求，分为三级： FSG：具有最大的抗拉强度，对金相组织无要求； FSG：经退火处理，材料 C0.15%，约含 8090%球状渗碳体； FSG：经软化退火，材料 C0.15%，约含 100%球状渗碳体。 对有色金属铜、铝及其合金均有化学成分及轧制状态要求。 6.36.3 精冲材料的精冲性评价精冲材料的精冲性评价 精冲材料的精冲性评价及材料的选择，可参看表 5。 表 5 钢材的精冲性 钢 号 可冲厚度最 大（mm） 精冲性评价 中 国（YB） 美 国（AISI） 德 国（DIN）日 本 JIS）苏联（OCT） 081008151 101010C10S10C10 号钢151 151015C15S15C15 号钢121 201020C22S20C20 号钢101 251025S25C25 号钢101 301030S30C30 号钢101 351035C35S35C35 号钢82 401040S40C40 号钢72 451045C45S45C45 号钢72 501050CK53S50C50 号钢62 551055Cf56S55C55 号钢62 601060C60SWRH4B60 号钢52 1064CK60S58C6 651065CK67SUP265 号钢3 70107032 1074C753 T8AW1-0.8CC85W2SKU3Y8A3 T10A33 15Mn/16Mn83 15CrMn16MnCr515X52 14Ni682 14NiCr10SNC21H7 E331614NiCr14SNC22H7 14NiCr187 15CrNi66 18CrNi85 431717CrNiMo65 15Cr15Cr3SCr2115X52 15CrMo54 20CrMo411820CrMo5SCM2220XM42 20CrMo20MnCr54.52 20MnMo82 42Mn2V42MnV762 GCr15E52100100Cr6SUJZX1563 0Cr13410X7Cr13 1Cr13403X10Cr13SUS211X13 4Cr13X40Cr134X13 Cr17430X8Cr17SUS24X17 0Cr18Ni9304X5CrNi189SUS270X18H9 1Cr18Ni9302X12CrNi188SUS401X18H9 1Cr18Ni9Ti321X10CrNiTi189SUS291X18H9T 304LX2CrNi189SUS28CP X8CrNi1212 301X12CrNi177SUS39CP X2NiCr1816 注： 1.很好理想的精冲材料，冲裁面光洁度高，模具寿命长。 2.良好适宜的精冲材料，冲裁面光洁度号，模具寿命正常。 3.尚可勉强的精冲材料，用于形状复杂的零件时，冲裁面撕裂，模具寿命短 第三讲 精冲模设计简介 有关精冲模设计，已经在出版的“简明精冲手册”以及国内外有关的技术文献中都有详细介 绍。 这里仅仅是一个设计提纲供大家参考。让我们互相学习，共同交流，为精冲技术的发展而努 力。 下面仅以固定凸模式模固定凸模式模具为例，说明在设计各主要元件，应注意的问题。 1、精冲机吨位选择 精冲件所需总压力： FT=FS+FG+FR FS冲裁力，FG反顶力 FR齿圈力 但当前随着新产品不断日新月异，生产技术要求精冲件有很多压印或挤压工艺，如何考虑压 印或挤压力。 一般，挤压压力与挤压面积、挤压深度和材料变形程度等因素有关。 挤压力经验公式 FP=AfRm（1+hp/s） A压印的投形面积 f抗拉强度系数 Rm抗拉强度 hp压印深度 S材料厚度 在使用上述公式计算挤压力 FP时发现，当材料的变形程度20%时，所得挤压力与实际所需 相差很大。