作者：冯泉源
出版社：机械工业出版社
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冲压成形与模具设计试读：
前言
冲压成形是一种生产率很高的加工工艺。其优点是：操作简便，制品尺寸精度稳定，成本低廉。冲压成形可在材料耗费不大的情况下，获得强度高、刚度大而质量轻的零件，并可形成单机自动化和自动生产线生产。冲压成形产品已覆盖国计民生的方方面面，大到航空航天，小到衣食住行。
作者长期从事冲压成形设计、工艺督导、模具制造工作，30余年间，游历了广东、福建、浙江、上海等省市的数十家模具厂，收集了大量第一手资料，总结了同行的成功经验。为了拾遗补缺，作者将历年所得进行了科学的总结归纳，去粗取精，编写了本书。书中列举的各种方法，都经过作者本人亲自实践，具有极强的可靠性和操作性。
全书包括冲压基本知识、冲裁与剪切、弯曲、拉深、翻边、胀形、缩口与扩口、卷边、辗压、成形共10章。在冲裁与剪切、弯曲两章中，介绍了当前应用量较大的管材加工的相关技术。在拉深一章中，将拉深槛与拉深肋单列为一小节，详细讲解了两者的不同特点和应用条件。对于翻边、胀形、缩口与扩口、卷边、辗压、成形等内容，在以前的相关技术图书中都在成形一章中介绍，本书将这些内容单列成章，进行了详细的分析与探讨。每章各附有典型结构一节，在众多冲压技术图书中独树一帜。
本书减少了烦琐的计算，代之以经验数据或计算机辅助设计方法；减少了模具加工手工作业内容，代之以现代市场条件下的电化学加工等较先进的技术手段。
在本书编写过程中，参考了大量的相关文献，谨向这些文献的作者表示衷心的感谢！
由于作者水平有限，书中难免存在错误和不足，敬请读者批评指正。同时，作者负责对书中所有内容提供技术咨询和答疑。作者的电子邮箱：feng1101889@163.com。
作者
第1章 冲压基本知识
1.1 冲压模具简史
模具技术在生产中的应用有着十分悠久的历史。原始社会末期，人类还处在农耕和手工业作坊雏形阶段，就懂得使用模具了。
在西安市的半坡博物馆，有为数不少印有指甲痕的尖底瓶和绳纹陶罐。当时的人们还创造了十分精良的工具——陶锉。
这三种陶器都是古人将塑制好的泥坯风干到半干状态，在尚有良好塑性的时候，用最原始的模具——指甲、野草或树皮搓成的绳和小米壳制造的。
近年来有学者归纳指出，板料、模具和设备是冲压加工的三个要素；套用这个模式，同样也可以说，材料、模具和行程是得到一致产品的三大要素。
以今天的眼光来看，半坡博物馆的古物未免粗糙，但是细细地分析，古人对陶制品的装饰是完全符合今天的冲压模具定义的：
1）材料一致。
2）模具一致。
3）工作行程一致。
正是古人先知先觉地做到了，所以才有了我们今天看到的这些令人惊讶的文物。
随着时间的流逝，生产力的提高，模具的应用领域在不断拓宽；到明清之际，模具加工已大量应用于服饰制造业；如当时流行的铜纽扣、女人们穿戴的云帔上的银饰品，都是将铜、银等延展性好的金属先辗成薄片，覆在凹模上，然后捶击凸模进行加工的。对形状复杂的佛像等小型饰品，则是先将凹模雕刻成形，然后将银箔铺在模具上，再用锡或铅一类的软金属团来挤压银箔成形。
在封建统治下，模具在我国不可能有大规模的发展。新中国成立以后，模具加工才成为一个独立的行业，并催生了不少颇具规模的专业模具生产厂家。尤其是改革开放以来，模具行业在我国得到飞速的发展，制品遍及汽车、电动机、电器仪表、电子、通信、家用电器、炊具等行业和轻工业、军备制造业，极大地提升了国民经济的实力，增强了国防力量，改善了人民的生活品质。
