第2章冲裁工艺与冲裁模设计 >2.7冲裁工艺设计

冲裁工艺设计包括冲裁件的工艺性和冲裁工艺方案确定。良好的工艺性和合理的工艺方案，可以用最少的材料，最少的工序数和工时，使得模具结构简单且模具寿命长，能稳定地获得合格冲件。所以劳动量和冲裁件成本是衡量冲裁工艺设计合理性的主要指标。

冲裁件的工艺性是指冲裁件对冲裁工艺的适应性。所谓冲裁工艺性好是指能用普通冲裁方法，在模具寿命和生产率较高、成本较低的条件下得到质量合格的冲裁件。因此，冲裁件的结构形状、尺寸大小、精度等级、材料及厚度等是否符合冲裁的工艺要求，对冲裁件质量、模具寿命和生产效率有很大影响。

1．冲裁件的结构工艺性

(1）冲裁件的形状冲裁件的形状应力求简单、对称，有利于材料的合理利用。
(2）冲裁件内形及外形的转角冲裁件内形及外形的转角处要尽量避免尖角，应以圆弧过渡，如图2.7.1所示，以便于模具加工，减少热处理开裂，减少冲裁时尖角处的崩刃和过快磨损。圆角半径R的最小值，参照表2.7.1选取。
(3）冲裁件上凸出的悬臂和凹槽尽量避免冲裁件上过长的凸出悬臂和凹槽，悬臂和凹槽宽度也不宜过小，其许可值如图2.7.2a所示。
(4）冲裁件的孔边距与孔间距为避免工件变形和保证模具强度，孔边距和孔间距不能过小。其最小许可值如图2.7.2a所示。
(5）在弯曲件或拉深件上冲孔时，孔边与直壁之间应保持一定距离，以免冲孔时凸模受水平推力而折断，如图2.7.2b所示。

图2.7.1 冲裁件的圆角图

图2.7.2 冲裁件的结构工艺

(6）冲孔时，因受凸模强度的限制，孔的尺寸不应太小，否则凸模易折断或压弯。用无导向凸模和有导向的凸模所能冲制的最小尺寸，分别见表2.7.2和表2.7.3。

注：t为板料厚度，τ为抗剪强度。

注：t为板料厚度。

2．冲裁件的尺寸精度和表面粗糙度

冲裁件的精度一般可分为精密级与经济级两类。精密级是指冲压工艺在技术上所允许的最高精度，而经济级是指模具达到最大许可磨损时，其所完成的冲压加工在技术上可以实现而在经济上又最合理的精度，即所谓经济精度。为降低冲压成本，获得最佳的技术经济效果，在不影响冲裁件使用要求的前提下，应尽可能采用经济精度。

(1)冲裁件的经济公差等级不高于IT11级，一般要求落料件公差等级最好低于IT10级，冲孔件最好低于IT9级。
冲裁得到的工件公差列于表2.7.4、表2.7.5。如果工件要求的公差值小于表值，冲裁后需经整修或采用精密冲裁。
(2)冲裁件的断面粗糙度与材料塑性、材料厚度、冲裁模间隙、刃口锐钝以及冲模结构等有关。当冲裁厚度为2mm以下的金属板料时，其断面粗糙度Ra一般可达12.5～3.2μm。
3．冲裁件尺寸标注
冲裁件尺寸的基准应尽可能与其冲压时定位基准重合，并选择在冲裁过程中基本上下不变动的面或线上。如图2.7.3a所示的尺寸标注，对孔距要求较高的冲裁件是不合理的。这是因为当两孔中心距要求较高时，尺寸B和C标注的公差等级高，而模具（同时冲孔与落料）的磨损，使尺寸B和C的精度难以达到要求。改用图2.7.3b的标注方法就比较合理，这时孔中心距尺寸不再受模具磨损的影响。冲裁件两孔中心距所能达到的公差见表2.7.5。

图2.7.3冲裁件尺寸标注
a) 不合理 b)合理

注：
1．分子为外形公差，分母为内孔公差。
2．一般精度的工件采用1T8~1T7级精度的普通冲裁模；较高精度的工件采用IT7~IT6级精度的高级冲裁模。

注：适用于本表数值所指的孔应同时冲出。

在冲裁工艺性分析的基础上，根据冲件的特点确定冲裁工艺方案。确定工艺方案首先要考虑的问题是确定冲裁的工序数，冲裁工序的组合以及冲裁工序顺序的安排。冲裁工序数一般容易确定，关键是确定冲裁工序的组合与冲裁工序顺序。