如图 1 所示，直径 26mm，料厚 7mm，挤压深度 3.5mm 材料 AiSiC1008 时。 图 1 其计算值为： FP40T 而实际挤压力 FP110T 因此， 当有挤压工序的工件，在考虑所需挤压力时， 根据材料的相对变形程度， （当20%时）， 对该公式作必要的修正。 FP=AFERM（1+HPS） E相对变形程度 E 的系数。 2、精冲模架选择 在工作中固定凸模式模架有双导柱和四导柱两种模架。 2.1 双导柱模架选择 2.1.1 工件几何形状为全对称，或变曲对称。 2.1.2 工件有效工作直径在 5060 的范围内。 2.1.3 材料厚度至 8MM 以下。 2.1.4 各限之间偏裁不大于 25%的非对称件。 2.1.5 工件为板小件，工步以 23 步的连续模 2.2 四导柱模架选择 除采用双导柱模架条件以外的情况均采用四导柱模架。 至于凹模板，固定板，齿圈板，垫板等零件都已标准化。凸模也有固定的形式。 3、传力杆 传力杆至精冲模中的作用是传递各项压力，必要时需进行许可页截计算。 P=FD P传力杆许可页荷 D传力杆直径 单位面积上的许可截 3.1 下传力杆 3.1.1 下传力分布 下传力捍的分布，应以最大可能达到对称，均衡要求。 3.1.2 下传力杆直径，在顶件的空间允许的情况下直径越来越好，不宜采用，直径 3MM 的顶杆。 如果此处必须设置顶杆，应作技术处理（如异形杆）。 3.1.3 由于 FELNTOOL、SCHMID，精冲模架结构的特点，采用该模架，设计挤压工件时，必须设 计支承杆（见图 2），支承杆的放置，应在挤压位置的中心。以保证挤压厚度尺寸的精度。 3.2 上传力杆 3.2.1 上传力杆分布 上传力杆的分布，同样应以对称，均衡原则进行布置。 3.2.2 上传力杆直径力求相同 3.2.3 上传力杆的位置，尽可以地接近主凸模外廓，其距离为 12。 3.2.4 上支承杆设计同下传力杆要求一样。 4、平衡杆 在连续模冲裁过程中，一般情况下各工步向下移动的行程高度是不同的，各外传力杆下移高度 也不同。 由此造成承压圈内的承压块受力不均，承压块产生倾斜。另外第一次冲裁时，使齿圈板受力不 均，造成小凸模断裂。故至连续模中平衡杆的设立是不可缺少的。 4.1 平衡杆设计 平衡杆应对称分布一般可采用 2 根，当工件步距较大或多工位连续模应采用 4 根平衡杆。它的 位置应在条料宽度以外，一般最小距离为 2MM，有挤压工步的最小距离为 5MM。 4.2 平衡杆高度 4H（见图 3） 4H=（VU+S-F） VU顶件的凹模平面尺寸 S条料最小厚度 F系数（见简明精冲手册） 42 下平衡杆结构 结构形式见图 3 5、闭锁销 至连续模冲裁过程中，有较大的模向力，为防止上下偏移，保证凸，凹模间隙，闭锁销的设计， 也是不可缺少的。 5.1 闭锁销的设计 一般情况下采用对称均匀分布。放置在条料两侧，但当闭锁销挡体工件或废料排出时，也可将 它设计在条料一侧（即操作员侧） 5.2 闭锁销有效长度 L2（见图 4） L2=S+10+Y S条料厚度 X Y闭锁销侧角尺寸 6、 平衡块（或齿圈保护） 连续模在条料的开头或末尾，为使齿圈板不致倾斜，必须设置平衡块。在有齿圈时，它同时可 以防止齿圈与凹模或上，下齿圈在合模时相撞，造成损坏。（见图 5） 6.1 平衡块高度 Amax 平衡块为一组四件，其形状可作成元柱形或方柱形。设置成对称分布。 Amax=Smin-（0.002-0.005） Smin材料最小厚度 6.2 平衡块高度 AMAX 的控制 由公式可知，Amax 一定要比条料最小厚度小。 