1.2 冲压基本工序的分类
由于冲压加工的零件形状及尺寸、精度要求、批量大小、原材料性能等不同，所采用的冲压工艺方法是多种多样的。冲压工序基本上可以分两大类型：分离工序和成形工序。
分离工序是指金属板料受力后，应力超过材料的抗剪强度而使板料发生剪裂或局部剪裂。其目的是在冲压过程中，使工件（或坯料）与板料沿一定的轮廓线相分离。根据所要求的断面质量，这种分离工序又可分为以破坏形式实现分离的普通冲裁及以变形形式实现分离的精密冲裁两种形式。而每种工序又包括很多冲裁形式，如落料、切边、冲孔等。
成形工序是指坯料受外力后，应力超过了材料的屈服强度，经过塑性变形，成为具有一定形状的加工工序。其目的是使冲压坯料在不产生裂纹的条件下，发生塑性变形并转化成为所要求的工件形状。这种变形形式很多，如弯曲、拉深、冷挤压、胀形等工序。
为了进一步提高冲压生产效率，有时常常把两个以上基本工序合并成一个工序，即称为复合工序，如落料→冲孔，落料→拉深→切边以及落料→冲孔→弯曲等。这些不同工序的复合可根据工件所要求的实际情况来进行，多数是通过改进冲模结构来实现的。复合工序赖以生产的模具称为复合模，是一种很有发展前途的高效模具，它可以大大提高生产效率和降低工件的成本，便于自动化生产。
综上所述，冲压工序按冲压变形方式可分为如下两种基本型：
1）分离工序，包括切断、剖切、落料、冲孔、切舌、切边、整修、剪边、圆盘剪裁、滚剪、摇剪和分条等，见表1-1。表1-1 分离工序（续）
2）成形工序，包括冷挤压、弯曲、拉深、翻边、胀形、缩口、辗压、卷边、起凸和压印等，见表1-2。表1-2 成形工序（续）
第2章 冲裁与剪切
2.1 冲裁件的工艺性
冲裁件的工艺性是指冲裁工艺的适应性。
在一般情况下，对冲裁件工艺性影响最大的是几何形状尺寸和精度要求。良好的工艺性应能满足材料较省、工序较少、模具加工容易、寿命长、操作方便及产品质量稳定等性能和要求。
1）冲裁件的几何形状不宜过大。冲裁件的获得是利用模具在机械或液压压力机上工作产生的；其外形尺寸大小受到压力机工作台大小的限制。其厚度受到压力机出力总吨位的限制。所以，一次完成的封闭曲线，边线长度超过1500mm、厚度超过10mm，就有必要考虑采用其他加工方式。
2）冲裁件各直线或曲线的连接处，宜有适当的圆角半径r。工件的圆角半径若设计过小或不带圆角，则会给模具加工带来困难。尖角过渡会使凹模热处理时发生淬裂，同时，在冲压时尖角也容易磨损、崩缺，严重影响工件的加工精度和模具寿命。只有在采用少无废料排样或在镶拼模结构时不要圆角。常用金属材料冲裁件的最小圆角半径见表2-1。表2-1 常用金属材料冲裁件的最小圆角半径注：t为材料厚度。
3）冲裁件形状应尽可能设计得简单、对称，使排样时废料最少，如图2-1所示。图2-1 少废料冲裁的排样
4）冲裁件凸出或凹入部分宽度不宜太小，应避免过长的悬臂与狭槽，见表2-2。表2-2 冲裁件悬臂和凹槽的最小宽度
如无特殊要求，冲裁材料为中碳钢时，悬臂与狭槽宽度应大于或等于2倍料厚；冲裁材料为黄铜、纯铜、铝、软钢时，其宽度应大于或等于1.5倍料厚。材料厚度不足1mm时，按1mm计算。
5）腰圆形冲裁件，如果允许圆弧半径，则R应大于条料宽度的一半，否则会有台肩产生，如图2-2所示。如果限定圆弧半径等于工件宽度的一半，就不能采用少废料排样，否则会有台肩产生，整个工件必须在一个冲次中完成。图2-2 工件两端弧形与宽度的关系
