冲裁板料分离过程

4．1．1 冲裁分离过程

冲裁是冲压工艺中的分离工序。在冲裁过程中，在压力机压力作用下凸模逐步下降时，板料从弹性变形开始经塑性变形直至全部分离，完成冲裁。冲裁变形过程见表4．1。

表4．1 冲裁变形过程

（1）分离过程

1）弹性变形阶段

由于凸模加压于板料，使板料产生弹性压缩、弯曲和拉伸等变形，板料底面相应部分材料略挤入凹模洞口内。此时，凸模下的板料略有下弯，凹模上的板料略有上翘。间隙越大，下弯和上翘越严重。在这一阶段中，板料内部的应力没有超过弹性极限，当凸模卸载后，板料立即恢复原状。

2）塑性变形阶段

当凸模继续压入、板料内的应力达到屈服极限时，板料开始产生塑性剪切变形。凸模切入板料并将下部板料挤入凹模孔内，形成光亮的剪切断面。同时因凸、凹模间存在间隙，伴随着弯曲与拉伸变形。随着凸模的继续压入，板料的变形程度不断增加，同时硬化加剧，变形抗力也不断上升。最后在凸模和凹模的刃口附近、达到极限应变与应力值时，板料就产生上下微小裂纹。

3）断裂分离阶段

凸模继续施压板料，上下微裂纹沿最大剪应变方向向材料内分别延伸，若间隙设计合理，上下裂纹则相遇重合，板料分离。由于开裂的结果，断面上形成一个粗糙的区域。当凸模再下行，凸模将冲落部分全部挤入凹模洞口，冲裁过程到此结束。

（2）冲裁力变化分析

如图4．2所示为冲裁时冲裁力与凸模行程曲线。图中AB段是冲裁的弹性变形阶段，凸模接触材料后，载荷急剧上升。当凸模刃口挤入材料，即进入塑性变形阶段后，载荷的上升斜率逐渐变小，如BC段所示。由于凸模挤入材料使承受冲裁力的材料受剪面积减小，而材料加工硬化的影响大于受剪面积减小的影响，冲裁力仍继续上升，当两者的影响达到相等的瞬间，冲裁力达最大值，即图中的C点。此后，受剪面积的减小超过了加工硬化的影响，于是冲裁力下降。凸模继续下压，材料内部的微裂纹迅速扩张，冲裁力急剧下降，如CD段所示，此为冲裁的断裂阶段。

图4．2 冲裁力与凸模行程曲线

4．1．2 冲裁件断面特征

（1）3个特征区

由于冲裁分离的特点，冲裁出的工件断面明显地分为3个特征区，即圆角带、光亮带和断裂带（见图4．3）。

图4．3 冲裁件的剪切断面特征

1—圆角带；2—光亮带；3—断裂带；4—毛刺

1）圆角带

圆角带是凹模刃口压入板料时，刃口附近板料产生变形的结构。一般软材料比硬材料的圆角大。影响圆角带大小的因素除材料外，还有工件轮廓形状以及凸凹模间隙等。

2）光亮带

光亮带是板料塑性剪切变形时，在毛坯中的一部分相对另一部分移动中，模具刃口侧面将断面压平而形成的光亮垂直面。通常，光亮带占整个断面的1／3，又是极端尺寸，故光亮带是尺寸测量基准。塑性好的材料，其光亮带大。光亮带的大小与凸凹模间隙及模具刃口的磨损程度等加工条件有关。

3）断裂带

断裂带是由刃口处的微小裂纹在拉应力作用下不断扩展形成的撕裂面，断面粗糙，出现毛刺，且有斜度。塑性差的材料，其断裂带大。

圆角带、光亮带和断裂带3大部分所占比例随板料的力学性能、凸凹模间隙、模具结构等的不同而变化。要想提高冲裁断面的光洁度和尺寸精度，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的阶段、推迟裂纹产生，这可以通过增加金属的塑性和减少刃口附近的变形与应力集中来实现。在材料确定的情况下，冲裁模间隙是影响光亮带的高度的关键因素。

（2）冲裁件尺寸确定

孔的尺寸以孔最小尺寸为衡量标准，落料以轮廓最大尺寸为衡量标准。若不计弹性变形的影响可以近似认为（见图4．3）：

落料尺寸＝凹模尺寸

冲孔尺寸＝凸模尺寸

这两个关系式，是计算落料、冲孔模的凸模和凹模刃口尺寸的重要依据。

4．1．3 影响冲裁件断面质量的因素

（1）材料性能

塑性较好的材料，冲裁时裂纹出现的时刻较迟，因而材料剪切的深度较大。因此得到的光亮带所占比例大，圆角大，穹弯大，断裂带较窄。塑性差的材料，当剪切开始不久材料便被拉裂，光亮带所占比例小，圆角小，穹弯小，而大部分是有斜度的粗糙断裂带。

（2）凸凹模间隙

如图4．4所示可以看出，工件上裂纹形成的圆直径与凸模直径相近，工件下裂纹形成的圆直径与凹模直径相近。如间隙合适，上下出现的裂纹相互重合，则断面光洁，略带斜度（见图4．4（b））；如间隙过小，上下两面裂纹不重合，隔着一定的距离，相互平行，最后在其间形成毛刺和层片，并产生两个光亮带（见图4．4（a））；如间隙过大，对于薄料会使材料拉入间隙中，形成拉长的毛刺，对于厚料会形成塌角（见图4．4（c））；如间隙分布不均，则小的一边会形成光亮带，大的一边形成很大的塌角。

图4．4 间隙大小对冲裁件质量的影响

1—断裂带；2—光亮带；3—圆角带

（3）模具刃口状态

刃口状态对冲裁过程中的应力状态有较大影响。当模具刃口磨损成圆角时，挤压作用增大，则冲裁件的圆角和光亮带增大。钝的刃口，即使间隙选择合理，在冲裁件上也将产生较大毛刺。凸模钝时，落料件产生毛刺；凹模钝时，冲孔件产生毛刺。