作者：孙传
出版社：浙江大学出版社
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冷冲压工艺与模具设计试读：
前言
冲压工艺及模具设计课程以塑性变形理论为基础，综合了塑性力学、材料力学、机械原理与设计、机械制造工艺等多学科的应用，是一门理论性和应用性都很强的课程。围绕着冷冲模设计，前向有冲压工艺，后向有制造工艺，在数字化技术应用高度发展的今天，冷冲模开发的三个层面已经高度集成、紧密融合在一起。而随着社会、经济的快速发展，冲压行业仍方兴未艾，对各层次冲压技术人才的需求持续增长。因此，如何教、学好冲压工艺及模具设计这门课程，成为众多人士呕心沥血苦苦探索的课题，而一本合适的教材是学习冷冲模技术的重要向导。
学习冲压成形及模具的核心在于对工艺原理的领悟和在工程实践中把握，初学者对本书的所有公式、表格都无需关注，而应注重理论结合实际，首先对冲压成形做到定性理解，渐入佳境后再结合公式、表格对工艺规律进行分析、总结并掌握基础应用，最后才能系统把握和综合应用。
本书在结构编排上，融合了学科式教材与项目式教材的优点，兼顾了知识面的完整性、系统性和知识应用的综合性、灵活性，弥补了两种单一形式的教材在使用中的缺陷，非常有利于教师根据实际情况灵活组织教学和满足学生系统学习理论知识的要求。
在学习本课程之前，必须已修机械原理与设计、工程力学、机械制造工艺等课程。学习本课程时，建议理论与实践相结合，并从模具认知实践开始，冲压工艺内容的学习最好嵌入合适的工艺实验或冲压生产实践，最后进行模具设计的综合实践。
本书由孙传、包亦平、范建锋、丁友生、胡智土、刘力行、俞文斌、刘春龙等编写，其中孙传为本书主编，包亦平、范建锋、丁友生为副主编。本书适用于中职学校、技工院校“冷冲压工艺与模具设计”课程的教材，也可供有关工程技术人员参考。限于编写时间和编者的水平，书中必然会存在需要进一步改进和提高的地方。我们十分期望读者及专业人士提出宝贵意见与建议，以便今后不断加以完善。我们的联系方式：sunchuan1@tom.com。
我们谨向所有为本书提供大力支持的有关学校、企业和领导，以及在组织、撰写、研讨、修改、审定、打印、校对等工作中做出奉献的同志表示由衷的感谢。
最后，感谢浙江大学出版社为本书的出版所提供的机遇和帮助。编者2014年8月
冲模基础篇
第一章 冲压概论冷冲模即冷冲压模具，亦称冲压模具或冲模，是冲压生产必不可少的工艺装备。本章主要介绍冲压生产和冲模应用的基础知识，以及冲压与冲模技术的发展方向。1.1 冲压的概念及冲压基本工序1.1.1 冲压的概念及特点
冲压是利用安装在冲压设备上的模具对材料施加压力，使其产生分离或塑性变形，从而获得所需零件（冲压件）的一种压力加工方法。由于通常是在常温下进行，故又称为冷冲压。冷冲压广泛应用于汽车、仪器仪表、电子电器、航空航天等工业领域以及日常生活用品的生产。
冷冲压与其他机械加工相比，具有以下特点：（1）材料利用率高。冷冲压是一种少无切削加工方法，材料的一次利用率有时能达到100%，更突出的是，冲压加工几乎没有切削碎料产生，其废料一般均可再为利用，冲制其他零件，从而进一步提高材料利用率，降低材料成本。（2）生产效率高。普通的冲压设备行程次数为每分钟几十次，高速冲压设备可达每分钟数百次甚至数千次，而每次冲压行程可加工一个或多个冲件。此外，冲压加工操作简单，便于实现自动化的流水作业，减少辅助生产时间。（3）产品互换性好。这是因为冲压件的尺寸、形状精度均由模具保证，而呈现出“一模一样”的特征，而模具的寿命一般较长，因此冲压件的质量稳定，互换性好。（4）加工范围广。利用冲压既可加工金属材料，也可以加工多种非金属材料；既可加工简单零件（如圆垫片），又可加工极其复杂的零件（如汽车覆盖件）；既可加工极小尺寸的零件（如钟表指针等），又可加工超大尺寸零件（如飞机、汽车覆盖件）。1.1.2 冲压的基本工序
根据冷冲压加工的不同形式，可将其分为分离工序和成形工序两大类。分离工序也称冲裁，是将本来一体的坯料按一定的轮廓线相互分开，从而获得—定的制件形状、尺寸和断面质量的工序；成形工序是使坯料在不破裂的前提下产生塑性变形而获得一定形状和尺寸的制件的工序。此外，还有以冷挤压为代表的立体冲压工序，本书不作讲述。
分离工序和成形工序中，又有很多具体的基本工序，表1-1和表1-2列出了部分冲压基本工序。表1-1 分离工序表1-2 成形工序续表1.2 冲压材料及毛坯
冲压材料、冲压设备和冲压工艺及模具是冲压加工的三个基本要素。冲压材料是冲压加工的对象；冲压设备是冲压生产的动力基础，一般为通用的标准化装备，可根据需要和条件选用；冲压工艺是冲压加工的核心，是冲模设计的理论依据，冲模则是冲压工艺的重要体现，是冲压加工的工具。
冲压材料的选用包括材料牌号及质量等级的选用和材料规格的选用。前者是冲压件设计的内容，后者是冲压工艺及模具设计的重要环节之一。它涉及冲压生产方式、材料的剪裁方案和利用率。冲压用材料有各种规格的板料和带料。较大尺寸规格的板料，一般用于大型零件的冲压，对于中小型零件，多数是将板料剪裁成条料后使用。带料（也称卷料）有各种规格的宽度，展开长度较大，适用于自动送料的冲压生产。附录2列出了轧制薄钢板的常用尺寸规格。
由于从原材料到冲压件往往需要多副模具的多次冲压，因此作为冲模冲压加工的对象，冲压坯料有两类，一类是平板毛坯，另一类是成形件毛坯。根据冲压件大小及特点还有单件坯料或多件坯料的形式，如图1-1所示。图1-1 冲压坯料形式1.3 冲压设备及冲模的安装1.3.1 通用冲压设备简介
冲压设备作为模具工作的动力机构，是冲压生产的三要素之一，同时也是冲压工艺方案和模具设计的重要依据。
1. 压力机的分类
常规的冲压设备，在工程习惯上主要是指压力机。根据冲压设备驱动方式的不同，冲压设备可作如下分类。（1）机械压力机
利用机械传动来传递运动和动力的一类冲压设备，有曲柄压力机、摩擦压力机等多种形式。机械压力机在冲压生产中应用广泛，其中又以曲柄压力机的应用最多。（2）液压机
