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【摘 要】冲裁间隙是影响冲裁件尺寸精度的主要因素，而冲裁间隙是由冲裁模凸、凹模刃口尺寸决定的。为了保证冲裁件的质量，在模具设计中，合理确定冲裁模凸、凹模刃口尺寸非常重要。
【关键词】冲裁间隙；落料；冲孔；互换加工法；刃口尺寸
冲裁间隙是指凸、凹模工作部分尺寸之差，分为单面间隙（用字母C表示）和双面间隙（用字母Z表示），如无特殊说明，冲裁间隙是指双面间隙。
冲裁是利用模具使板料产生相互分离的冲压工序。冲裁工序包括切断、落料、冲孔、切口、切边、 剖切等，冲裁一般是指落料和冲孔。从板料上沿封闭轮廓冲下所需形状的冲件或工序件称为落料，从工序件上冲出所需形状的孔称为冲孔冲裁既可直接冲出成品件，又可为弯曲、拉深和成形等其他工序制备毛坯。因此，冲裁是冲压工艺的最基本工序之一，应用非常广泛。在冲裁模具设计中，应根据冲裁间隙、冲裁件尺寸精度、凸、凹模磨损规律等因素确定凸、凹模的刃口尺寸。
1. 影响冲裁件质量的因素 影响冲裁件质量的因素有：凸、凹模间隙值的大小及间隙的分布是否均匀；模具结构是否合理；模具精度的高低；凸、凹模刃口的锋利程度及板材的塑性等诸多方面。其中，冲裁间隙值的大小与凸、凹模间隙分布的均匀程度是直接影响冲裁件质量的主要因素。
当冲裁间隙较大时，材料所受拉伸作用增大，冲裁后由于材料的弹性恢复使落料件尺寸小于凹模尺寸，冲孔件孔径大于凸模直径。当冲裁间隙较小时，则由于材料受凸、凹模侧向挤压力大的影响，冲裁后由于材料的弹性恢复使落料件尺寸增大，冲孔件孔径减小。因此，要想获得质量较高的冲裁件，必须选择合理的冲裁间隙值，而冲裁间隙值的大小是由凸、凹模的刃口尺寸决定的，所以，合理确定凸、凹模的刃口尺寸至关重要。
为了使凸、凹模的间隙均匀，对于无导向装置的冲模来说，是将模具安装在压力机上进行调整来实现的，对于带导向装置的冲模来说，是在模具装配时得到保证的。
2. 冲裁模刃口尺寸计算原则
（1）设计落料模时，由于落下的制件进入凹模孔内，因此，凹模刃口基本尺寸接近于制件尺寸；设计冲孔模时，由于剩下的材料为制件，并且箍在凸模上，所以凸模刃口基本尺寸接近于冲裁件孔的尺寸。因此，设计落料模时，应先确定凹模刃口尺寸，根据磨损规律，凹模刃口的基本尺寸取接近或等于制件的最小极限尺寸，然后根据冲裁间隙值确定凸模刃口基本尺寸；设计冲孔模时，应先确定凸模刃口尺寸，根据磨损规律，凸模刃口基本尺寸取接近或等于制件孔的最大极限尺寸，然后再根据冲裁间隙值确定凹模刃口基本尺寸。
（2）冲裁初始间隙值一般取最小合理间隙值。
（3）选择冲裁模刃口制造公差时，既要保证工件的精度要求，又要保证有合理的间隙值。
（4）按“入体原则”将制件尺寸公差和冲模刃口尺寸的制造偏差标注为单向偏差，即对于相当于“孔”的尺寸取下偏差为0，相当于“轴”的尺寸取上偏差为0，对于磨损后无变化的尺寸一般标注为双向偏差。
3. 采用互换加工法计算冲裁模刃口尺寸 根据制件形状的复杂程度，凸、凹模有两种加工方法，一种是互换加工法，也称为公差法，其特点是工作零件具有互换性，制造周期短，但冲裁模最小合理间隙值不易保证，增加了制造成本。互换加工法适用于圆形或简单规则形状的冲裁件；另一种是按配合加工组织生产，也称为配做作法，即首先加工凸、凹模中的一件作为基准件，然后以选定的间隙值配作另一件。配作法主要适用于形状复杂或薄料的冲裁件。
下面重点介绍采用互换加工法计算冲裁模刃口尺寸：
（1）冲孔。由冲裁模刃口尺寸的计算原则可知，计算冲孔模刃口尺寸时，应先确定凸模刃口的基本尺寸，再确定凹模刃口的基本尺寸。冲裁模在使用过程中，由于磨损使凸模尺寸越磨越小，因此凸模刃口的基本尺寸取接近或等于制件孔的最大极限尺寸，以保证凸模磨损在一定范围内仍能冲出合格的制件，凹模刃口的基本尺寸等于凸模刃口的基本尺寸加上最小合理间隙值。设冲裁件的冲孔尺寸为d0+△，其计算公式为：