6）冲孔时，由于受到凸模强度的限制，孔的尺寸不宜过小，其数值与孔的形状、材料的力学性能、材料的厚度等有关。
在不锈钢厨具制品生产中，冲孔直径φ≥4t。不同材料冲孔的最小尺寸见表2-3。表2-3 冲孔的最小尺寸注：t为材料厚度（mm）。
7）冲裁件的孔与孔之间，孔与边缘之间的距离不宜过小；在不锈钢厨具制品生产中，a≥4t。如图2-3、图2-4所示为低碳钢冲裁件的孔与孔之间，孔与边缘之间的距离的最小值。图2-3 冲裁件的孔边距注：a＝2t。图2-4 孔边距的最小值a）弯曲件 b）拉深件
2.2 冲裁模的基本形式
2.2.1 凸模运动方向凸模运动方向与冲裁模具的寿命关系极大。原则上，要求材料或半成品被剪切平面与凸模的轴线垂直，也就是说，工件冲裁平面与凸模的运动方向垂直。某些特殊情况下，这一条件得不到满足时，也要尽可能保证被剪切轮廓线的重心或对称中心与凸模轴线垂直，如图2-5所示。图2-5 偏转工件轮廓线重心与冲裁方向垂直
为了满足凸模与冲裁平面垂直，致使凸模轴线不能与压力机滑枕或上工作台同一运动方向的情况下，应采用斜楔加滑块或斜楔加滚动轴承、滑套的方式加以解决。在冲裁模中，斜楔加滑块的形式在环形件冲孔模中比较多见，如图2-6所示，有时也用于大型覆盖件拉延后的冲孔与切边。图2-6 斜面与滑动凸模（局部）1—凹模 2—坯件 3—滑套 4—斜面圈 5—凸模2.2.2 冲裁模分类
冲裁模的主要任务是使材料分离，在这个前提下，冲裁模的分类方式有很多种。
按工序性质分，冲裁模可分为落料模、冲孔模、切断模、整修模、精冲模等。
按工序组合形式，冲裁模可分为单工序模、复合模和级进模。
此外还有按导向方式、按挡料方式、按凸凹模所用材料来分类等多种分类方式。
本书中按出料方式来分类，这种分类方法可以简便、全面地分析不同形式模具的特点；在此基础上，冲裁模可分为如下类别：
1）正装下出料模。
2）正装上出料模。
3）倒装复合模。
4）倒装上出废料模。
5）飞除废料模，即以切边方式将废料除去，在级进模中应用较多。
6）级进模。
7）简式级进模。
8）圆盘剪裁模。圆盘剪裁模又可分为滚剪模和摇剪模。2.2.3 冲裁模选型
冲裁模选型是决定模具制造成本、模具寿命和操作方式的重要步骤；它关系到产品质量单件成本，甚至关系到操作者的人身安全，所以一定要经过深思熟虑才能做出最后决定。
基于以上对于冲裁模特点的分析，我们在选择冲裁模的工作方式时，可作以下考虑：
1）无孔、平直度要求不高的工件选择下出料式落料模，例如拉深件、弯曲件坯片之类，这种模具结构简单，寿命长，安全系数高，操作和维修都较其他模具方便。
2）孔间距或孔与轮廓边线精度要求高的工件，选择倒装落料冲孔复合模。
3）有孔但尺寸精度要求不太高的工件，选择简式步进模或倒装落料冲孔复合模。
4）孔间距精度要求高但与轮廓边线要求不高的工件，选择简式级进模。
5）挂耳窄小且中间有孔的工件，采用飞除废料模或正装上出料模，而不用正装下出料模。因为窄小的挂耳位置很容易堵塞凹模，凸模受力增大，导致凸模弯曲或凸、凹模间隙偏边。
6）孔多且小或孔间距绝对值小于6mm的工件，应考虑采用级进模。
7）窄长形工件，有两条最大边为直线的且与进料方向平行的，应优先考虑采用分条料的截断模或级进模；这样，可以省去两长边的冲裁力，有利于增加凹模强度，不仅可以数倍地提高模具寿命，而且工件质量更高，精度更容易保证。