由于每批条料的厚度变化，平衡块高度（Amax）至试模时往往需要修磨，以达到上述要求。为 了拆装方便应将平衡块的紧固螺钉，设计在齿圈板下方，以便试模时，在机床上好装卸。 7、异正销 7.1 异正销设计 异正销直径的大小与冲裁料厚有关，异正销的配合。 D25，Dmin=5mm S料厚 7.2 异正销的凸模与凹模冲裁间隙 异正销的孔无需精冲，在冲其孔时其间隙值可取普通冲裁，双向间隙 选取： Z=2（0.01S） 7.3 异正销配合孔外倒角 由于异正销孔的冲裁使用普通间隙，这时产生的毛刺很多，至连续冲裁中毛刺被压平，往往卡 在异正销上，出现退料困难， 的条料会被拉弯。为了毛刺不被挤压，异正销配合孔端应倒角。 8、导料销 材料异料销的配合要求（见图 7） 这里需要提示：材料异料销与齿圈板配合精度不可忽视，间隙超过 0.2mm 以来，条料在送料时 会产生很大的偏斜，搭边变化很大，造成工件局部断面质量恶化。 9、弹簧顶销 弹簧顶销是用来消除工件在顶件 上的附作力，以便用压缩空气吹出工件。因其作用在图纸上反 映不明显，绘图时往往被遗漏，所以在绘制总图时，就在确定位置上首先注上标记，等待以后 细化 10、精冲间隙值 一般精冲技术文献都标明精冲间单边隙值 SP均为 0.5%S 笔者认为这个 0.5 与间隙值，是在精冲压力机、精冲模制造精度，精冲材料的质量，生产中的 润滑条件，操作员技术水平都很理想的状态下提出的。 一般企业很少能达到以上要求进行生产，0.5%S 的间隙值在实际使用中，反而容易产生凸模与凹 模，局部快速磨损，不利提高模具使用寿命。 现将黑色金属精冲间隙值推荐为下： S=1.351.5 SP=0.7%S S=1.53.8 SP=0.8%1.3%S S=3.88 SP=0.8%1.4%S 总之，设计精冲模除以上叙述各元件的注意事项外，还应考虑以下几点： 1） 模具零件加工工艺性 2） 模具零件检测方法 3） 模具装配，试模可行性 4） 模具主要元件、凸模、凹模的可靠性 5） 模具安装和维修 6） 模具运输中安全 附件精冲模设计资料：附件精冲模设计资料： (一)设计要求和内容 精冲模是实现精冲工艺的重要手段，除了要满足普通冲裁模设计要求外，还要注意： 模具结构必须满足精冲工艺要求，并能在工作状态下，形成立体压应力体系； 模具具有较高的强度和刚度，导向精度良好。 认真考虑模具的润滑、排气并能可靠清除冲出的零件及废料； 模具结构简单、维修方便，具有良好的经济性。 设计的内容包括分析精冲件的工艺性，确定精冲工艺顺序， 进行精冲模具总体结构设计以 及精冲辅助工序的设计等。 (二)精冲的排样和精冲力的计算 排样直接影响材料的利用率。此外，模具的各工作零件的布置和结构形状也取决于合理的排 样。因此在进行排样时，不仅要考虑材料的利用率，而且还要考虑到 实现精冲工艺 的可行性。 即排样与零件的质量和经济性密切相关 精冲排样设计 1)合理的材料利用率 图 2.9.13 所示是两种不同的排样方法，材料利用率不一样，计算方法前面已经讨论过。 图 2.9.13 材料的合理利用 a)单排 b)双排 2)足够的齿圈位置 在进行零件排样时，要特别注意各零件之间要留有足够的齿圈位置。 3)稳定的废料栅送料刚度 4)最佳的排样方法 (1)零件形状复杂的部分或光洁面要求较高的部分应尽可能放在送料侧(箭头)，因为这样，搭边 最为充分，同时从冲裁过程来看，材料整体部分的变形阻力比侧搭边部分大，故最为稳定，易 使冲裁断面光洁(见图 2.9.14)。 (2)如果零件光洁面部 分要求 少或到条料边缘的局部冲裁长度 L 小于 5 倍料厚 (L5t)，排 料时可低于正常边距值(3)最佳送料步距，从实践中取得。通常允许齿圈压痕重叠，而不损伤冲 裁 面质量 。 (4) 精冲弯曲(折弯)零件时， 弯曲线要与 材料轧制方向垂直或成一定角度，以免弯角处出现 裂纹。 (5)至于排样形式选择：如单排，单斜排，单错排，双排，双错排等，要考虑材料的利用率以及 精冲的可能性。 图 2.9.14 精冲排样 5)搭边计算 由于精冲时 压边圈上带有 V 形齿圈，故搭边，边距和步距数值都较普通冲裁为大。影响它们 的因素主要有：零件冲裁 面质量 ； 料厚及 强度；零件形状；齿圈分布。搭边和边距数值一 般为： 零件与零件间搭边 a2t，零件 与料边边距 a11.5t 由于精冲零件 形状各异，排 样时， 搭边尺寸在条料上的分布是完全相同的， 如图 2.9.15 所示。 零件与零件的搭边和零件 与 料边边距 的数值，可直接由图 2.9.15、2.9.16 求得。 图 2.9.15 搭边尺寸（一） 图 2.9.16 搭边尺寸（二） 精冲力 由于精冲是在三向受力状态下进行冲裁的，其变形抗力比普通冲裁要大得多。 保证精冲需要 的工艺力，是实现精冲工艺的重要工艺参数。 精冲总压力： PP 冲裁P 压边反压 (237) 根据有关设计资料 P 冲裁Lt bf P 压边Lh bf2 P 反压SFp， 式中系数 f1 （ 0.60.9)，常取 0.9；L 为剪切轮廓线长 。系数 f2 常取 4，h 为齿圈高 度。 SF 为零件受压面积，p 为零件的单位 反压力 ，取(20 )Mpa；大面积时取大值， 小面积、薄零件取小值。 2.9.5 精冲模具结构及其特点 精冲模与普通冲模有共性也有差异性，如图 2.9.17 所示，其主要区别在于： 图 2.9.17 精冲模与普通复合模的比较 (a)活动凸模式精神模与普通复合模；(b)固定凸模式精神模与普通复合模 (一)精冲模与普通冲模的结构比较 （ 1）精冲模有凸出的齿形压边圈，材料在压边圈和凹模、反压板和 凸模 的压紧下实现冲裁， 工艺要求压边力和 反压力 大大地大于卸料力的 顶件力 ，以满足在变形区建立起三向不均匀 压应力状态，因此精冲模受力比普通冲模大，刚性要求更高。 （ 2）模和凹模之间的间隙小，大约 是料厚 的 0.51%，而普通冲裁模的间隙约为料厚的 5%15%(甚至更大)。 （ 3）冲裁完毕模具开启时，反压板将零件从凹模内顶出，压边圈将废料从 凸模上 卸下， 不 另外 需要顶件和 卸料装置。 （ 4）由于 上出件 ，模具无漏料孔，可使凸凹模和模座更加坚固。 精冲模的种类很多，按结构特点可分为固定 凸 模式和活动 凸 模式两类。 (二)精冲模结构 活动 凸 模式精冲模 按凹模和压边圈的结构和固定方式， 活动 凸 模式复合精冲模可有三种结构形式。 图 2.9.18 所示的左右两半部分分别为 A 型和 B 型两种模具结构形式。其主要工作元件(凸模及 凹模等) 均装在模架上。上、下模由 导向装置 17 导向。 图 2.9.18 活动 凸 模式精冲模 1 凸 模；2凹模；3 顶件板 ；4压边圈；5冲孔 凸 模；6顶杆；7传力杆 8垫板；9支承环；10冲孔 凸 模板；11传力杆；12 凸 模座；13推板；14座 圈；15垫板；16模座；17导向装置；18压床上工作台；19压床下工作台；20标 准结合环；21顶柱； 22顶柱； 23定位板；24液压活塞 （ 1）A 型结构：凹模 2 用螺钉和销子紧固在上模座 16 内。 顶件板 3 装在凹模 2 内， 除起 压料和顶件作用 外，还作为冲孔 凸 模 5 的导向。 