利用液压（油压或水压）传动来产生运动和压力的一种压力机械。液压机容易获得较大的压力和行程，并且可以在较大范围内实现对压力和速度的无级调节。但是由于采用液体工作介质，不可避免的泄露使能量损失较大，降低了生产效率。
通常还可按冲压设备的工艺用途对其进行分类。国内锻压机械的分类和代号见表1-3。表1-3 锻压机械类别代号机械压力液压自动锻压锻剪切弯曲校正其类别锤机机机机机机他字母代QＪYZCDWT号
2. 曲柄压力机工作原理
曲柄压力机是通过传动系统把电动机的运动和能量传递给曲轴，使曲轴做旋转运动，并通过连杆使滑块产生往复运动，从而实现加工的运动及动力要求。
图1-2所示为一种曲柄压力机结构原理简图。曲柄压力机在冲压过程中，电动机通过小齿轮、大齿轮和离合器带动曲轴旋转，再通过连杆使滑块沿床身上的导轨作往复运动。将模具的上模固定在滑块上，下模固定在床身工作台上，压力机便能对置于上、下模之间的材料加压，依靠模具将其制成工件，实现压力加工。图1-2 曲柄压力机结构原理简图
大齿轮空套在曲轴上，可以自由转动，离合器壳体和曲轴则通过抽键刚性连接。通过抽键插入到大齿轮中的弧形键槽或从键槽中抽出来，实现传动的接通或断开。制动器与离合器密切配合，可在离合器脱开后将曲柄滑块机构停止在一定的位置上。大齿轮同时还起到飞轮的作用，使电动机的负荷均匀和能量有效利用。
根据其工作原理可以看出，曲柄压力机一般由以下几个部分组成：（1）传动系统 一般由皮带轮、皮带、齿轮、传动轴组成，其作用是将电动机输出的能量和运动按照一定的要求传递给曲柄压力机的工作机构。（2）工作机构 一般为曲柄滑块机构，由曲轴、连杆和滑块组成，其作用是将曲轴的旋转运动变为滑块的直线往复运动，以实现曲柄压力机的动作要求。（3）操纵与控制系统 主要包括离合器、制动器、电器控制元件等。离合器和制动器协调作用以控制曲柄压力机工作机构的启动与停止，电器元件用来控制包括主电动机在内的所有运动元件或机构的正常和顺序工作。（4）能量系统 曲柄压力机的能量是由电动机供给的，但由于压力机在整个工作周期内进行工艺操作的时间很短，大部分时间为无负荷的空程，因此设置了飞轮将电动机空程运转时的能量储存起来，以有效地利用能量。（5）机身 几乎所有的零部件都装在机身上联结成一个整体，工作时由机身承受工艺力和超载力，因此其强度与刚度对曲柄压力机的正常使用和加工件的精度有极大影响。1.3.2 压力机的选用与冷冲模的安装
冲压模具是安装在压力机上并由其引导和驱动来进行工作的，模具的设计就必须与冲压设备的类型和主要规格相匹配。冲压设备的选择，不仅关系到冲压工艺方案的顺利实施及冲压件质量、冲压生产效率和设备资源的合理利用，还涉及生产安全、模具寿命等重大问题。
1. 压力机类型的选择
压力机类型的选择主要根据冲压件的生产批量、成型方法与性质以及冲压件的尺寸、形状与精度等要求来进行，见表1-4、表1-5。表1-4 根据冲压件大小选择设备类型零件大设备类型特点适用工序小小型或开式机械可保证一定的精度和刚度；浅深度工件的分离及中小型压力机操作方便，价格低廉成形闭式机械精度与刚度更高，结构紧凑，大深度及复合工序件大中型压力机工作平稳的分离及成形表1-5 根据生产批量选择设备类型生产批设备类型特点适用工序量薄速度快，效率高，质量稳小通用机械压力机各种工序板定批厚行程不固定，不会因超载拉深、胀形、量液压机板而损坏设备弯曲等高效率大中批高速压力机冲裁高效率，消除了半成品堆量多工位自动压力机各种工序储问题
2. 压力机规格的选择
在压力机的类型选定之后，还必须确定设备的规格，这项工作是在模具设计时，根据工艺方案和工艺计算结果，协调模具尺寸与设备参数来确定的。选择冲压设备的规格主要依据以下技术参数。（1）公称压力
压力机滑块在下行过程中能够产生的冲击力就是压力机的压力，机械压力机的压力大小随滑块下行的位置（对曲柄压力机来说，亦可视为曲柄旋转的角度）不同而不同，公称压力是指滑块滑动至下死点前某一特定距离，或曲柄旋转到离下死点前某一特定角度时，滑块能够承受的最大冲击力。这一特定的距离称为公称压力行程，所对应的曲柄转角为公称压力角。公称压力一般用p表示，其值反映了压力机本身能够承受的冲击力大小。
公称压力是选用压力机规格的重要技术参数，为保证冲压生产安全地进行，冲压加工所需的工艺力必须即时小于压力机的许用压力。在冲压过程中，不同类型的冲压加工其冲压力的变化规律也不同，同时，压力机滑块的最大冲击力也在变化，因此，应根据压力机的许用压力曲线和特定冲压加工类型的实际压力曲线选择公称压力，使实际冲压力曲线完全位于压力机许用压力曲线以下。图1-3 压力曲线
图1-3所示的压力曲线中，a、b为压力机许用压力曲线，p、pab为公称压力，1、2、3分别为冲裁、弯曲、拉深的实际压力曲线。图中可见，尽管公称压力值P大于拉深的最大实际压力，但由于拉深b的实际压力峰值与压力机的许用压力峰值错位较大，实际压力曲线突破了许用压力曲线，因而不能选用b曲线的压力机进行曲线3的拉深加工，而应选用更大公称压力（如p）的压力机。对于冲裁，由于实a际压力峰值与压力机基本同步，直接按冲压力峰值确定压力机吨位即可保证实际压力曲线位于许用压力曲线以下。
实际生产中，为了简便起见，压力机的公称压力常按以下经验公式确定。
对于施力行程较小的冲压工序（如冲裁、浅弯曲、浅拉深等）
对于施力行程较大的冲压工序（如深弯曲、深拉深等）
式中 p——压力机的公称压力，kN；
F——总冲压力，kN。Σ图1-4 压力机的装模高度与模具的闭合高度（2）闭合高度与装模高度
当压力机滑块处于下死点时，其下端面与工作台上表面之间的距离称为压力机的闭合高度。压力机的闭合高度减去机床垫板的厚度所得差值即为装模高度。若无机床垫板，则闭合高度等于装模高度。调节连杆中的调节螺杆可实现装模高度在一定范围内的调整。当滑块调整到上极限位置时，装模高度达到最大值，为最大装模高度；反之，当滑块调整到下极限位置时，其装模高度为最小装模高度。两者的差值为装模高度的调节量。
冲模的闭合高度是指模具在工作行程的终了状态（即闭合状态）下，上模座的上平面与下模座的下平面之间的距离。选择压力机时，必须保证模具的闭合高度介于压力机的最大和最小装模高度之间，如图1-4所示。一般地，冲模闭合高度与压力机装模高度之间应满足