8）利用边角余料冲裁，可采用单工序模，如正装上出料模、正装下出料模或复合模；边角余料冲裁模一般不用导柱导套，以扩大对于不规则材料的适应性。当需要采用导柱导向时，必须安装导套，不可在凹模上割出孔洞直接导向，以防材料伸入导柱导套间隙造成事故。
9）圆盘剪的刃口是一对滚轮，通过调整与工件中心的位置来适应材料直径尺寸的变化。所以，圆盘剪是一种通用性很强的材料分离模具。当剪切直径D≥350mm，就可考虑采用圆盘剪代替切边模；这样不但可以节约大量模具材料的投入，还可以省去落料模制作时间，缩短工期。
10）摇剪结构复杂，设计与制造难度大，适合于前道具工序为拉深的、产品批量大、有较好的加工条件下采用。
11）根据工件形状大小和复杂程度来决定模具类型，一般情况下，大型工件采用单工序模，尺寸较小且形状复杂的工件，常用复合模或级进模。
12）选择冲裁模的工作方式，还要根据产品批量作最后的决定。小批量生产时，应力求模具结构简单，成本低，宜采用单工序模；大批量生产时，模具费用在冲裁件中所占比例较小，可选用复合模或级进模。
2.3 冲裁间隙
冲裁间隙是指冲裁凸模和凹模之间的间隙（见图2-7），如无特别说明，一般指双边间隙。冲裁间隙不仅对冲裁件的质量有极重要的影响，而且还影响模具寿命、冲裁力、卸料力和推件力等。因此，间隙是冲裁模设计的一个非常重要的参数。图2-7 冲裁间隙1—凸模 2—凹模2.3.1 凸、凹模间隙值
从前面的冲裁分析中可看出，当前从理论上还找不到一个固定的间隙值能同时满足冲裁件断面质量最佳，尺寸精度最高，翘曲变形最小，冲模寿命最长，冲裁力、卸料力、推件力最小等各方面的要求。
因此，在冲压实际生产中，主要根据冲裁件断面质量、尺寸精度和模具寿命这几个因素给间隙规定一个范围值。只要间隙在这个范围内，就能得到合格的冲裁件和较长的模具寿命。这个间隙范围就称为合理间隙，合理间隙的最小值称为最小合理间隙，最大值称为最大合理间隙。设计和制造时，应考虑到凸、凹模在使用中会因磨损而使间隙增大，所以原则上应按最小合理间隙值确定模具间隙。
设计时选取的间隙越小，制造与装配精度越高，成本也会相应提高。间隙越小，模具的强度和精度要求也越高，寿命也就越短，维修的概率也越高；所以通常根据以下几条来选择冲裁间隙的级别。（1）材料的抗剪强度 抗剪强度越低，材料的拉深性能越好，产生披锋的可能性也越大，所以间隙应趋于小值。一般情况下，中等硬度铜材的冲裁间隙是同等厚度的钢材的70％，铝材则为60％。（2）工件的精度要求 用于电子行业、家用电器行业的制品，精度要求高，而用于户外用品，电力、农业机械等行业的制品，精度要求低些，相应地，模具间隙也可以趋大。（3）工件的面积与边线长度 工件的面积大或面积不大而边线较长，在模具制造与装配过程中产生误差或积累误差也较大，所以在选择模具间隙时也应趋大。（边线长度较大的矩形落料模例外。这是因为在冲裁时工件对凹模产生挤压力令直线类的凹模边框有涨大的趋式。）（4）工序件在工艺流程中所处的位置 冲裁产生的披锋，对下道工序的运行或产品出厂有不利影响时，模具间隙应趋小，若无不利影响时，间隙应趋大。（5）模具结构 设计时模具结构受到材料形状的制约，而不能保证凸凹模间隙处于良好状态时（例如管材切头、冲孔模，斜面上冲孔），间隙应取大一些。2.3.2 经济级工件快速计算凸、凹模间隙值
