冷冲压中冲裁模设计刃口尺寸计算中容易出现的问题漫谈

摘 要：冲裁主要是利用模具使板料分离，主要包括冲孔、落料、剖切、切口、修边等多道工序，一般说冲裁主要指落料及冲孔工序。主要针对冲裁凸、凹模刃口尺寸的计算方法以及存在的一些计算问题进行介绍，并根据不同计算方法的使用，给出加工时的计算公式。

关键词：冷冲压；冲裁模；刃口尺寸；加工方法；计算

利用冲裁技术可以直接对零件进行加工，也可以为拉深、弯曲、成型的冲压工序准备毛坯。通过模具可以实现冲压件的质量稳定。所以，模具结构的合理确定，是控制冲裁件质量的重要手段，和模具的加工方法及部分尺寸的精确计算有直接的关系。本文主要针对冲裁模的加工方法及刃口尺寸的计算原则及方法进行分析，从而为降低生产成本、提高产品质量奠定基础。

一、刃口尺寸计算原则

通过实践可知，因为凹凸模间存在间隙，导致冲出的孔或者落下的料都有一定的锥度，并且冲孔件小端尺寸与凸模尺寸相

等，落料件大端尺寸与凹模尺寸相等。在测量中，冲孔孔径按照小端尺寸为准，落料件按照大端尺寸为准；进行冲裁时，由于摩擦力的存在，凹模的孔径越来越大，凸模的外径越来越小，导致凹凸模的间隙也越来越大。所以，在决定模具制造公差与刃口计算的时候，要按照以下原则进行：

1.基准件选择原则

根据冲孔与落料的特征，凹模的尺寸决定落料件的尺寸，所以，要先对凹模尺寸进行决定，以降低凸模尺寸来保证间隙的合理；凸模尺寸决定冲孔件的尺寸，所以要先对凸模尺寸进行决定，以提高凹模尺寸来保证间隙的合理。

2.极限尺寸设计原则

由于刃口在磨损，导致尺寸会变大时，刃口的基本尺寸应该等于或者接近工件的最小极限尺寸；由于刃口的磨损，导致尺寸变小时，刃口的基本尺寸应该等于或者接近工件的最大极限尺寸。这是刃口磨损的规律，按照这样的规律，凹凸模在磨损到一定的程度时，还是能够冲出合格的工件的，对凹凸模的间隙值应该取最小合理间隙值。

3.制造精度选择原则

考虑到模具精度对制件精度有直接的影响作用，在模具刃口制造公差的选择时，既要保证间隙值的合理，又要保证工件的精度。一般情况下，模具的精度要比工件的精度高出2-3个级别。

二、冲裁模制造方法

冲模制造主要包含毛坯外形加工、工作型面加工、模具装配及检验点等几个部分，通常所说的冲模加工主要是指毛坯外形及工作型面的加工。一般采用普通机械加工、电火花加工、成型磨削、电火花线切割等加工方法制造冲模。

1.普通机械加工

将车床、钻床、刨床、磨床、铣床等通用机械设备加工称为普通机械加工，对毛坯外形与模具工作型面都可以进行加工，其不足之处在于生产效率低、加工精度差，尤其是对复杂形状的模具加工，难度非常大。

2.电火花加工

与机械加工不同，电火花加工利用热能、电能对金属进行加工。是基于电极与工件之间脉冲放电的电腐蚀现象产生的一种方法。在制造中、小型冲裁模穿孔性质的加工时，电火花加工较为常用。其优点主要有：

（1）可先淬火，再加工，防止热处理变形的影响；

（2）加工冲模的斜度与间隙均匀，刃口比较耐磨，模具的质量得到提高；

（3）对机械加工较难的材料，电火花加工可以轻易地加工，模具材料的选择范围较广；

（4）对复杂的凹模加工不需要进行镶拼，可以整体加工，降低了设计与制造时间，凹模的强度得到提高。

3.成型磨削

在平面磨床或成型磨床上对工作型面进行加工的方法称为成型磨削。这种方法的优势在于效率高、精度高。其工作原理是将零件的轮廓分为若干圆弧与之间，按照顺序逐段磨削。在制造的过程中，该方法主要针对拼接凹模、精加工凸模以及电火花加工用的电极等零件的加工，采用这种发那个发对模具的结构也有特殊的要求：

第一，凸模结构。凸模要设计为直通式，方便磨削；如果凸模形状复杂，不能直接磨削加工时，可以设计成镶拼式凸模结构。

第二，凹模结构。在精度要求较高时，或者凹模结构复杂时，可以将凹模结构设计为镶拼结构，方便对表面进行磨削。

第三，冷冲模设计。进行冷冲模设计时，习惯将落料模的制造公差注在凹模上，而凸模上只注名义尺寸，按照凹模的配制制造。利用成形磨削时，如果先加工凸模，根据凸模对对凹模进行配制，因此，在凸模上注出制造公差，方便成型磨削工艺进行尺寸的