式中 H——压力机的最小装模高度（mm）；min
H——压力机的最大装模高度（mm）；max
H——冲模的闭合高度（mm）。（3）滑块行程
滑块行程是指滑块从上死点下行到下死点所经过的距离，对于曲柄压力机，滑块行程等于曲柄半径的两倍。其大小反映了压力机的工作范围，行程长则能冲压高度较高的零件。压力机滑块行程的确定主要考虑冲压坯料的顺利放入模具和冲压件的顺利取出，压力机滑块行程应大于冲压件高度的2倍。（4）行程次数
行程次数是指压力机滑块每分钟往复运动于上、下死点之间的次数。行程次数对生产率的影响较大，主要依据生产率要求、材料允许的变形速度和连续作业的可行性等来确定。（5）工作台面尺寸
压力机工作台面（或垫板平面）尺寸应大于下模的水平尺寸，一般每边需大50～70mm，以便于模具安装；同时，下模的平面尺寸还必须大于工作台面上孔的尺寸，一般每边需大40～50mm，而工作台孔尺寸又必须大于可能的漏料件尺寸。（6）模柄孔尺寸
中小型压力机滑块下端中心处开出有模柄孔，以方便安装上模。模具的模柄直径应与压力机模柄孔直径一致，模柄的夹持部分长度应稍小于压力机模柄孔的深度。
选择冲压设备时，还应考虑生产现场的实际条件。如果目前没有较理想的设备供选择，则应设法利用现有设备来实现冲压生产；如果满足要求的设备不止一台，则应通盘考虑其他产品的生产要求和设备资源的合理利用。附录3列举了几种常用压力机的主要技术规格。
3. 冲模安装步骤
冲模的安装是否正确合理，不仅影响冲压件的质量，还会影响模具的工作寿命及生产安全。通常情况下冲模的安装步骤如下。（1）检查、核对模具和压力机。在安装模具前，要确认压力机为冲压工艺指定的型号，并检查模具的尺寸、工作要求是否与指定压力机的技术参数（装模高度、滑块行程等）相匹配，压力机的状态是否良好。（2）清除压力机滑块底面、工作台面（或垫板平面）以及模具的上、下模座平面内的任何杂物或异物。（3）手工扳动压力机飞轮（或操纵点动按钮），调整上滑块到上死点位置，并转动调节螺杆，将连杆长度调到最短（即闭合高度最大）。（4）将闭合的模具放置于压力机工作台或垫板上适当位置，如果使用气垫，先要放好顶杆，并标记好模具的摆放位置。（5）手工扳动压力机飞轮（或操纵点动按钮），使机床上滑块下行并停于下死点位置。（6）转动压力机的调节螺杆，调小闭合高度，直至上滑块底面与上模座上平面贴紧。若有模柄，此过程中应适时调整模具位置使模柄进入上滑块的孔内。然后紧固上模（或锁紧模柄）。（7）操纵上滑块带动上模做2～3次空行程运动，并停止于下死点。（8）紧固下模。（9）放入坯料试冲。1.4 冲压技术的发展方向
随着计算机技术、控制技术、材料科学以及机床工业等的快速发展，近二十多年来，冲压技术的应用发生着日新月异的变化，总的来说，冷冲压技术和冷冲模开发正不断朝着信息化、数字化、精细化、高速化、自动化的方向发展。1.4.1 冲压工艺方面
冲压成形是极其复杂的多重非线性过程，在工程应用中，依靠人工计算来量化塑性变形的理论研究成果是不可能的，在我国，长期以来都是采用定性分析和经验数据初定冲压工艺，复杂而微妙的参数量化则留待模具调试阶段现场确定。到20纪90年代，冲压成形的计算机辅助工程（CAE）技术开始在我国进入工程应用，它是采用有限元分析方法，通过计算机软件模拟冲压成形过程，从而实现对工艺方案和模具参数准确、快速的预先评估和优化。目前，CAE软件对复杂冲压成形的仿真程度能达到90%左右，大大缩短了模具开发周期，降低了模具成本。近年来，加热成形工艺在冲压生产中也得到越来越广泛的应用。1.4.2 模具设计和制造方面（1）模具设计标准化，模具制造专业化、集群化。模具的标准化程度是一个国家模具技术水平的重要标志之一，模具零件的标准化和商品化程度越高，行业内分工就越细，专业化生产的规模就越大，模具的产量、产值就越高，在美、日等西方发达国家，模具零件的标准化率达到80%以上。我国在20世纪中叶就开始建立自己的模具标准，但直到20世纪90年代才开始有了标准件的商品化，并且品种和规格较少，不过此后发展很快，尤其本世纪以来，随着日本和我国台湾地区的模具零部件企业进入内陆，带来了更完整的标准体系和先进的柔性制造技术，使得我国的模具产业结构发生较大变化，模具标准化率迅速提高，目前已超过40%。模具制造方面，在告别了传统的小而全、自给自足式的生产模式后，专业的模具制造厂家已发展到两万多家，目前，全国各地涌现出许多"以我为主"的"模具城"，模具产业链以被支撑的主行业为载体，正在快速覆盖和延伸，因此，模具制造模式在不断专业化的同时，正在形成地区性与行业性相结合的集群化协作生产模式。可以预见，模具的标准化和专业化生产还将继续深化和扩展到更高水平和更大规模。（2）模具技术数字化、模具制造自动化、生产管理信息化，CAE/CAD/CAM一体化。随着数字技术的不断发展，一些知名软件系统（CATIA、UG、Cimatron等）的功能在不断完善和快速升级，CAD（计算机辅助设计）、CAM（计算机辅助制造）以及前面提及的CAE技术正在向集成化方向发展，并且与CAPP（计算机辅助工艺过程设计）技术以及ERP（企业资源计划）、PLM（产品寿命周期管理）等企业管理系统相结合。集成化数字技术的应用使得模具开发各环节的界限变得更加模糊，冲压产品设计、冲压工艺方案设计、模具设计、模具零件的加工编程，将作为系统化的方案由专业技术软件和管理软件全盘优化解决。目前，以机器人代替人工进行数控机床操作的自动化制造模式在一些高端模具企业开始实施，模具制造技术的柔性化和快速化进一步提升。数字化技术和信息化管理相结合不仅使得模具开发周期大为缩短，企业经济效益得到全面提升，而且对模具行业从业人员的岗位结构变化发生重大影响。（3）加工手段精细化、高速化。慢走丝线切割、数控电火花成型（电火花铣削）、数控磨削、高速铣削、精密三坐标测量等加工、检测技术及设备的普遍应用，一方面使模具制造精度大为提高，尺寸精度达到微米级，表面粗糙度达到Ra0.2μm，另一方面在硬加工方面大显神威，除磨削外，电火花、线切割、高速铣削均能高精度地加工淬硬钢件。各种不同特点的加工技术的综合应用，不仅适应了不同模具结构的精微加工，而且加工效率得到极大的提高。（4）模具产品特征多极化。随着汽车、航空、电子、信息等国民经济支柱产业的迅猛发展，冲压模具一方面趋向大型化、复杂化、精密化，同时又朝着高效率、高寿命、多功能、多工位方向发展。同时，为了适应现代工业产品更新换代快的特点以及小批量生产和新品试制的需要，各种快速经济模具也逐渐成为冲模行业的一个独特领地，以快速成型技术（RT）为基础的快速制模技术将得到进一步发展和更广泛应用。