在日常生产中，经济级工件占工作总量的80％以上，如果工件图形呈外接多边形，或有内接但凸耳或凹槽宽度不小于12t的情况下，仍可按经济级工件计算，即凸、凹模的双面间隙C按料厚t的10％计算：C＝0.1t。
当计算所得小于0.02mm时，应按照无间隙冲裁来处理，即应采用凸模不进入凹模的方式来设计模具。
无间隙冲裁的方法之一是采用多层材料叠冲；这种方法对于落料模来说是适用的，但对于冲孔模来说却要慎重。
无间隙冲裁要求机械压力机运动精度较高，滑枕与导轨的滑动间隙应为0.005～0.015mm，连杆与球碗的轴向间隙不大于0.02mm，不能太松。工作环境应干净整洁，进行冲裁时应添加少许润滑油，工作过程中应防止杂物或灰尘混入材料和润滑油中。2.3.3 选择间隙方向的原则
1）落料时以凹模尺寸为基准，凸模尺寸为凹模尺寸减去间隙值。
2）冲孔时以凸模尺寸为基准，凹模尺寸为凸模尺寸增加间隙值。
2.4 冲压力
冲压力包括冲裁力、卸料力、推料力和顶料力。计算冲压力是选择压力机的基础，
如图2-8所示。图2-8 卸料力、推料力、顶料力1.冲裁力
F＝Ltτ式中 F——冲裁力（N）；
L——冲裁件周边长度（mm）；
t——材料厚度（mm）；
τ——材料抗剪强度（MPa）。2.卸料力、推料力、顶料力
1）卸料力是将箍在凸模上的材料卸下所需的力，即
F＝kF卸卸
2）推料力是将落料件顺着冲裁方向从凹模孔推出所需的力，即
F＝nkF推推
3）顶料力是将落料件逆着冲裁方向顶出凹模孔所需的力，即
F＝kF式中 k——卸料力系数；顶顶卸
k——推料力系数；推
k——顶料力系数；顶
n——凹模内存件的个数，n＝h／t（h为凹模刃口直壁高度，t为工件厚度）；
F——冲裁力（N）。
卸料力、推料力和顶料力系数见表2-4。表2-4 卸料力、推料力、顶料力与冲裁力的比例3.冲压设备的选择
如果冲压过程中同时存在卸料力、推料力和顶料力时，则总冲压力F计算公式为总
总冲压力F＝F＋F＋F＋F这时，所选压力机的吨位须大总卸推顶于F30％左右作为所需的裕量。总
当F、F、F、F不同时出现时，则计算F只加同一瞬间出卸推顶总现的F力即可。
生产中一般只对冲裁力进行详细的计算，而对卸料力只是在冲裁力的基础上给出一定的比例，连同冲裁所需的裕量，合并取50％。即所选压力机的吨位计算公式为
F＝F×150％＝1.5F压
2.5 剪切
2.5.1 剪切的几种基本方式剪切是使板料或卷料通过专门剪切设备使其沿直线或曲线相互分离的一种冲压工艺。在冲压生产中，剪切工作是准备工序之一。这是因为，冲压件的冲裁、弯曲、拉深、成形等工序，原材料多数是以大张的板料或成卷料供应，这就要求在冲压前必须将这些原材料剪切成合乎尺寸要求的条料或块料，以便于下道工序的正常工作。因此，在有条件的大型企业，一般都设有专门的备料车间或工段，将剪切工作集中进行，便于生产的管理和原材料的合理利用。
基于生产批量大小与坯料的几何形状和尺寸的不同，剪切可以采用下面不同的方法进行。（1）手工剪切 手工剪切是利用手剪或手动台式剪床对材料进行的剪切分离操作。这种方法主要适用于小批量或数量不大的单件生产。手工只能剪切料厚在0.8mm以下的板料；其优点是简便，可以适应不同的尺寸和曲线要求。缺点是劳动强度太大，生产效率极低。（2）机床剪切 利用专用的机床剪切板料及卷料，是目前较普遍采用的方法。其主要剪切机床是裁板机（直刀剪床）和圆盘滚刀剪床（俗称分条机）。用这些专用机床进行板料的剪切，可以大大节省劳力，生产效率高，质量有保证。（3）手持震动剪切 手持震动剪是一种小型电动工具，操作灵活。主要用于卷板开片、分段，所得的剪切线可以是直线的，也可以是曲线的。这种备料方法适用于材料的套裁。筒形件拉深删除坯片套裁可将材料利用率提高约5％，这对于贵重材料来说，经济效益是十分可观的。2.5.2 剪切刃口形式
