精冲概数
1、何谓精冲
精冲—是精密冲裁的简称。
精冲是在普冲的基础上，发展起来的一种精密冲压加工工艺。它虽然与普冲同属于分离工艺，但是包含有特殊工艺参数的加工方法。由它生产的零件也具有不同的质量特征。特别是在精冲与冷成型（如弯曲、拉深、翻边、镦挤、压沉孔、半冲孔和挤压等）加工工艺相结合后，精冲零件已有可能在许多领域（如汽车、摩托车、电子工业等），取代以前由普冲、机加工、锻造、铸造和粉末冶金加工的零件，因而发挥其巨大的技术优势和经济效益。
2、精冲分类
各种不同的精冲方法，按其工艺方式，主要分类如下：
3、精冲工艺原理
3.1 普冲与精冲的区别
我们常说的精冲，不是一般意义上的精冲（如整修、光洁冲裁和高速冲裁等），而是强力压板精冲(见图1)。P R－齿圈力、P S－冲裁力、P G －反压力。
强力压板精冲的基本原理是在专用（三向力）压力机上，借助特殊结构模具，在强力作用下，使材料产生塑性—剪切变形，从而得到优质精冲件。
3.2 精冲工艺特点
表1
3.3 模具工作原理
精冲机是实现精冲工艺的专用设备。如图2所示，精冲时精冲机上有三种力（P S、P R、P G）作用于模具上。冲裁开始前通过齿圈力PR，经剪切线外的导板（6），使V形齿圈（8）压入材料并压紧在凹模上，从而在V形齿圈的内面产生横向侧压力，以阻止材料在剪切区内撕裂和在剪切区外金属的横向流动。同时反压力P G又在剪切线内由顶件器（4）将材料压紧在凸模上，并在压紧状态中，在冲裁力P S作用下进行冲裁。剪切区内的金属处三向压应力状态，从而提高了材料的塑性。此时，材料就沿着凹模刃口形状，呈纯剪切的形式冲裁零件。
冲裁结束后，P R和P G压力释放，模具开启，由退料力P RA和顶件力P GA分别将零件和废料顶出。并用压缩空气将其吹除。
1.凸模;
2.凹模;
3.内形凸模;
4.顶件器;
5.顶杆;
6.导板;
7.压板;
8.齿圈;
9.精冲材料;
10.精冲零件; 11.内形废料;
P S—冲裁力; P R—齿圈力; P G—反压力;P RA—卸料力; P GA—顶件力; S P—冲裁间隙
3.4、精冲工作过程（见图3）
a）模具开启，送入材料；
b）模具闭合，在刃口（冲裁线）内外的材料利用齿圈力和反压力压紧；
c）用冲裁力P S冲裁材料，压紧力P R和P G全过程有效压紧；
d）滑块行程结束，冲件在凹模内，内孔废料冲入落料凸模中；
e）齿圈力P R和反压力P G卸除，模具开启；
f）在施加齿圈力的位置，此时作用为：顶出内孔废料和卸除冲压搭边的卸料力P RA；
g）在施加反压力的位置，此时作用为：从凹模中顶冲件的顶件力P GA。材料开始送进；
h）吹卸或清除精冲件和内孔废料。材料送进完成。
PR—齿圈力P G—反压力P S—冲裁力P RA—卸料力P GA—顶件力
1—压板2—凹模3—冲裁（落料）凸模4—顶件器5—精冲材料6—精冲零件7—冲内孔废料
精冲模设计简介
有关精冲模设计，已经在出版的“简明精冲手册”以及国内外有关的技术文献中都有详细介绍。
这里仅仅是一个设计提纲供大家参考。让我们互相学习，共同交流，为精冲技术的发展而努力。下面仅以固定凸模式模具为例，说明在设计各主要元件，应注意的问题。
1、精冲机吨位选择
精冲件所需总压力：
FT=FS+FG+FR
FS—冲裁力，FG—反顶力FR—齿圈力
但当前随着新产品不断日新月异，生产技术要求精冲件有很多压印或挤压工艺，如何考虑压印或挤压力。
一般，挤压压力与挤压面积、挤压深度和材料变形程度等因素有关。
挤压力经验公式
FP=A×f×Rm×（1+hp/s）
A—压印的投形面积
f—抗拉强度系数
Rm—抗拉强度
hp—压印深度
S—材料厚度
在使用上述公式计算挤压力FP时发现，当材料的变形程度＞20%时，所得挤压力与实际所需相差很大。如图所示，直径26mm，料厚7mm，挤压深度3.5mm材料AiSiC1008时。
其计算值为：
F P≈40T
而实际挤压力F P≈110T
因此，当有挤压工序的工件，在考虑所需挤压力时，根据材料的相对变形程度，（当∑＞20%时），对该公式作必要的修正。
F P=A×F×E×R M×（1+H P S）
E—相对变形程度E的系数。2、精冲模架选择
在工作中固定凸模式模架有双导柱和四导柱两种模架。
2.1 双导柱模架选择
2.1.1 工件几何形状为全对称，或变曲对称。
2.1.2 工件有效工作直径在50~60的范围内。
2.1.3 材料厚度至8MM以下。
2.1.4 各限之间偏裁不大于25%的非对称件。
2.1.5 工件为板小件，工步以2—3步的连续模
2.2 四导柱模架选择
除采用双导柱模架条件以外的情况均采用四导柱模架。