另外，新型模具材料及热处理方法也在不断发展，以适应各类模具的质量要求，真空热处理、气相沉积等先进处理方法将得到进一步完善和更广泛的应用。1.4.3 冲压自动化方面
基于前述冲压加工的特点，自动化作业是冷冲压生产当然的发展方向，主要体现在两个方面。一方面，自动化的冲压设备对提高生产效率起着至关重要的作用，同时也使冲压模具的效能得到充分发挥，目前冲压设备正朝着多工位、多功能、高速和数控方向发展；另一方面，电气控制技术、光电控制技术的应用以及自动机械机构、机械手甚至机器人的使用，也大幅提高了冲压生产的自动化程度，使冲压生产的效率大大提高，并确保了劳动安全。第二章 冲模设计概论
冲压模具是冲压工艺的具体实现，冲压模具的结构形式对冲压件的质量与精度，冲压加工的生产效率与经济效益、模具的使用寿命与操作安全都有着重要的影响，冲模的设计必须综合各方面的条件。2.1 冲模的一般结构及分类
一般来说，冲压模具都是由上模和下模两个部分组成。上模通过模柄或上模座固定在压力机的滑块上，在滑块的带动下做定向的上下往复运动，是冲模的整体活动部分；下模通过下模座固定在压力机的工作台面或垫板上，是冲模的固定部分。2.1.1 冲模的零部件组成
任何一副冲模都是由各种不同的零部件组成的，根据其复杂程度不同，可以由几个零件组成，也可以由几十个甚至上百个零件组成。根据冲压模具的各零部件在模具中所起的作用，可将其分为工艺零件和结构零件两大类，其详细分类及作用如表2-1所示。表2-1 冲压模具零部件分类零件种类零件名称零件作用凸模、凹模、工艺直接对毛坯或工序件进行冲压加工，工件零件凸凹模零件完成材料分离或成形的冲模零件刃口镶块定位销、定位板挡料销、导正确定毛坯或工序件在冲模中正确位置定位零件销、定距侧刃的零件导料销、导料板、侧压板、承料板压料板、卸料板、压边圈卸料与出使冲件与废料得以顺畅出模，保证冲顶件块、推件件零部件压生产正常进行的零件块废料切刀用于确定上、下模的相对位置，保证导柱、导套导向零件其定向运动精度的零件导板上、下模座支承与固将凸、凹模固定于上、下模，及将上、结构定零件固定板、垫板下模固定在压力机上的零件模柄零件螺钉、销钉、键紧固件及用于模具零件之间的相互连接或定位弹簧、橡胶、其他零件连接等的零件气缸斜楔、滑块等
图2-1所示为一副落料模。下模部分由下模座9、导柱13、凹模8、挡料销6、导料销14、销钉12、顶件块7、顶杆11、弹顶器10以及其他紧固零件组成；上模部分包括上模座1、导套15、模柄19、垫板2、固定板3、凸模4、卸料板5、卸料螺钉20以及弹簧16、销钉17、18和其他紧固件。上模随着压力机滑块做上下往复运动，在条料上依次冲出制件，并在弹顶器10和顶杆11的作用下，由顶件块7将制件顶出凹模。图1-1 落料模结构图2.1.2 冲模的分类
冷冲模一般按工序性质或工序组合程度进行分类。
1. 按工序性质
冲压加工的各类零件其形状、尺寸和精度要求各不相同，因而生产中采用的冲压工艺方法也是多样的。概括起来，按其冲压工序的性质可以将冷冲压模具分为以下几类。
冲裁模——使材料分离，得到所需形状和尺寸制件的冲模，主要包括落料模、冲孔模、切断模、切边模、半精冲模、精冲模以及整修模等。
弯曲模——将毛坯或半成品制件沿弯曲线弯成一定角度和形状的冲模。
拉深模——将板料成形为空心件，或者使空心件进一步改变形状和尺寸，而料厚没有明显变化的冲模。
成形模——使板料发生局部塑性变形，按凸模与凹模的形状直接复制成形的冲模，如翻边模、胀形模、缩口模等。
2. 按工序组合程度
在实际生产中，根据冲压件生产批量、尺寸及公差要求，通常会在工艺上对基本工序进行一定的组合，以提高生产效率。因此，按工序组合程度可将冲压模具分为以下几类。
单工序模——在压力机的一次行程中只完成一道冲压基本工序的冲模，如落料模、冲孔模、弯曲模、拉深模等。
复合模——在压力机的一次行程中，同一工位上同时完成两道或两道以上冲压基本工序的冲模，如冲孔落料复合模、落料拉深复合模等。
级进模——在压力机的一次行程中，依次在模具的不同工位上完成多道基本工序的冲模，又称为连续模。
另外，按有无导向或导向类型，冲压模具又可分为有导向冲模和无导向冲模、导柱导向冲模和导板导向冲模；根据送料和出件方式又可分为手动模、半自动模和自动模；还可根据工作零件的材料分为钢质冲模、硬质合金冲模、锌基合金冲模、橡胶冲模等。2.2 冲压工艺及模具设计过程
冲压模具是实现冲压加工的工艺装备，冲模的设计必须遵从冲压成形的原理和规律，因此，冲压模具的开发总是从冲压工艺的设计开始，冲压工艺与冲压模具密不可分。2.2.1 冲模开发流程
一般来说，冲压模具的开发包括四个阶段，即：冲压工艺设计、模具设计、模具制造和模具调试。随着模具开发技术和管理手段的日趋先进，以及标准化程度的不断提高，各环节之间的衔接越来越紧密，甚至集成化进行，例如CAE/CAD/CAM技术的集成应用。图2-2所示为冲压模具开发的一般工艺流程。图2-2 冲压模具开发的工艺流程2.2.2 冲压工艺及模具设计的内容和步骤
冲压工艺及模具的设计过程牵涉到的内容很广、很多，要综合考虑、全面兼顾各方面的要求和具体实施条件，大体可依下述步骤进行。需要说明的是，有些步骤的内容相互联系、相互制约，应前后兼顾和呼应，有时还要互相穿插进行。
1. 充分了解原始资料