凸模 dt=（d+X△）-δt0
凹模 da=（dt+Zmin）+δa0=（d+X△+Zmin）+δa0
（2）落料。 由冲裁模刃口尺寸的计算原则可知，计算落料模刃口尺寸时，应先确定凹模刃口的基本尺寸，再确定凸模刃口的基本尺寸。冲裁模在使用过程中，由于磨损使凹模尺寸越磨越大，因此凹模刃口的基本尺寸取接近或等于制件孔的最小极限尺寸，以保证凹模磨损在一定范围内仍能冲出合格的制件，凸模刃口的基本尺寸等于凹模刃口的基本尺寸减去最小合理间隙值。设冲裁件的落料尺寸为D0-△，其计算公式为：
凹模 Da=（D-X△）0+δa
凸模 Dt=（Da-Zmin）0-δt=（D-X△-Zmin）0-δt
式中 D，d—— 落料、冲孔件基本尺寸（mm）
Dt，Da—— 落料凸、凹模刃口尺寸（mm）
dt，da—— 冲孔凸、凹模刃口尺寸（mm）
△ —— 工件公差（mm）
δt，δa—— 凸、凹模制造公差（mm）
X—— 磨损系数，也称为修正系数，在0.5～1.0之间，与制件精度、材料厚度和制件形状有关
Zmin—— 冲裁模最小合理间隙值（mm）
4. 教学方法 由于冲裁模刃口尺寸的计算在理解上有一定的难度，主要应从以下几个方面进行讲解：
（1）复习《极限配合与技术测量》中极限尺寸、公差、配合、轴、孔等基本概念，极限尺寸的求法，尺寸公差带的画法，查表确定工件尺寸的极限偏差等知识。
（2）在对冲裁模刃口尺寸的计算公式推导前明确指出：规定冲孔模刃口尺寸的计算中各尺寸均用小写英文字母表示，落料模刃口尺寸的计算中各尺寸均用大写英文字母表示，而在《极限配合与技术测量》中规定孔的尺寸用大写英文字母表示，轴的尺寸用小写英文字母表示，强调两者之间的差异，以免造成混淆。
（3）结合图形推导出冲裁模刃口尺寸的计算公式，该图形实际上是凸模、凹模和冲裁件三者公差带之间的关系，是在《极限配合与技术测量》中讲述的尺寸公差带图的基础上进一步的扩展，该图的画图方法非常重要，它将关系到对冲裁模刃口尺寸的计算公式的理解程度。在画推导落料模刃口尺寸的计算公式的图形时，其步骤是：首先画出落料件的公差带，其次画出凹模的公差带，最后由Cmin确定凸模的公差带；在画推导冲孔模刃口尺寸的计算公式的图形时，其步骤是：首先画出落料件的公差带，其次画出凸模的公差带，最后由Cmin确定凹模的公差带。根据凸、凹模的磨损规律及冲裁件、凸模、凹模三者公差带之间的关系，就能比较容易地推导出冲裁模刃口尺寸的计算公式。
（4）当凸、凹模按互换法加工时，设计时应分别在凸、凹模图样上标注刃口尺寸及制造公差，为保证冲裁间隙在合理的范围内，应保证满足下式的条件：
δa+δt≤Zmax-Zmin
其推导过程如下（以落料为例）：
Damax-Dtmin≤Zmax ①
Damin-Dtmax≥Zmin ②
①+②×（-1）得：
Damax-Dtmin-（Damin-Dtmax）≤Zmax- Zmin
（Damax- Damin）+（Dtmax- Damin）≤Zmax- Zmin
即 δa+δt≤Zmax-Zmin
如果不满足上述条件，就应提高凸、凹模的制造精度，即减少δa和δt。对于形状复杂的冲裁件，较小的δa和δt就会增加凸、凹模的制造成本，甚至很难达到精度要求。所以，对于形状复杂的冲裁件，应采用配作法加工凸、凹模，而不能采用互换加工法。
综上所述，当采用互换加工法计算冲裁模的刃口尺寸时，一是要清楚互换加工法的适用范围，二是要理解冲裁模刃口尺寸的计算公式的推导过程，三是要通过练习熟练掌握用互换加工法计算冲裁模的刃口尺寸。
参考文献
[1] 汤习成 冷冲压工艺与模具设计 北京：中国劳动社会保障出版 2006