凸 模座板 10 承受冲孔凸 模 5 的回程压 力，并支承凹模 2。垫板 8 和压环 9 共同支承冲孔凸模 5 和凹模 2。作用在顶件板 3 上的反压 力来自机床，经传力杆 11 和传力杆 7 传到顶件板 3 上。压边圈 4 用螺钉和销子紧固在下模座 16 内，除对材料施加压力外，还起冲裁 凸 模 1 的导向作用，从而保证了冲裁 凸 模 1 和凹模 2 的位置精度。 冲裁 凸 模 1 同时也装在下模座 16 内， 并用螺钉和销子与凸 模座 12 相连。凸 模座 12 内装有支承顶杆 6 的推板 13 和传力杆 11。 凸 模座带有紧固螺纹， 承受冲裁 凸 模 1 的回程压力。作用在压边圈 4 的压力来自机床，经下模座 16 传到压边圈 4 上，并以同样的压 力经传力杆 11 和推板 13 作用在顶杆 6 上。 （2）B 型结构：与 A 型结构的差别在于凹模和齿圈压板都是镶拼结构。 它们的使用范围是： 当零件的线性尺寸在 95mm 以下时， 可采用整体式模具； 当零件的线性尺寸在 75mm 以下时， 可采用镶拼式模具。这种模具的优点是：维修简单，安装方便，适于冲裁力不大的中小零件。 缺点是：在冲内孔多的零件时， 凸模 1 的支承推板 13 强度不够。 固定凸模式精冲模 在图 2.9.19 上表示了两种 A 型和 B 型固定 凸 模式精冲模。 模具的主要工作零件(凸模及 凹模等)均装在模架 15 上上、 下模由 导向装置 17 导向。 1凹模；2压边圈；3 凸 模；4顶件板 ；5冲孔凸模；6顶杆；7冲孔凸模；8 顶杆；9垫座；10 凸模座板；11垫板；12下垫板；13传力杆；14-闭锁销；15 模座；16-支板；17-导向件；18-压床上工作台；19-压床下工作台；20-专用上结合环；21- 专用下结合环；22-压板；23-支承销；24-液压活塞；25-缩紧环 图 2.9.19 固定凸模式复合精冲模 （ 1）A 型结构：落料 凸 模 3 装在垫座 9 上，并用螺钉和销子紧固。压边圈 2 用外锥面 装 入支板 16 内，并用螺钉紧固。通过上部的传力杆 13 将压力 传递在压边圈 2 和顶件 6 上。 下模图 的右部所示的整体凹模 1 装在下模座 15 上，并用螺钉和销子紧固。 顶件板 4 装在 凹模 1 内， 顶件板 4 还作为冲孔 凸 模 5 的导向。机床的 反压力由 下部的传力杆 13 传递。 凸 模座板 10 承受冲孔 凸 模 5 的回程压力，并作用于下垫板 12 上。 在冲裁过程中，由闭 锁销 14 对凹模 1 定心，从而保证 凸 模 3 和凹模 1 的位置精度。这种模具结构的优点是结构 稳定， 凸 模的支承好。缺点是制造和调整麻烦，且需专用的结合环。 （ 2）B 型结构：与 A 型结构的差别在于凹模上，B 型结构的凹模 1 如下模左部所示，凹模 1 上加了缩紧环 25。 简易精冲模 它是利用 碟簧在机械 作用下变形， 产生的轴向压缩力， 对冲裁过程产生齿圈压力和 顶件力。 碟簧的尺寸和形状应以所需的 顶件力 和齿圈压力按有关标准选用或自行设计，模具结构型式 如图 2.9.20 所示。 图 2.9.20 简易精冲落料模 1-导柱；2-导套；3-上托；4-螺钉；5-销钉；6-螺钉；7-模柄；8-销钉；9-垫板；10-凸模； 11-凸模固定板；12-齿圈压板；13-销钉套；14-销钉；15-凹模；16-限位镙柱；17-固定板； 18-顶杆；19-螺母；20-螺钉；21-底座；22-螺钉；23-推件板；24-螺钉；25-螺母；26-垫 片；27-卸料板；28-碟簧；29-螺钉 2.9.6 精冲模主要零件齿圈的设计 精冲模与普通冲模的最显著区别之一，是采用了 V 型齿圈。