在接到冲压件的生产任务后，首先要熟悉原始资料，透彻地了解产品的各种要求和生产条件，作为后续各设计步骤的依据。原始资料一般包括以下各项：（1）生产任务书或产品图及其技术条件。若是按样件生产，要了解冲压件的功用以及在机器中的装配关系和技术要求，并反映于测绘图中。（2）原材料情况。包括板材的尺寸规格、质量状态及相关机械性能指标。（3）冲压件的生产纲领或生产批量。（4）现有冲压设备的型号、技术参数和使用说明书，以及生产车间的平面布置情况。（5）模具制造的能力和技术水平。（6）各种技术标准及资料。
2. 冲压件的工艺性分析
对冲压件的形状、尺寸、精度要求和材料性能进行分析，对其必需的冲压工艺进行技术和经济上的可行性论证，判断该产品在技术上能否保质、保量地稳定生产，经济效益如何。
首先，判断该零件需要哪几类、什么性质的冲压工序，各中间半成品的形状和尺寸由哪道工序完成，有时根据冲压原理可分几种情况考虑。然后，逐个分析各道工序的冲压工艺性，裁定该冲压件加工的难易程度，确定是否需要采取特殊的工艺措施。凡冲压工艺性较差的，须会同产品设计人员，在保证产品使用要求的前提下，对冲压件的形状、尺寸、精度要求及原材料作必要的修改。
3. 确定冲压工艺方案
结合必要的工艺计算，并经综合分析和比较，确定最佳工艺方案。这是十分重要的环节，现详述其过程如下。（1）列出冲压工艺所需的全部单工序图2-3 冲裁件
根据产品的形状特征，判断出它的主要属性，如冲裁件、弯曲件、拉深件或翻边件等，初步判定它的工艺性质，如落料、冲孔、弯曲、拉深等。许多冲压件的形状能直观地反映出其冲压加工的性质类别。如图2-3所示的平板件，需用剪裁、冲孔和落料工序，有的冲压件则需进行精细的分析和计算才能确定其生产过程应包含的所有冲压工序。如图2-4所示的两个冲压零件，形状极为相似，仅管壁高度不同，图2-4（a）为油封内夹圈，管壁高8.5mm，经工艺计算可用落料、冲孔、圆孔翻边三道冲压工序完成。而图2-4（b）所示的外夹圈，管壁高13.5mm，经计算，若用落料、冲孔、圆孔翻边三道工序进行冲压，圆孔翻边超过了材料的极限变形程度，翻边时必然产生开裂，因而应先采用拉深工艺获得一部分管壁高度，然后于拉深件底部冲孔，最后进行圆孔翻边获得零件高度。因此，零件应由落料、拉深、冲孔、翻边五道工序加工生产。图2-4 油封内夹圈和外夹圈的冲压工序
有时，为了保证冲压件的精度和质量，以及冲压加工的稳定性，或为了减少工序数、提高材料利用率等，也要改变工序性质和工艺安排。
如此确定了产品的基本工序性质后，即可进行毛坯外形尺寸计算。对于拉深件，还应进一步计算拉深次数、是否采用压边圈等，以确定拉深工序数。甚至弯曲件、冲裁件等也要根据其形状、尺寸和精度要求，确定一次或几次加工。（2）冲压顺序的初步安排
对于所列各道加工工序，根据其变形性质、质量要求、操作的方便性等因素，对工序的先后次序做出安排。其一般原则为：
1）对于带有孔或缺口的冲裁件，若选用单工序模，一般先落料，再冲孔或冲缺口；若用级进模生产，则落料应作为最后工序。
2）对于带孔的弯曲件，其冲孔工序的安排，应参照弯曲件的工艺性分析，并考虑孔的位置精度、模具结构和操作方便等因素来决定。
3）对于带孔的拉深件，一般应先拉深，后冲孔，但当孔的位置在材料的非变形区，且孔径相对较小，精度要求不高时，也可先冲孔，后拉深。
4）多角弯曲件，有多道弯曲工序，应从材料变形影响和弯曲时材料窜动的趋势两方面来分析、确定弯曲顺序。一般先弯外角，后弯内角。
5）对于形状复杂的拉深件，为便于材料的变形流动，应先成形内部形状，再拉深外部形状。
6）有的冲压件不仅形状复杂，而且需要变形性质不同的多种成形工序，这时要仔细分析材料流动的规律、特点及相互影响，并考虑模具结构，来安排各工序顺序。一般来说，变形程度大、变形区域大的成形工序应安排在前面，所以，工程中这类零件往往是先进行拉深，后安排局部胀形、翻边、弯曲等工序。
7）必要的整形、校平等工序，应安排在相应的基本成形工序之后。（3）工序的组合
将所有的单工序初步排序后，为提高生产效率，降低模具成本，还须根据产品的生产批量、精度要求、尺寸大小以及模具制造水平、设备条件等多种因素，进行综合分析，对某些单工序进行必要而可行的组合或复合，并有可能对原来的排序作个别调整。一般来说，厚板料、低精度、小批量、大尺寸的冲压件宜单工序生产，用单工序模；薄板料、大批量、小尺寸的冲压件宜用级进模进行连续生产；而大批量、形位精度高的产品，可用复合模生产，也可只复合部分工序。
经过冲压工序的顺序安排和组合，就形成了工艺方案。可行的工艺方案可能不止一个，还须从中进行筛选，取其最佳方案。（4）最佳工艺方案的确定
技术上可行的各种工艺方案总是各有其优缺点的，还要从综合经济效益方面深入研究、认真分析、反复比较，从中选取一个最佳方案，使其既能可靠保证产品质量和生产率，又使设备资源和人力资源的占用最少，原材料利用率最高，同时，模具的制造和维修成本最低，生产操作安全、方便。总的来说，在保证产品质量的前提下，生产批量较大时，应着重考虑劳动生产率和材料利用率，生产批量较小时，则着重考虑模具成本，并兼顾生产率。
4. 完成工艺计算
工艺方案确定后，要对每道冲压工序进行工艺计算，其内容大致如下：（1）毛坯或工序件形状和尺寸及材料利用率，若用条料生产，还须画出完整的排样图。（2）各种力的计算，并得出总的冲压力和冲压功。（3）求解压力中心。（4）凸、凹模工作部分尺寸计算。
5. 确定冲模类型及总体结构
其实，这个环节的内容在确定冲压工艺方案时就有所考虑，这里作进一步细化。针对每一道冲压工序，它包括以下内容：（1）确定模具类型：是简单模、级进模还是复合模（顺装式还是倒装式）。（2）确定操作方式：是自动化操作、半自动化操作还是手工操作。（3）确定毛坯或工序件的送进、定位方法和零件的取出及整理方式。根据工序内容、特点和零件精度来考虑，保证定位合理、可靠，操作安全、方便。例如：以毛坯的哪部分定位，能否用导正销导正，侧刃的结构类型如何等等。（4）确定压料与卸料方式：压料或不压料、弹性或刚性卸料、用弹性件还是机床气垫等。（5）确定合理的导向方式：包括导向类型、导向间隙、导向数量及分布、是否对凸模采用导向保护等。（6）绘制模具草图，估算模具总体尺寸。
在这个过程中，一定要注意人身安全的考虑。包括操作者的站位和移位，送料、取件和除废料等所有动作，都要尽量保证操作者肢体不易进入模具危险区，或增加防护措施。另外，较重的模具或零件（20kg以上）要有起重措施，保证运输安全。