[2] 王芳 冷冲压模具设计指导 北京： 机械工业出版社 1999
[3] 钟毓斌 冷冲压工艺与模具设计 北京： 机械工业出版社 2000
【关键词】冲裁间隙；落料；冲孔；互换加工法；刃口尺寸
冲裁间隙是指凸、凹模工作部分尺寸之差，分为单面间隙（用字母C表示）和双面间隙（用字母Z表示），如无特殊说明，冲裁间隙是指双面间隙。
冲裁是利用模具使板料产生相互分离的冲压工序。冲裁工序包括切断、落料、冲孔、切口、切边、 剖切等，冲裁一般是指落料和冲孔。从板料上沿封闭轮廓冲下所需形状的冲件或工序件称为落料，从工序件上冲出所需形状的孔称为冲孔冲裁既可直接冲出成品件，又可为弯曲、拉深和成形等其他工序制备毛坯。因此，冲裁是冲压工艺的最基本工序之一，应用非常广泛。在冲裁模具设计中，应根据冲裁间隙、冲裁件尺寸精度、凸、凹模磨损规律等因素确定凸、凹模的刃口尺寸。
1. 影响冲裁件质量的因素 影响冲裁件质量的因素有：凸、凹模间隙值的大小及间隙的分布是否均匀；模具结构是否合理；模具精度的高低；凸、凹模刃口的锋利程度及板材的塑性等诸多方面。其中，冲裁间隙值的大小与凸、凹模间隙分布的均匀程度是直接影响冲裁件质量的主要因素。
当冲裁间隙较大时，材料所受拉伸作用增大，冲裁后由于材料的弹性恢复使落料件尺寸小于凹模尺寸，冲孔件孔径大于凸模直径。当冲裁间隙较小时，则由于材料受凸、凹模侧向挤压力大的影响，冲裁后由于材料的弹性恢复使落料件尺寸增大，冲孔件孔径减小。因此，要想获得质量较高的冲裁件，必须选择合理的冲裁间隙值，而冲裁间隙值的大小是由凸、凹模的刃口尺寸决定的，所以，合理确定凸、凹模的刃口尺寸至关重要。
为了使凸、凹模的间隙均匀，对于无导向装置的冲模来说，是将模具安装在压力机上进行调整来实现的，对于带导向装置的冲模来说，是在模具装配时得到保证的。
2. 冲裁模刃口尺寸计算原则
（1）设计落料模时，由于落下的制件进入凹模孔内，因此，凹模刃口基本尺寸接近于制件尺寸；设计冲孔模时，由于剩下的材料为制件，并且箍在凸模上，所以凸模刃口基本尺寸接近于冲裁件孔的尺寸。因此，设计落料模时，应先确定凹模刃口尺寸，根据磨损规律，凹模刃口的基本尺寸取接近或等于制件的最小极限尺寸，然后根据冲裁间隙值确定凸模刃口基本尺寸；设计冲孔模时，应先确定凸模刃口尺寸，根据磨损规律，凸模刃口基本尺寸取接近或等于制件孔的最大极限尺寸，然后再根据冲裁间隙值确定凹模刃口基本尺寸。
（2）冲裁初始间隙值一般取最小合理间隙值。
（3）选择冲裁模刃口制造公差时，既要保证工件的精度要求，又要保证有合理的间隙值。
（4）按“入体原则”将制件尺寸公差和冲模刃口尺寸的制造偏差标注为单向偏差，即对于相当于“孔”的尺寸取下偏差为0，相当于“轴”的尺寸取上偏差为0，对于磨损后无变化的尺寸一般标注为双向偏差。
3. 采用互换加工法计算冲裁模刃口尺寸 根据制件形状的复杂程度，凸、凹模有两种加工方法，一种是互换加工法，也称为公差法，其特点是工作零件具有互换性，制造周期短，但冲裁模最小合理间隙值不易保证，增加了制造成本。互换加工法适用于圆形或简单规则形状的冲裁件；另一种是按配合加工组织生产，也称为配做作法，即首先加工凸、凹模中的一件作为基准件，然后以选定的间隙值配作另一件。配作法主要适用于形状复杂或薄料的冲裁件。
下面重点介绍采用互换加工法计算冲裁模刃口尺寸：
（1）冲孔。由冲裁模刃口尺寸的计算原则可知，计算冲孔模刃口尺寸时，应先确定凸模刃口的基本尺寸，再确定凹模刃口的基本尺寸。冲裁模在使用过程中，由于磨损使凸模尺寸越磨越小，因此凸模刃口的基本尺寸取接近或等于制件孔的最大极限尺寸，以保证凸模磨损在一定范围内仍能冲出合格的制件，凹模刃口的基本尺寸等于凸模刃口的基本尺寸加上最小合理间隙值。设冲裁件的冲孔尺寸为d0+△，其计算公式为：