所谓齿圈是指在压板和凹模上， 围绕零件冲裁外形一定距离设置的 V 形凸起。然而， 根据料厚、材质和零件的功能性要求， 也 可不带齿圈 进行精冲 。 (一)齿圈的作用 V 形齿圈主要是阻止剪切区以外的金属，在剪切过程随 凸 模流动，从而在剪切区内产生压应 力。 当压应力增大时，平均应力一般在压应力范围内移动，当达到剪切断裂极限前，剪应力就 已达到剪切流动极限。因此，V 形齿圈压入材料时，在冲压过程中的具体作用是： 1固定被加工板料，避免材料受弯曲或拉伸。 2抑制冲件以外的力，如与冲压方向相垂直的水平侧向力对冲件的影响。水平侧向力数值约为 冲压力的 10%(铝材)到 30%(钢材)。 3压应力提高了被加工材料的塑性变形能力。 4 减少塌角 。 5兼退料作用。 (二)齿圈的分布 1 在塌角 大的部分，V 形齿圈应和刃口的形状相一致。 2 在塌角 较小的部分(例如凹入的缺口和 凸弯 很大的部分)，V 形齿圈与刃口形状可以不一 致(见图 2.9.21)。 3 冲小孔时， 不会产生剪切区以外材料的流动，一般不需要 V 形齿圈； 冲大孔时(直径在 30 40mm 以上时)，建议在顶杆上加 V 形齿圈。 4如果料厚 t3mm 时，可使用平面压板。但它压边力小，易出现纵向翘曲而引起附加拉应 力。 5如果料厚 t4 5mm，可在压板或凹模面上使用一个单齿圈；如 t4.5mm，或材料强度 高(b800Mpa)，或者对于齿轮和带锐角的零件，通常使用两个 V 形齿圈，一个做在齿圈压 板上，另一个做在凹模上，即双齿圈。 2.9.21 齿轮的分布 (五)齿圈的保护 精冲时 ，齿圈与材料接触。为了防止齿圈与凹模相碰或双齿圈时的互撞而造成破坏，故在齿 圈压板或凹模上设计 高出齿顶的 保护面，(见图 2.9.26)，其高度必须 小于料厚 ，以免冲裁 时发生干涉。即 Ht。一般： 图 2.9.26 齿圈的保护 a)单 齿保护面(压板侧)；b)双 齿保护面(两侧)；(c)双齿圈保护面(压板侧) 当凸起在一侧时： H （ 0.60.8)t 当凸起在两侧时： H （ 0.30.4)t 在设计保护面时，还应考虑其位置的正确性，特别是受力状态，以防止弯曲或损坏。而且，当 两侧都有保护面时，高度必须一致，避免工作时产生倾斜力。如图 2.9.27 所示， 左两图 位 置选择合理，右两图齿圈保护位置工作时将产生变形。 图 2.9.27 齿圈保护面的位置选择 (a)单 齿保护面 ；(b)双 齿保护面 (三)齿圈的结构 1齿圈形式 精冲齿圈 常用三角形凸起，如图 2.9.22a)，也可使用图 b)和 c)的台阶形和圆锥形(截面斜 角为 45)压板来压边，它不仅不留印痕，还节省材料和制造简单，而且也能达到三角形凸 起同样的效果。但静水压的效果不如三角形凸起，迄今为止使用三角形凸起的仍占绝大多数。 图 2.9.22 齿圈形式 a ） V 形环 ；b ） 台阶形；c ） 圆锥形 2 齿 形参数 ）齿形角度和。如表 2.9.3 所列，齿形角和可以相等也可不相等。若不等而 40。 表 2.9.3 齿形角度值 2)齿圈高度 h。齿圈高度 h 与材料厚度、机械性能和齿圈位置等因素有关。材料越厚，强度越 低，齿圈高度越大，反之越小。h 太小，不能起到对材料挤压作用，不利于冲裁变形；太大， 压 边力增大，模具弹性变形值增大，影响模具寿命。根据材料的机械性能，可由 下式确定齿高 。 h = Kt 式中 t 料厚 (mm)；k 系数由图 2.9.23 中选取。 