6. 选择冲压设备
根据工艺计算和模具总体尺寸的估算值，结合现有设备条件，合理选择各道冲压工序的冲压设备。具体要求见第一章相关内容。
7. 完成模具设计
针对每道冲压工序，在模具总体结构和尺寸的基础上，完成各零部件的结构、装配关系的设计以及标准件的选用，绘制模具装配图和非标准零件图。其主要内容和要求如下：（1）主要零部件的结构设计要充分考虑其制造、装配和维修的工艺性。对易损件或易损部分，以及局部强度和刚性差的零件，条件允许下，尽量采用快换结构或镶拼、镶套结构，各非标准零件之间的联结方式在合理、可靠的前提下，要考虑拆卸、装配的方便。（2）尽量选靠已经标准化（国家标准、行业标准、企业标准），尤其是已经商品化的零件。（3）根据零件的功用、形状结构和尺寸，合理选用材料及热处理要求。（4）通过计算，确定弹性元件（弹簧、橡胶等）的规格和数量。（5）绘制模具装配图和非标准件的零件图。
8. 编写工艺文件和设计计算说明书
工艺文件一般指冲压工艺卡片，它将工艺方案及各工序的模具类型、冲压设备等以表格形式表示出来。其栏目有工序序号、工序名称、工序件形状和尺寸示意图、模具类型与编号、冲压设备型号、检验要求等。
设计计算说明书应简明而全面地记录各工序设计的概况：工艺性分析及结论，工艺方案的分析、比较和最佳方案的确认，各项工艺计算结果，各工序模具类型、结构和设备选择的依据和结论。并插以必要的简图说明。
冲压工艺卡片是重要的技术文件，是组织和实施冲压生产的主要依据。2.3 冲模零件选材
目前，冲压模具的制模材料以钢为主，少数零件采用铸铁、硬质合金等材料制造。在进行模具零件选材及热处理安排时，应根据具体零件的作用、工作条件和寿命要求，结合工程材料相关知识，合理而灵活地确定。例如，冲模的垫板主要承受冲击载荷，分散冲击力，以免模座被压陷（铸铁抗冲击能力差），当冲压力较大时，应选T7或T8材料并淬火处理，当冲压力较小时，用45材料即可，冲压力太小时甚至不用垫板。表2-2所示为冲模工作零件常用材料及热处理，表2-3所示为冲模其他零件常用材料及热处理。表2-2 冲模工作零件常用材料及热处理硬度最终热处（HRC）模具类型及特点常用材料凸理凹模模58T8A，T10A淬火＋低58～形状简单，板料厚度＜～9Mn2V，Cr6WV温回火623mm冲627CrSiMnMoV裁56形状复杂，板料厚度＞Cr12，Cr12MoV，淬火＋低58～模～3mm，要求耐磨性高Cr4W2MoV，温回火6260CrWMn弯54淬火＋低56～T8A，T10A曲一般弯曲模～温回火60模58形状复杂，生产批量特60CrWMn，Cr12淬火＋低60～大，要求耐磨性很高的弯～Cr12MoV温回火64曲模64525CrNiMo，淬火＋低52～热弯曲模～5CrMnMo56温回火5658淬火＋低60～一般拉深模T8A，T10A～温回火646262Cr12，Cr12MoV淬火＋低62～生产批量特大，要求耐磨～YG8，YG15（硬温回火64性很高的拉深模64质合金）－－－拉62W18Cr4V62～淬火＋低深～YG8，YG15（硬不锈钢拉深模64温回火模64质合金）－－－6060～大型拉深模QT600表面淬火～6464525CrNiMo，52～淬火＋低热拉深模～5CrMnMo温回火565658淬火＋低60～一般成形模T8A，T10A～温回火6462成62淬火＋低62～形复杂成形模CrWMn，Cr12～64温回火模646060～QT600大型成形模表面淬火～6464表2-3 冲模附属零件常用材料及热处理硬度零件名称常用材料热处理（HRC）HT200， 上、下模座HT250，铸件时效Q235，45－－模柄Q235，Q27520渗碳＋淬火＋回火表导柱、导套60～64QT400面淬火－固定板、顶板、托料板、Q235，Q275－22～调质4528卸料板导料板、挡料销45淬火＋回火40～4550～导正销、定位销、定位T7，T845淬火＋回火5543～板、垫板484522～28推杆、推板、顶杆调质侧刃、侧刃挡块T8A，T10A淬火＋回火53～58压边圈T8A淬火＋回火53～58T8A，T10A56～60滑块、锲块淬火＋回火冲压工艺篇第三章 冲裁
冲裁是利用模具使板料或工序件的材料产生相互分离的冲压工序，包括落料、冲孔、切断、切边、切口、剖切等。落料和冲孔是最典型的冲裁工序。
冲裁是冲压加工的基础工序，几乎所有冲压件的生产都包含冲裁工序。根据变形机理不同，冲裁可分为普通冲裁和精密冲裁两大类。普通冲裁使材料在产生裂纹的条件下实现分离，而精密冲裁是使材料以塑性变形的方式实现分离。本章仅讲述普通冲裁工艺及模具。3.1 冲裁变形分析3.1.1 冲裁变形过程
冲裁工作时，凸、凹模分别固定于上、下模，它们都具有锋利的刃口并保持合理、均匀的间隙，坯料则置于下模表面。当上模随压力机滑块下行时，凸模刃口冲穿坯料而进入凹模，从而使材料分离，得到与冲裁刃口截面相同的冲裁件轮廓。如图3-1所示。图3-1 冲裁示意图
1. 冲裁时材料的受力和变形分析
图3-2所示为无压料装置冲裁时板料的受力情况。图中：
F、F——凸模、凹模端面对板料的垂直作用力；pd
F、F——凸模、凹模侧面对板料的挤压力；p1d1
μF、μF——凸模、凹模端面对板料的摩擦力；pd
μF、μF——凸模、凹模侧面对板料的摩擦力。p1d1图3-2 冲裁时板料的受力
由于凸模与凹模之间存在间隙，使凸模、凹模施加于板料的力F、pF产生一个力矩M（实际上，即使间隙为零甚至负间隙，在刃口施加d压力下，刃口两侧的材料在被剪切前必然相互作用而产生拉应力，其水平分量对等效料厚的材料便施加了一个力矩），力矩使板料发生翘曲、弯曲，模具与板料仅在刃口附近的狭小区域内保持接触。而凸模、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。