凸模 dt=（d+X△）-δt0
凹模 da=（dt+Zmin）+δa0=（d+X△+Zmin）+δa0
（2）落料。 由冲裁模刃口尺寸的计算原则可知，计算落料模刃口尺寸时，应先确定凹模刃口的基本尺寸，再确定凸模刃口的基本尺寸。冲裁模在使用过程中，由于磨损使凹模尺寸越磨越大，因此凹模刃口的基本尺寸取接近或等于制件孔的最小极限尺寸，以保证凹模磨损在一定范围内仍能冲出合格的制件，凸模刃口的基本尺寸等于凹模刃口的基本尺寸减去最小合理间隙值。设冲裁件的落料尺寸为D0-△，其计算公式为：
凹模 Da=（D-X△）0+δa
凸模 Dt=（Da-Zmin）0-δt=（D-X△-Zmin）0-δt
式中 D，d—— 落料、冲孔件基本尺寸（mm）
Dt，Da—— 落料凸、凹模刃口尺寸（mm）
dt，da—— 冲孔凸、凹模刃口尺寸（mm）
△ —— 工件公差（mm）
δt，δa—— 凸、凹模制造公差（mm）
X—— 磨损系数，也称为修正系数，在0.5～1.0之间，与制件精度、材料厚度和制件形状有关
Zmin—— 冲裁模最小合理间隙值（mm）
4. 教学方法 由于冲裁模刃口尺寸的计算在理解上有一定的难度，主要应从以下几个方面进行讲解：
（1）复习《极限配合与技术测量》中极限尺寸、公差、配合、轴、孔等基本概念，极限尺寸的求法，尺寸公差带的画法，查表确定工件尺寸的极限偏差等知识。
（2）在对冲裁模刃口尺寸的计算公式推导前明确指出：规定冲孔模刃口尺寸的计算中各尺寸均用小写英文字母表示，落料模刃口尺寸的计算中各尺寸均用大写英文字母表示，而在《极限配合与技术测量》中规定孔的尺寸用大写英文字母表示，轴的尺寸用小写英文字母表示，强调两者之间的差异，以免造成混淆。
（3）结合图形推导出冲裁模刃口尺寸的计算公式，该图形实际上是凸模、凹模和冲裁件三者公差带之间的关系，是在《极限配合与技术测量》中讲述的尺寸公差带图的基础上进一步的扩展，该图的画图方法非常重要，它将关系到对冲裁模刃口尺寸的计算公式的理解程度。在画推导落料模刃口尺寸的计算公式的图形时，其步骤是：首先画出落料件的公差带，其次画出凹模的公差带，最后由Cmin确定凸模的公差带；在画推导冲孔模刃口尺寸的计算公式的图形时，其步骤是：首先画出落料件的公差带，其次画出凸模的公差带，最后由Cmin确定凹模的公差带。根据凸、凹模的磨损规律及冲裁件、凸模、凹模三者公差带之间的关系，就能比较容易地推导出冲裁模刃口尺寸的计算公式。
（4）当凸、凹模按互换法加工时，设计时应分别在凸、凹模图样上标注刃口尺寸及制造公差，为保证冲裁间隙在合理的范围内，应保证满足下式的条件：
δa+δt≤Zmax-Zmin
其推导过程如下（以落料为例）：
Damax-Dtmin≤Zmax ①
Damin-Dtmax≥Zmin ②
①+②×（-1）得：
Damax-Dtmin-（Damin-Dtmax）≤Zmax- Zmin
（Damax- Damin）+（Dtmax- Damin）≤Zmax- Zmin
即 δa+δt≤Zmax-Zmin
如果不满足上述条件，就应提高凸、凹模的制造精度，即减少δa和δt。对于形状复杂的冲裁件，较小的δa和δt就会增加凸、凹模的制造成本，甚至很难达到精度要求。所以，对于形状复杂的冲裁件，应采用配作法加工凸、凹模，而不能采用互换加工法。
综上所述，当采用互换加工法计算冲裁模的刃口尺寸时，一是要清楚互换加工法的适用范围，二是要理解冲裁模刃口尺寸的计算公式的推导过程，三是要通过练习熟练掌握用互换加工法计算冲裁模的刃口尺寸。
参考文献
[1] 汤习成 冷冲压工艺与模具设计 北京：中国劳动社会保障出版 2006
[2] 王芳 冷冲压模具设计指导 北京： 机械工业出版社 1999
[3] 钟毓斌 冷冲压工艺与模具设计 北京： 机械工业出版社 2000