剪切刃口的形式可分为平刃剪切、斜刃剪切和滚轮剪切。
1.平刃剪切图2-9 平刃剪切1—上刀片 2—下刀片 3—板料
平刃剪切是指用两剪刃相互平行的刀片（见图2-9）对板料或卷料进行分离的过程。这种平刃剪切方法，只能沿直线剪切。它适用于剪切宽度小而厚度较大的板料及卷料。
平刃剪切的剪切过程可分为三个阶段进行。（1）弹性变形阶段 剪切开始时，上刀片首先接触板料，并给板料施加压力，此压力由零增加到弹性极限，此阶段使材料发生弹性变形，如图2-10a所示。此时若去除压力，板料恢复原状。（2）塑性变形阶段 当上刀片继续下降时，剪刃对材料压力加大，这时板料所受压力超过弹性极限，使板料发生局部的塑性弯曲变形，同时上刀片的刃口开始压入板料内，如图2-10b所示。（3）板料的断裂阶段 上刀片压入材料至一定高度h后，由于应0力集中，在剪刃尖处开始发生裂纹，当压力继续加大后，裂纹迅速扩张，最后使材料断裂成两部分，完成剪切工作，如图2-10c所示。图2-10 平刃剪切过程a）弹性变形阶段 b）塑性变形阶段 c）断裂阶段
平刃剪切条料断面质量的好坏，与材料本身的性质及上下刀片的间隙大小有关。一般情况下，被剪切的材料硬度越高，断面光泽区越窄，亦即剪切的过程时间越短。相反，材料硬度越低时，断面光泽区较宽，剪切的过程时间较长。此外，上下刀片的间隙对断面的质量有很大影响。合适的剪刃间隙，可使断面光泽较亮，很少有披锋及弯曲现象发生，并且条料板面平整。若间隙过小时，将使条料的断面断裂部分挤坏，并且使剪切力增大。间隙过大时，会使板料断裂处产生较严重的弯曲及拉伸现象，致使剪切边缘产生飞边及尺寸不符合要求。刀片间隙大小，根据板料的种类及厚度大小，一般取0.02t～0.05t。
2.斜刃剪切
斜刃剪切与平刃剪切不同，斜刃剪切是指板料或卷料在上刀片与下刀片斜交成一定的角度的剪板机上进行剪切的过程。斜刃剪切时，其剪刃与被剪板料，不像平刃剪切那样，剪刃全部接触板料进行同时剪切，而是只一小部分接触板料逐渐进行剪切的，因而斜刃剪切比平刃剪切大大节省了剪切力。剪板机、手剪和台式手动剪床同属于斜刃剪切方式。（1）剪切过程 斜刃剪切的剪切过程，如图2-11所示。剪切开始时，上刀片和被剪板料仅有一部分接触，然后板料的一边顺刃口发生裂纹，再继续剪切时，板料便随着上刀片的下行而裂口开，逐渐使板料分离成两部分，其各阶段的材料变形原理基本与平刃剪切相同。（2）剪切角φ 用斜刃剪板机剪切板料，上刀片的工作行程，要比平刃剪板机大得多。这时上刀片的行程数值决定于剪切长度和剪切角φ的大小。在剪切的过程中，由于剪切角φ的存在，板料除了具有像平刃剪板机在剪切时材料发生相同的变形过程外，还有因上刀片的压力而使条料产生向下弯曲的现象，从而使被剪条料发生变形、扭曲及拉伸现象，这是斜刃剪切最大的缺点。但由于它降低了剪切力，故是现在冲压生产中，采用最多的一种剪切备料方法。它常应用于宽度大而厚度小的板料和卷料剪切备料工作。