坯料的翘曲是冲裁加工所不期望的，翘曲的程度与冲裁间隙的大小和坯料的刚度有关，因此，刚度较差的板料冲裁时都应有压料装置，使材料的变形局限于上、下刃口连线附近的较小区域。冲裁变形区的应力应变状态十分复杂，这里不作详细的分析，仅从图3-3所示的冲裁断面看，可以判定变形区材料在平面内有两种变形趋势，即：由于力矩的作用发生弯曲，在拉应力σ作用下产生的伸长变形；由于侧压+力F、F的作用，在压应力σ作用下产生的压缩变形，二者方向相p1d1-反，最终结果视冲裁间隙的大小而定。图3-3 冲裁断面及应力、变形情况
2. 冲裁变形的过程
虽然冲裁变形是在短时间内完成的，其过程仍可大致分为以下三个阶段：（1）弹性变形阶段。如图3-4（a）所示，当凸模接触板料并下压时，板料产生弹性压缩、弯曲、拉伸（AB′＞AB）等变形。板料底面相应部分材料略挤入凹模口，并在与凸、凹模刃口接触处形成很小的圆角。同时，板料略有翘曲，凸、凹模间隙越大，翘曲越严重。随着凸模的下压，刃口附近板料所受的应力逐渐增大，直至达到弹性极限，弹性变形阶段结束。（2）塑性变形阶段。变形区材料达到弹性极限后，随着凸模继续下压，凸模挤入板料和板料挤入凹模的深度逐渐加大，产生塑性剪切变形，形成光亮的剪切断面，如图3-4（b）所示。当凸模继续下行，变形区材料塑性变形程度和硬化程度加剧，变形抗力也急剧上升，直到刃口附近侧面的材料因所受拉应力达到抗拉强度而产生微裂纹时，塑性变形阶段结束。在此过程中，因凸、凹模之间间隙的存在，变形区还伴随着弯曲和拉伸变形，且间隙越大，变形亦越大。（3）断裂分离阶段。凸模继续下行，已产生的微裂纹即沿最大切应力方向向板料内部延伸，如图3-4（c）所示。若凸、凹模间隙合理，上、下裂纹则相遇重合，板料被剪断分离，如图3-4（d）所示。图3-4 冲裁变形过程3.1.2 冲裁断面
由图3-3可见，冲裁断面由四部分组成，即塌角、光面（光亮带）、毛面（断裂带）和毛刺。
塌角a：该区域的形成是当模具刃口压入材料时，刃口附近的材料产生弯曲和伸长变形，材料被拉入模具间隙的结果。
光面b：该区域发生在塑性变形阶段，当刃口切入材料后，材料在剪切应力τ和压应力σ作用下而形成的垂直光亮断面，通常占断面-高度的1/3～1/2。塑性好的材料光面区域大，同时还与冲裁间隙及刃口磨损程度等加工条件有关。
毛面c：该区域是在断裂阶段形成的，是由刃口附近的微裂纹在拉应力作用下不断扩展而形成的撕裂面。其断面粗糙，且向材料体内倾斜，因此对一般应用的冲裁件并不影响其使用性能。塑性差的材料，其毛面区域也较大。
毛刺d：该区域形成于塑性变形阶段后期，它是由于裂纹的起点不在刃口顶点，而是在刃口附近的侧面上而形成的。在普通冲裁中毛刺是不可避免的，但间隙合适时毛刺的高度较小，易于去除。
冲裁断面的光面是冲裁件的测量和使用的基准，而塌角、毛面和毛刺则对冲裁件的使用和美观起负面作用。四个特征区域在整个断面上的比例，主要受材料的力学性能、冲裁间隙和刃口状态的影响。
对于塑性较好的材料，冲裁时塑性剪切持续的时间较长，裂纹出现得较迟，因而光面所占的比例大，毛面较小，但是塌角、毛刺也较大。而对于塑性差的材料，情况则相反。
冲裁变形要求凸、凹模刃口锋利，当模具刃口磨损成圆角时，挤压作用增大，冲裁件的塌角和光面增大，并且即使间隙合理也会产生较大的毛刺。实践表明，凸模磨钝后，落料件的毛刺更大；凹模磨钝后，冲孔件的毛刺更大。
冲裁间隙是影响冲裁断面质量的重要因素，下面将详细分析其具体影响。3.2 冲裁间隙
冲裁间隙是指冲裁模凸、凹模刃口之间的间隙。凸模与凹模单侧的间隙称为单面间隙，用Z/2表示，两侧间隙之和称为双面间隙，用Z表示。冲裁间隙的数值等于凸、凹模刃口尺寸之差，如图3-1所示，即
式中 D——凹模刃口尺寸；d
d——凸模刃口尺寸。p3.2.1 冲裁间隙的影响
1. 间隙对冲裁断面质量的影响
冲裁间隙是影响冲裁件断面质量的关键因素。合适的间隙值，使冲裁过程中产生的裂纹能正面会合，此时断面比较平直光滑，毛刺较小，断面质量较好，如图3-5（a）所示。
当间隙过小时，变形区压应力增大，上、下裂纹朝压应力较小的外侧延伸，方向互不重合，并且扩展困难，使两裂纹之间的材料随着冲裁的进行被二次剪切，产生第二光面。同时，裂纹处部分材料被挤出，在表面形成细而长的毛刺，而材料内部则隐含潜裂纹，如图3-5（b）所示。
当间隙过大时，材料的弯曲与拉伸增大，拉应力也增大，微裂纹的产生提前，使塑性剪切较早结束，致使断面光面区域减小，而毛面、塌角和毛刺增大，冲裁件的翘曲也增大。同时，上、下裂纹的延伸方向为拉应力较大的内侧，也不重合，产生二次撕裂，使毛面更加粗糙，断面质量不理想，如图3-5（c）所示。
2. 间隙对冲裁件尺寸精度的影响
由前面的分析已知，冲裁变形时，变形区材料在垂直于刃口侧壁的方向，一方面受弯曲的拉应力产生伸长变形，另一方面受刃口侧壁的挤压而产生收缩变形，最终的变形结果即由冲裁间隙决定。
当冲裁间隙合理时，材料的伸长变形与收缩变形相当，其中的弹性变形成分恢复后，冲孔的孔廓尺寸等于凸模刃口轮廓尺寸，落料的轮廓尺寸等于凹模刃口轮廓尺寸，如图3-5（a）所示。当冲裁间隙过小时，材料以受侧向挤压为主，伸长变形小于收缩变形，弹性恢复后，冲孔的孔廓小于凸模刃口轮廓，落料的轮廓尺寸大于凹模刃口轮廓尺寸，如图3-5（b）所示。而当冲裁间隙过大时，材料以受弯曲拉伸为主，伸长变形大于收缩变形，弹性恢复后，冲孔的孔廓大于凸模刃口轮廓，落料轮廓尺寸小于凹模刃口轮廓尺寸，如图3-5（c）所示。图3-5 冲裁间隙的影响
3. 间隙对冲压力的影响
间隙较小时，因材料所受的挤压和摩擦作用较强，冲裁力较大。随着间隙的增大，材料所受的拉应力增大，材料容易断裂分离，因此冲裁力减小。但间隙增大时冲裁力的降低并不显著，当单面间隙介于材料厚度的5％～20％时，冲裁力的降低不超过5％～10％。
间隙对卸料力、顶件力、推件力的影响比较显著。由于间隙增大后，冲孔的孔廓大于凸模刃口轮廓，落料件轮廓小于凹模刃口轮廓，使卸料力、推件力或顶件力减小。当单面间隙达到材料厚度的15％～25％时，卸料力几乎为零。相反，冲裁间隙太小时，卸料力、顶件力、推件力都比间隙合理时大。
4. 间隙对模具寿命的影响
模具寿命受各种因素的综合影响，间隙是其中最主要的因素之一。冲裁模的失效形式一般有磨损、变形、崩刃和凹模胀裂，间隙大小主要对模具刃口的磨损及凹模的胀裂产生较大影响。
