2.2 沖裁過程分析

2.2.1 沖裁變形過程

在沖裁過程中，沖裁模的凸、凹模組成上下刃口，在壓力機的作用下，凸模逐漸下降，接觸被沖壓材料并對其加壓，使材料發生變形直至產生分離。為了研究沖裁的變形機理，控制沖裁件的質量，就需要分析沖裁時板料分離的實際過程。當模具凸、凹模間隙正常時，板料的變形過程可分為三個階段，如圖2.5所示。

1.彈性變形階段

彈性變形階段如圖2.5（a）所示，當凸模開始接觸板料并下壓時，凸、凹模刃口周圍的材料產生應力集中現象，從而使材料產生彈性壓縮、彎曲、拉伸等復雜變形。隨著凸模的繼續壓入，材料在刃口周圍所產生的應力也逐漸增大，直到材料內應力達到彈性極限。此時，若卸除凸模壓力，材料能夠恢復原狀，不產生永久變形，這就是彈性變形階段。

2.塑性變形階段

塑性變形階段如圖2.5（b）所示，隨著凸模繼續壓入，材料的內應力達到屈服極限，材料在與凸、凹模的接觸處產生塑性剪切變形。凸模切入板料，板料擠入凹模。在板料剪切面的邊緣，由于彎曲、拉伸等作用形成塌角，同時由于塑性剪切變形，在剪切斷面上形成一小段光亮且與板面垂直的直邊。纖維組織產生更大的彎曲和拉伸變形。隨著材料內應力的增大，塑性變形程度也隨之增加，變形區的材料硬化加劇，刃口附近的材料應力將達到強度極限，塑性變形階段結束。

3.斷裂階段

斷裂階段如圖2.5（c）所示，當板料內的應力達到強度極限后，隨著凸模繼續下壓，在與凸、凹模的接觸處，板料產生微小裂紋。在應力作用下，裂紋不斷擴展并向材料內延伸。當凸、凹模之間具有合理間隙時，上下裂紋能夠匯合，板料發生分離。凸模繼續下壓，將已分離的材料從板料中推出，完成沖裁過程。

由上述沖裁變形的分析可知，沖裁過程的變形是很復雜的。沖裁變形區為凸、凹模刃口連線的周圍材料部分，其變形性質是以塑性剪切變形為主，還伴有拉伸、彎曲與橫向擠壓等變形。所以沖裁件及廢料的平面常有翹曲現象。

2.2.2 沖裁件斷面特征

在正常沖裁工作條件下，在凸模刃口產生的剪切裂紋與在凹模刃口產生的剪切裂紋是相互匯合的，這時可得到圖2.6所示的沖件斷面，它具有如下四個特征區：

1.塌角（圓角）區

塌角是由于板料受彎曲、拉伸作用而形成的。沖孔工序中，塌角位于孔斷面的小端；落料工序中，塌角位于上件斷面的大端。板料的塑性越好，凸、凹模之間的間隙越大，形成的塌角也越大。

2.光亮帶

光亮帶緊挨塌角區，是由于凸模切入板料及板料擠入凹模時產生塑性剪切變形而形成的，光亮帶垂直于板料平面。沖孔工序中，光亮帶位于孔斷面的小端；落料工序中，光亮帶位于零件斷面的大端。較高質量的沖裁件斷面，應該是光亮帶較寬，約占整個斷面高度的1/3～1/2。板料塑性越好，凸、凹模之間的間隙越小，光亮帶的寬度越寬。

3.斷裂帶

斷裂帶緊挨著光亮帶，是由于沖裁時產生裂紋及裂紋擴展而形成的。斷裂帶表面粗糙，并帶有4°～6°的斜角。在沖孔工序中，斷裂帶位于孔斷面的大端；在落料工序中，斷裂帶位于零件斷面的小端。凸、凹模之間的間隙越大，斷裂帶越寬且斜角越大。

4.毛刺

毛刺緊挨著斷裂帶的邊緣，是由于斷面的撕裂而產生的。

影響沖裁件斷面質量的因素很多，其中影響最大的是凸、凹模之間的沖裁間隙。在具有合理間隙的沖裁條件下，所得到的沖裁件斷面塌角較小，有正常的光亮帶，其斷裂帶雖然粗糙，但比較平坦，斜度較小，毛刺也不明顯。

由此可見，沖裁件的斷面不很整齊，僅短短的一段光亮帶是柱體。若不計彈性變形的影響，則板料孔的光亮體的光亮柱體部分尺寸，近似等于凸模尺寸；落料的光亮柱體部分，近似等于凹模尺寸。對于板料孔，決定孔類零件配合性質的是它的最大尺寸，也是它的光亮柱體部分尺寸，于是可得出如下重要的關系式：

落料尺寸=凹模尺寸

沖孔尺寸=凸模尺寸

這是計算凹模尺寸和凸模尺寸的主要依據。