换算。

4.电火花线切割加工

与电火花穿孔加工的原理相同，电火花线切割加工也利用火花放电对金属进行汽化或熔化，将汽化和熔化的金属去掉，形成形状各异的零件。线切割加工时，利用电极丝代替电火花穿孔的电极。将其与高频电源负极相接，电源正极接到工件上，利用产生的电火花使工件腐蚀，并按照工件所需的形状移动，逐渐将工件切割出来。对于加工精密细小、材料特殊、形状复杂的零件或冲模时，线切割较为常用，对一些无法加工或者机械难以加工的冲模或零件存在的加工问题，得到解决，加工的效率得到成倍的提高。加工难度越大，线切割的经济效益也就越突出。

三、模具刃口尺寸磨损类型

制造凹模与凸模有两种该方法：配合加工与分开加工。由于间隙的问题采用配合加工比较容易得到保证，模具的制造公差也能得到放大，因此也是现在采用比较多的方法。采用该方法需要对冲裁件的磨损类型进行确定，可以用计算公式进行计算。磨损后的变化通常可以分为三种情况：变大、不变或减小，对刃口尺寸的磨损类型进行判断，要对其几何形状进行分析。在冲裁模中，冲孔尺寸以凸模为准，落料的尺寸以凹模为准，根据凸模磨损后向内缩小和凹模磨损向外扩展的特点，可以对凸模内等距线和凹模外等距线进行计算，可以得到偏移后的几何图像。通过图形对磨损前后的尺寸变化进行比对，就可以判断出各个尺寸的磨损类

型，再根据所处位置，通过公式进行计算。

四、冲裁模刃口尺寸计算及存在的问题

因为模具的测量方法和加工方法是不同高度，所以，凸模与凹模刃口尺寸的制造公差与计算公式也是不同的。

1.凹模与凸模分别加工

用这种方法进行加工，要分别标注凹模与凸模制造公差及刃口尺寸，对于简单形状或者圆形的工件非常适合，为了保证间隙值的合理，需要满足：δp+δd≤Zmax-Zmin，或者是取：δp=0.4（Zmax-Zmin），δd=0.6（Zmax-Zmin）。根据刃口尺寸的计算原则：

冲孔：dp=（dmin+xΔ）0-δpdd=（dp+Zmin）+δd0（dmin+xΔ+Zmin）+δd0（1） 落料：Dd=（Dmax-xΔ）+δd0Dp=（Dd-Zmin）0-δp（Dmax-xΔ-Zmin）0-δp（2）

上两式中，dp、dd分别表示冲孔凸模、凹模的直径，单位mm；Dd、Dp分别表示落料凸模、凹模的直径，单位mm；dmin表示冲孔工件内径最小极限尺寸，单位mm；Dmax表示落料工件外径最大极限尺寸，单位mm；Zmax、Zmin分别表示最大、最小合理间隙，单位mm；Δ表示工件制造公差，单位mm；δp、δd分别表示凸模、凹模的制造公差，单位mm；x表示磨损系数。用上两式可以计算出凸模与凹模的刃口尺寸，但是因为工件形状很简单，普通机械加工就可以满足要求。

2.凸模、凹模配合加工

如果工件的料较薄或者形状较复杂，为了保证合理的间隙

值，就需要采用凸模、凹模配合的方法加工。先做好凸模或凹模其中之一作为基准件，然后按此标准再做另一件，做好的两个工件之间保值一定的间隙。所以，只需要将制造公差与只存在基准件上标注即可，另一件上只标注基本尺寸。从而保证间隙限制对δp、δd不产生影响。该方法保证了凹模与凸模之间的间隙小，可以使基准件的制造公差变大，制造更加简单。

因为复杂工件的各部分尺寸性质是不同的，凸模与凹模也就存在更大的不同，基准件的刃口尺寸要按照不同的方法进行计算：

A类尺寸（磨损后增大尺寸）：Ai=（Amax-xΔ）+δd0B类尺寸（磨损后减小尺寸）：Bi=（Bmin+xΔ）0-δpC类尺寸（磨损后不变尺寸）：Ci=（Cmin+0.5Δ）±δ（3）

（该式中，Ai、Bi、Ci分别表示基准件的尺寸，单位mm；Amax、Bmin、Cmin分别表示和基准件对应工件的极限尺寸，单位mm；Δ表示工件的制造公差，单位mm；δ表示基准件制造公差，单位mm。）

进行配合加工时，可采用普通机械加工，也可以采用其他方法，区别在于制造公差与尺寸的标注不同。

冲裁模的制造方法与其刃口尺寸的计算没有直接的关系，在冲孔时，以凸模为基准，落料时，以凹模为基准。由于刃口在磨损，导致尺寸变大时，刃口的基本尺寸应该等于或者接近工件的最小极限尺寸；由于刃口的磨损，导致尺寸变小时，刃口的基本尺寸应该等于或者接近工件的最大极限尺寸。冲裁模的加工方法与刃口尺寸计算方法相关。在进行普通机械加工与电火花线切割加工时，可以利用本文公式（1）、（2）或者（3）进行计算，在零件上标注出制造公差。电火花和成型磨削加工时，利用公式（3）计算出凸模尺寸，标注上制造公差。

参考文献：

[1]张剑峰，周勇平，陈国新.冲裁模刃口尺寸的自动计算与标注[J].扬州大学学报：自然科学版，2007（1）.

[2]赵婷婷，陈宗民.冲裁模的CAD自动实体建模方法[J].锻压装备与制造技术，2006（2）.

（作者单位 江苏省吴中中等专业学校）