图 2.9.23 齿高系数 K (四)齿圈的尺寸 为了设计和制造方便， V 形齿圈已标准化，如图 2.9.24 所示。 图 2.9.24 齿圈尺寸 1根据 Feintool 资料：当 t45mm 时，仅在压板或凹模上使用齿圈时，其值可由表 2.9.4 选取。 当 t4.5mm,而在压板或凹模上同时使用齿圈时，其值可由表 2.9.5 选取。 表 2.9.4 压板或凹模有齿圈时的齿圈尺寸 表 2.9.5 压板和凹模均有齿圈时的齿圈尺寸 2根据 Schmid 资料：如图 2.9.24 所示，t4mm 时，使用单面齿圈；t4mm 时，使用双 面齿圈。 其值由表 2.9.6 选取。 t 料厚 ；V0 凸 模退回距离；Vn顶板顶出距离； R f凹模圆角；R f0.10.2t； 1压板； 2凹模；3 凸 模；4 顶件板 ；5传力杆 图 2.9.25 齿圈尺寸 表 2.9.6 齿圈结构尺寸 精密冲裁件质量分析与控制精密冲裁件质量分析与控制精密冲裁件质量分析与控制精密冲裁件质量分析与控制 高速精密冲裁过程中跳屑的成因及防治高速精密冲裁过程中跳屑的成因及防治 摘要：论述了高速精密冲裁过程中产生跳屑现象的原因，并从模具结构、生产工艺等方面提出 了预防跳屑产生的措施。 关键词：冲裁；跳屑；成因；预防 所谓跳屑，是指连续模在高速冲裁时，冲进凹模刃口内的废屑被冲子带出模面的现象。它的存 在会把带料或端子压坏，从而影响制品质量，缩短模具寿命，降低生产效率，是高速连续冲裁 生产的“大忌”。 一、跳屑形成的原因 1.成因 形成跳屑的主要原因，是在高速连续冲裁过程中(如图 1 所示)， 由于冲裁速度高(可达 800m/s 以 上)以及冲裁过程中有切削油等因素的影响， 使冲子与废屑之间形成瞬间局部真空，当材料很薄， 废屑自身的重量与凹模刃口对其摩擦力之和小于冲子对其的吸附力时，在冲子上升过程中，废 屑便吸附在冲子表面，随之上升，从而形成跳屑。 图 1 1.冲子 2.凹模 3.带料 4.废屑 2.影响跳屑的因素 影响跳屑的因素有很多，当冲子刃口崩角或钝化、切削油用量过多、材料很薄以及冲子进入凹 模深度过短等等，都能引起跳屑。 二、防治跳屑的方法 1.减小冲子与废屑之间的吸附力 (1)冲子上开凹槽，对于截面比较大且规则对称的冲子，可在其中间磨一个小凹槽，以减少其与 废屑的接触面积(如图 2 所示)。 图 2 (2)对于截面较大且形状不规则的冲子，可用钻石磨棒在其上面磨一些凹坑(图 3 所示)。 图 3 (3)冲子刃口磨成图 4 示形状或做成 0.3mm 的倒角。 (4)在设计上，冲子中添加吹气孔，进行吹气，从而防止跳屑。 图 4 (5)对于 SKD11 材料做的冲子，设计时可以在冲子上加弹簧销，以防止跳屑。 2.增大凹模刃口对废屑的摩擦力(卡紧力) (1)对于镶块或组合凹模，可用披覆针在刃口下 1mm 左右的地方“被覆”，以增加废屑在凹模内的 摩擦力(卡紧力)。 (2)对于工艺性辅助工步，如侧刃、分料站刃口等，可适当使废屑形状复杂化，以增加废屑在凹 模内的卡紧力，从而防止跳屑。 3.其它 (1)采用真空吸尘器，吸走废料，以防止跳屑。在下模底部使用吸尘器，使其形成负压，吸走废 屑，经实验证明，这也是防止跳屑行之有效的好方法。 (2)对于一些细小冲子，在冲切时，应注意落料口不得太小，否则会因废料产生静电相吸而引起 积屑。 (3)保持冲子及凹模刃口锋利，适量添加切削油等，也有利于防止跳屑。 总之，影响跳屑的原因很复杂，防止方法也有很多。以上只是个人在工作和学习中，对跳屑现 象的简单认识，是否妥当和完善，还有待进一步研究探讨。 