剪切角φ可以减少剪切力，并使剪切工作均匀和缓，但为了防止板料从剪刃中滑出和过分弯曲，角φ最大值不宜超过12°。角φ的大小与板料厚度有关。一般情况下，剪切3～10mm厚的板料，角φ为1°～3°；剪切10～35mm厚的板料，角φ为3°～5°。图2-11 斜刃剪切1—上刀片 2—下刀片 3—板料（3）剪刃角β 如图2-12所示，剪刃角β的大小直接影响切削刃的强度、剪切质量和剪切力。剪刃角β的大小通常随材料硬度而定，当需要剪切较硬的板料时，β应介于75°～85°；剪切很软的板料（如纯铜板、铝板等），β介于65°～75°。但剪刃角β在小于90°时，板料会受压而弯曲，并使板料从切口拨开，这种现象对于厚而窄的条料尤为显著，条料往往在冲裁后，需要经过校正。因此，在一般动力传动的剪板机上，为便于剪刃的修磨，β常取90°；同时，为了减少剪刃上部与板料间的摩擦，应对刀片磨出后角α。一般α为1.5°～3°。图2-12 斜刃剪板机的刀片剪刃角（4）剪切力 平刃剪切所用剪切力可按下式计算：
F＝KBtτ式中 F——剪切力（N）；平平
B——板料宽度（mm）；
t——板料厚度（mm）；
τ——材料的抗剪强度（MPa）；
K——系数，考虑到刃口变钝，剪刃间隙大小的变化，材料厚度和性能的波动
等因素使剪切力增加。一般取K＝1.3。
斜刃剪床剪切力的计算公式为
式中 K——剪刃磨钝系数，取1.3；
φ——剪刃倾斜角（°）。
一般情况下，剪切不需要计算剪切力，只要按剪床标出的主要规格t×B来选用即可。t表示容许剪切板料的最大厚度，B表示容许剪切的最大宽度。但剪床设计时最大剪切板料厚度一般是根据25钢或30钢的抗剪强度设计的，所以若剪切超过设计强度的材料时，就不能按剪床标出的最大板料厚度来使用，此时就应根据剪切力计算的公式换算出不同材料的最大剪切厚度。
3.滚轮剪切（1）滚轮剪切的原理 滚轮剪切简称滚剪，也被称作圆盘剪切，是将材料在两个相反方向旋转的圆盘滚刀之间通过而被剪切开的剪切方法。这种方法，通常用于切割线极长的板料或卷料的纵向剪切，是材料准备的一种重要手段。其剪切原理如图2-13所示。图2-13 圆盘剪切原理
通常滚轮剪切的两条轴是相互平行的，并与剪切材料的平面相互平行。但也有把圆盘剪刃故意制作成倾斜的，以便用来进行曲线剪切工作。
滚轮剪切时，材料的送进是依靠旋转的圆盘滚刀与材料之间的摩擦力来完成的；为了保证剪切工作正常进行，必须使剪刃与材料的接触角φ小于15°，为此在设计圆盘滚刀时，应首先满足下列公式：
一般取圆盘滚刀直径大于100t以上。
另外，其他设计尺寸可分别取如下值：滚刀交错量为（0.2～0.3）t；滚刀宽度为25～30mm；滚刀间的间隙为（0.025～0.05）t；滚刀倾角α＝30°～45°。
其中，当滚刀交错量为零甚至两滚刀分开时，板料可在刀片内转动而能被剪切为任意曲线边缘的工件。
单滚式滚轮剪切机，只具有一对滚刀。由于配置角度不同，可剪切不同曲线或内孔轮廓边缘的坯料。图2-14所示为下滚刀斜置的圆盘滚剪机。图2-15所示为上、下滚刀均为斜置的圆盘滚剪刀机。这两种滚剪机均可剪切直线和曲线坯料。图2-14 下滚刀斜置的圆盘滚剪1—下滚刀 2—板料 3—上滚刀图2-15 上、下滚刀均为斜置的圆盘滚剪（2）滚轮剪切应用范围 滚轮剪切可以进行下列工作：
1）分条。滚轮剪切的一大特点是分切线不受模具大小的控制，可以做到无限长。根据这一原理，在上下轮轴上安排多对滚刀。按设定的宽度，圆盘剪切可将卷板料分割成多条并排的条料。每对滚刀刃口的距离就是条料的宽度，如图2-16所示。这一工序对于节约材料，提高工效有十分重要的意义，尤其是对于某些边线较长且与进料方向平行的冲裁件来说，可以节省大部分冲裁力。纵向分离过程中，滚轮刃口对材料会产生一部分水平拉力。处于板幅中间的条料，两侧的水平拉力呈平衡状态，而处于最外侧的剪切线则会因此失去平衡，所以最外侧的两对滚剪轮应带有约75°的剪刃角β。图2-16 滚剪分条