当间隙过小时，垂直冲裁力和侧向挤压力都增大，摩擦力也增大，刃口磨损加快，对模具寿命十分不利。而较大的间隙可使模具刃口和材料间的摩擦减小，有利于提高模具使用寿命。但是间隙太大时，板料的弯曲拉伸又相应增大，使模具刃口处的正压力增大，磨损又变严重。
凸、凹模磨损后，刃口处形成圆角，冲裁件上会出现不正常的毛刺。此外，刃口磨钝还将使制件尺寸精度、断面粗糙度降低，冲裁能量增大。因此，为减少模具的磨损、延长模具寿命，在保证冲裁件质量的前提下，应适当选用较大的间隙值。
此外，冲裁间隙的大小还影响冲裁件的翘曲程度。间隙大时，弯矩也大，翘曲也严重。一般通过必要的压料来抑制冲裁时坯料的翘曲变形，也可在冲裁后通过校平工序（见第五章）消除翘曲。3.2.2 合理间隙值的确定
由前述分析可知，冲裁间隙对冲裁件质量、冲压力、模具寿命都有很大的影响，冲裁加工时必须使冲裁间隙在合理范围内。考虑到模具使用过程中的磨损会使间隙增大，在设计和制造模具时应取合理间隙的偏下值。确定合理间隙的方法有理论确定法和经验确定法。图3-6 冲裁过程中开始产生裂纹的瞬时状态
1. 理论确定法
理论确定法的主要依据是保证凸、凹模刃口处产生的上、下裂纹相向重合，以便获得良好的断面质量。图3-6所示为冲裁过程中开始产生裂纹的瞬时状态，根据图中的几何关系，可得合理间隙Z的计算公式为：
式中 t——材料厚度；（mm）
h——产生裂纹时凸模挤入材料的深度；（mm）0
h/t——产生裂纹时凸模挤入材料的相对深度；（mm）0
β——剪裂纹与垂线间的夹角。
从上式可以看出，间隙Z与材料厚度t、相对挤入深度h/t以及裂0纹方向夹角β有关。而h和β又与材料性质有关，材料越硬，h/t越小，00如表3-1所示。因此，影响间隙值的主要因素是材料的性质和厚度。材料越硬越厚，间隙的合理值越大。表3-1 h/t与β值0／tβh0材 料退火硬化退火硬化软钢、纯铜、软黄铜0．50．356°5°中硬钢、硬黄铜0．30．25°4°0．20．14°4°硬钢、硬青铜
由于理论计算法在生产中使用很不方便，主要用来分析间隙与上述几个因素之间的关系，而工程中使用的间隙值广泛采用经验数据。
2. 经验确定法
根据长期以来的研究与使用经验，在确定间隙值时要按要求分类选用。对尺寸精度、断面垂直度要求高的制件应选用较小间隙值，对断面垂直度与尺寸精度要求不高的制件，应以降低冲裁力、提高模具寿命为主，可用较大间隙值。
有关间隙值的经验数值，可在一般冲压手册中查到。此处推荐两种实用间隙表，供模具设计时参考。一种是按材料的性能和厚度来选择的模具初始间隙表，见表3-2和表3-3；另一种是以实用方便为前提，综合考虑冲裁件质量等诸因素的间隙分类和比值范围表，见表3-4、表3-5。表3-2 冲裁模初始双面间隙Z（一） （mm）纯铜、黄铜、杜拉铝、中等硬钢软钢硬钢材料＝0．5％～软 铝wc＝0．08％～＝0．3％～wwcc厚度t0．6％0．2％0．4％Z Z Z Z Z Z Z Z minmaxminmaxminmaxminmax0．20．0080．0120．0100．0140．0120．0160．0140．0180．30．0120．0180．0150．0210．0180．0240．0210．0270．40．0160．0240．0200．0280．0240．0320．0280．0360．50．0200．0300．0250．0350．0300．0400．0350．0450．60．0240．0360．0300．0420．0360．0480．0420．0540．70．0280．0420．0350．0490．0420．0560．0490．0630．80．0320．0．0400．0560．0480．0640．0560．0720．90．03604480．0450．0630．0540．0720．0630．0811．00．0400．0540．0500．0700．0600．0800．0700．0901．20．0500．0600．0720．0960．0840．1080．0960．1201．50．0750．0840．0900．1200．1050．1350．1200．1501．80．0900．1050．1080．1440．1260．1620．1440．1802．00．1000．1260．1200．1600．1400．1800．1600．2002．20．1320．1400．1540．1980．1760．2200．1980．2422．50．1500．1760．1750．2250．2000．2500．2250．2752．80．1680．2000．1960．2520．2240．2800．2520．3083．00．1800．2240．2100．2700．2400．3000．2700．3303．50．2450．2400．2800．3500．3150．3850．3500．4204．00．2800．3150．3200．4000．3600．4400．4000．4804．50．3150．3600．3600．4500．4050．4900．4500．5405．00．3500．4050．4000．5000．4500．5500．5000．6006．00．4800．4500．5400．6600．6000．7200．6600．7807．00．5600．6000．6300．7700．7000．8400．7700．9108．00．7200．7000．8000．9600．8801．0400．9601．120
注：1. 初始间隙的最小值为间隙的公称数值。
2. 初始间隙的最大值是考虑到凸模和凹模的制造公差所增加的数值。
3. 在使用过程中，由于模具工作部分的磨损，间隙将有所增加，因而间隙的使用最大数值要超过表列数值。
4. 本表适用于尺寸精度和断面质量要求较高的冲裁件。表3-3 冲裁模初始双面间隙Z（二） （mm）0．8、10、35Q34540、5065Mn0．9Mn2、Q235材料厚Z Z 度tZ Z Z Z Z Z mimaminmaxminmaxminmaxnx小于极小间隙0．5
试读结束[说明：试读内容隐藏了图片]