补充资料：补充资料： 精冲是一种依托特殊结构的精密模具和专用的精冲压力机,在强力的压力下实现的小间隙精 密冲裁工艺 精冲的内形尺寸精度可达 IT6-IT9,外形尺寸精度可达 IT7-IT10;孔剧公差一般为 0.01-0.05mm; 剪切面的粗糙度 Ra0.4-1.6,剪切面光洁完整,光亮带可达料厚的 90%-100%. 精冲工艺应用覆盖面广,目前已经广泛应用于汽车、摩托车、电动工具、纺织机械、农用机械、 计算机、家用电器等领域。 精冲是精密冲裁的简称。 精冲工艺起源于对冲压零件冲裁面光洁度的精度要求，最早应用于仪器仪表行业的薄料平面 零件的落料与冲孔加工，如今越来越多地与其他冷成形加工工艺相结合，广泛应用于各工业领 域，特别是汽车工业所需的厚板、冷轧卷料加工成形的多功能复杂零部件。采用精冲加工的零 件质量与普通冲压工件相比，具有明显的优势，具有冲裁面光洁、尺寸精度高、平面度高等优 点。经过去毛刺处理后可直接进行装配，无需普通冲压后所需的切、削、磨、矫平等其他加工 工序，节省了大量辅助设备的投资以及人力、物力、运营成本等，不仅提高了生产效率，更重 要的是避免了各工序的精度损失，保证了批量生产零件的重复精度和生产可靠性。 精冲工艺过程是怎样的 精冲工艺力是如何计算的 精冲工艺力是如何计算的 一、冲裁力 P1 冲裁力 P1 的大小取决于冲裁内外周边的总长度、材料的厚度和抗拉强度。可按经验公式计算 P1=f1LtTP1=f1LtTb b 式中 f1系数，取决于材料的屈强比； Lt内外周边的总长（mm），Lt=Le+Li，Le 为外周边长度，Li 为内周边长度； T材料厚度（mm）； b材料的抗拉强度（N/mm2）。 考虑到精冲时由于模具的间隙小，刃口有圆角，材料处于三向受压的应力状态和一般冲裁相比 提高了变形抗力，因此取系数 f1=0.9，故精冲的冲裁力为：P1=0.9 Lt tb 二、压边力 P2 V 形环压边力的作用有三： 防止剪切区以外的材料在剪切过程中随凸模流动； 夹持材料，在精冲过程中使材料始终和冲裁方向垂直而不翘起； 在变形区建立三向受压的应力状态。 因此正确计算和选定压边力对于保证工件剪切面的质量，降低动力消耗和提高模具的使用寿命 都有密切关系 压边力 P2 按以下经验公式计算： P2=f2LeP2=f2Le2h2hb b 式中 f2系数，取决于b，可由下表查得； Le工件外周边长度（mm）； hV 形齿高（mm）； b材料的抗拉强度（N/mm2）。 b /（N/mm2）200300400600800 f21.21.41.61.92.2 三、反压力 P3 反压板的反压力也是影响精冲件质量的重要因素，它主要影响工件的尺寸精度、平面度、塌角 和孔的剪切面质量，增加反压力可以改善上述质量指标，但反压力过大会增加凸模的负载，降低凸 模的是使用寿命。因此和压边力一样均需在实际工艺过程中，在保证工件质量的前提下尽量调到公 式计算： P3=pFP3=pF 式中 F工件的平面面积（mm2） p单位反压力（N/mm2），p 一般为 2070 N/mm2。 反压力按上式计算波动范围较大，它也可用另一经验公式计算： P3=20%P3=20% P1P1 四、总压力 Pt 工件完成精冲所需的总压力 Pt 是选用精冲压力机的主要依据 Pt=Pt= P1P1 +P+P2 2 +P3+P3 式中 P1冲裁力（N）； P2保压压边力（N）； P3反压力（N）。 为什么实现精冲所需的总压力不是 P1、 P2 及 P3 之和呢？原因在于实践过程发现 V 形环压边圈 压入材料所需的压力 P2，远远大于精冲过程中为了保证工件剪切面质量要求