2）筒形件、杯形件滚剪。在不锈钢制品生产中，滚剪常用于直径≤400mm的旋转体拉深件切边，如图2-17所示。
3）盆类产品环剪。环剪可以代替大型拉深件的切边模，尤其是直径大于400mm的制件。在环剪中，上、下滚剪轮分别代替了凸模和凹模，可以节约大量模具钢材料以及热处理和金属切削加工费用。制件剪切直径越大，经济优势越明显。这是因为冲裁模具直径越大，凹模厚度和壁厚也越大，所需的上、下模座尺寸的也越大，消耗的材料越多。图2-17 筒形件滚剪机1—抵盘 2—承压轮 3—工件 4—上滚剪轮5—主轴 6—带轮
环剪通用性强，还可以节省设备的投入，以人力替代大型压力机（见图2-42）。以料厚1.0mm，直径800mm的工件为例，采用冲裁剪边，全套模具材料用量最少在500kg以上；所用的机床规格，也应在1500kN以上。而采用杠杆机构的滚剪，圆盘滚剪轮和支架可以是通用件，从某种意义上来说可以视为成本为零；从部件来说，滚剪只需要更换一件胎芯，即等于冲裁模中的顶料板。从出力方面看，用于滚剪手柄上的出力只需要50N左右；两相比较，环剪的优势不言而喻，尤其是在批量不大的情况下。
4）平板坯料环剪。平板坯料环剪的一大优点是，材料经剪切后可以直接进入翻边或卷边工序，滚剪模并不影响下道工序的实施，工件只需要进行一次装夹即可完成剪边、翻边或卷边工作，不存在重新对中的问题。
5）环剪存在着最小工作直径问题，即加压滚剪轮直径应小于剪迹直径的1／5，否则将极易导致剪口不齐。滚剪轮直径与剪迹直径如图2-18所示。（3）滚剪轮加工 滚剪轮可分为加压轮和承压轮，或者称之为上滚剪轮和下滚剪轮。滚剪轮在热处理前应将预留的刃口宽度以外的地方挖空，以减少刃磨时的发热量。滚剪轮的径向和轴向的圆跳动均应小于0.02mm。
加压轮刃后角取25°为宜。刃口留（0.5～1）t的直段或3°后角；可避免在材料分离时对材料产生拉动。滚剪轮一般宜作双轴承设计，以保证剪迹准确，工作可靠。如果确实受到条件限制只能使用单轴承时，应采用E级以上的精密滚动轴承。
4.摇剪
摇剪的正式名称是浮动式旋转体拉深件切边模（见图2-43）。根据质点在螺旋槽内的运动规律，使凸模与凹模之间发生位置的错动，借此来实现工件的分离。凹模在螺旋槽内的运动，好像竹签在签筒内摇动一样，因此这种剪切方法在生产中被称为摇剪。图2-18 滚剪轮直径与剪迹直径
与冲裁剪切不同的是，摇剪的凸模同样是做垂直运动的，但剪切面与水平面是平行的，所以被剪切工件的弧心角越大越好，或者说，切点与水平面的交角越接近直角越好。摇剪通常被用来剪切切点与水平面的交角大于40°的拉深件，如深锥形件、碗形件等。
摇剪自带导柱导套，对机床精度要求不高。对于工件尺寸和外形具有一定的通用性，小于最大凹模尺寸的工件都可以通过更换凹模和凸模在同一副基座上实行剪切。
由于拉深件的不同象限的分离是在凸模下降的过程中的不同时段完成的，所以摇剪还可以用功率较小的压力机来剪切较大的工件。
摇剪的优点是工作可靠，刃口修复快，缺点是设计和制作都比较
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