1．冲裁工序的组合

冲裁工序的组合方式可分为单工序冲裁、复合冲裁和级进冲裁。所使用的模具对应为单工序模、级进模、复合模。
一般组合冲裁工序比单工序冲裁生产效率高，加工的精度等级高。冲裁工序的组合方式可根据下列因素确定：
(1）根据生产批量来确定一般来说，小批量和试制生产采用单工序模，中、大批量生产采用复合模或级进模，生产批量与模具类型的关系见表2.7.6。

注：表内数字为每年班产量数值，单位：千件

(2）根据冲裁件尺寸和精度等级来确定复合冲裁所得到的冲裁件尺寸精度等级高，避免了多次单工序冲裁的定位误差，并且在冲裁过程中可以进行压料，冲裁件较平整。级进冲裁比复合冲裁精度等级低。
(3）根据对冲裁件尺寸形状的适应性来确定冲裁件的尺寸较小时，考虑到单工序送料不方便和生产效率低，常采用复合冲裁或级进冲裁。对于尺寸中等的冲裁件，由于制造多副单工序模具的费用比复合模昂贵，则采用复合冲裁；当冲裁件上的孔与孔之间或孔与边缘之间的距离过小，不宜采用复合冲裁或单工序冲裁，宜采用级进冲裁。所以级进冲裁可以加工形状复杂、宽度很小的异形冲裁件，且可冲裁的材料厚度比复合冲裁时要后，但级进冲裁受压力机工作台面尺寸与工序数的限制，冲裁件尺寸不宜太大，参见表2.7.7。

( 4）根据模具制造安装调整的难易和成本的高低来确定对复杂形状的冲裁件来说，采用复合冲裁比采用级进冲裁较为适宜，因为模具制造安装调整比较容易，且成本较低。
(5）根据操作是否方便与安全来确定复合冲裁其出件或清除废料叫困难，工作安全性交差，级进冲裁较安全。
综上所述分析，对于一个冲裁件，可以得出多种工艺方案。必须对这些方案进行比较，选取在满足冲裁件质量与生产率的要求下，模具制造成本较低、模具寿命较高、操作较方便及安全的工艺方案。

2、冲裁顺序的安排

(1）级进冲裁顺序的安排
a.先冲孔或冲缺口，最后落料或切断，将冲裁件与条料分离。首先冲出的孔可作后续工序的定位孔。当定位也要求较高时，则可冲裁专供定位用的工艺孔（一般为两个），如图2.7.4所示。

图2.7.4 级进冲裁

b.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（见图2.8.11），以便控制送料进距。采用两个定距侧刃时，可以安排成一前一后，也可并列安排。
(2）多工序冲裁件用单工序冲裁时的顺序安排
a. 先落料使坯料与条料分离，再冲孔或冲缺口。后继工序的定位基准要一致，以避免定位误差和尺寸链换算。
b. 冲裁大小不同、相距较近的孔时，为减少孔的变形，应先冲大孔后冲小孔。
工艺方案确定之后，需要进行必要的工艺计算和粗选设备，为模具设计提供必要的依据。例2.7.1
图2.1.2所示连接板冲裁零件，材料为10钢，厚度为2mm，该零件年产量20万件，冲压设备初选为250kN开式压力机，要求制定冲压工艺方案。 1、分析零件的冲压工艺性
(1）材料 10钢是优质碳素结构钢，具有良好的冲压性能。
(2）工件结构该零件形状简单。孔边距远大于凸凹模允许的最小壁厚（见表2.9.5 ），故可以考虑采用复合冲压工序。
(3）尺寸精度零件图上孔心距40mm±0.15mm属于IT12级，其余尺寸未注公差，属自由尺寸，按IT14级确定工件的公差，一般冲压均能满足其尺寸精度要求。
(4）结论可以冲裁2、确定冲压工艺方案
该零件包括落料、冲孔两个基本工序，可有以下三种工艺方案：
方案一：先落料，后冲孔。采用单工序模生产。
方案二：落料-冲孔复合冲压，采用复合模生产。
方案三：冲孔-落料连续冲压，采用级进模生产。
方案一模具结构简单、但需两道工序两副模具，生产率较低，难以满足该零件的年产量要求。方案二只需一副模具，冲压件的形位精度和尺寸精度容易保证，且生产率也高。尽管模具结构较方案一复杂，但由于零件的几何形状简单对称，模具制造并不困难。方案三也只需要一副模具，生产率也很高，但零件的冲压精度稍差。欲保证冲压件的形位精度，需要在模具上设置导正销导正，故模具制造、安装较复合模复杂。通过对上述三种方案的分析比较，该件的冲压生产采用方案二为佳。

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