至于凹模板，固定板，齿圈板，垫板等零件都已标准化。凸模也有固定的形式。3、传力杆传力杆至精冲模中的作用是传递各项压力，必要时需进行许可页截计算。
P=F D
P—传力杆许可页荷
D—传力杆直径
—单位面积上的许可截
3.1 下传力杆
3.1.1 下传力分布
下传力捍的分布，应以最大可能达到对称，均衡要求。
3.1.2 下传力杆直径，在顶件的空间允许的情况下直径越来越好，不宜采用，直径3MM的顶杆。如果此处必须设置顶杆，应作技术处理（如异形杆）。
3.1.3 由于FELNTOOL、SCHMID，精冲模架结构的特点，采用该模架，设计挤压工件时，必须设计支承杆（见图2），支承杆的放置，应在挤压位置的中心。以保证挤压厚度尺寸的精度。
3.2 上传力杆
3.2.1 上传力杆分布
上传力杆的分布，同样应以对称，均衡原则进行布置。
3.2.2 上传力杆直径力求相同
3.2.3 上传力杆的位置，尽可以地接近主凸模外廓，其距离为1～2。
3.2.4 上支承杆设计同下传力杆要求一样。4、平衡杆
在连续模冲裁过程中，一般情况下各工步向下移动的行程高度是不同的，各外传力杆下移高度也不同。
由此造成承压圈内的承压块受力不均，承压块产生倾斜。另外第一次冲裁时，使齿圈板受力不均，造成小凸模断裂。故至连续模中平衡杆的设立是不可缺少的。
4.1 平衡杆设计
平衡杆应对称分布一般可采用2根，当工件步距较大或多工位连续模应采用4根平衡杆。它的位置应在条料宽度以外，一般最小距离为2MM，有挤压工步的最小距离为5MM。
4.2 平衡杆高度4H（见图3）
4H=（V U+S-F）
V U—顶件的凹模平面尺寸
S—条料最小厚度
F—系数（见简明精冲手册）
4．2下平衡杆结构
结构形式见图3 5、闭锁销
至连续模冲裁过程中，有较大的模向力，为防止上下偏移，保证凸，凹模间隙，闭锁销的设计，也是不可缺少的。
5.1 闭锁销的设计
一般情况下采用对称均匀分布。放置在条料两侧，但当闭锁销挡体工件或废料排出时，也可将它设计在条料一侧（即操作员侧）
5.2 闭锁销有效长度L2（见图4）
L2=S+10+×+Y
S—条料厚度X Y—闭锁销侧角尺寸6、平衡块（或齿圈保护）
连续模在条料的开头或末尾，为使齿圈板不致倾斜，必须设置平衡块。在有齿圈时，它同时可以防止齿圈与凹模或上，下齿圈在合模时相撞，造成损坏。（见图5）
6.1 平衡块高度Amax
平衡块为一组四件，其形状可作成元柱形或方柱形。设置成对称分布。
Amax=Smin-（0.002-0.005）
Smin—材料最小厚度
6.2 平衡块高度AMAX的控制
由公式可知，Amax一定要比条料最小厚度小。
由于每批条料的厚度变化，平衡块高度（Amax）至试模时往往需要修磨，以达到上述要求。为了拆装方便应将平衡块的紧固螺钉，设计在齿圈板下方，以便试模时，在机床上好装卸。
7、异正销
7.1 异正销设计
异正销直径的大小与冲裁料厚有关，异正销的配合。
D2×5，Dmin=5mm
S—料厚
7.2 异正销的凸模与凹模冲裁间隙
异正销的孔无需精冲，在冲其孔时其间隙值可取普通冲裁，双向间隙选取：
Z=2（0.01S）
7.3 异正销配合孔外倒角
由于异正销孔的冲裁使用普通间隙，这时产生的毛刺很多，至连续冲裁中毛刺被压平，往往卡在异正销上，出现退料困难，的条料会被拉弯。为了毛刺不被挤压，异正销配合孔端应倒角。8、导料销
材料异料销的配合要求（见图7）
这里需要提示：材料异料销与齿圈板配合精度不可忽视，间隙超过0.2mm以来，条料在送料时会产生很大的偏斜，搭边变化很大，造成工件局部断面质量恶化。9、弹簧顶销
弹簧顶销是用来消除工件在顶件上的附作力，以便用压缩空气吹出工件。因其作用在图纸上反映不明显，绘图时往往被遗漏，所以在绘制总图时，就在确定位置上首先注上标记，等待以后细化10、精冲间隙值
一般精冲技术文献都标明精冲间单边隙值S P均为0.5%S
笔者认为这个0.5与间隙值，是在精冲压力机、精冲模制造精度，精冲材料的质量，生产中的润滑条件，操作员技术水平都很理想的状态下提出的。
一般企业很少能达到以上要求进行生产，0.5%S的间隙值在实际使用中，反而容易产生凸模与凹模，局部快速磨损，不利提高模具使用寿命。
现将黑色金属精冲间隙值推荐为下：
S=1.35～1.5 S P=0.7%S
S=1.5～3.8 S P=0.8%～1.3%S
S=3.8～8 S P=0.8%～1.4%S
总之，设计精冲模除以上叙述各元件的注意事项外，还应考虑以下几点：
1）模具零件加工工艺性
2）模具零件检测方法
3）模具装配，试模可行性
4）模具主要元件、凸模、凹模的可靠性
5）模具安装和维修
6）模具运输中安全
精冲零件
1.精冲零件的工艺性
精冲零件的工艺性，主要指保证零件的技术和使用要求，并在一定的批生产条件下，在制造上应最简单、最经济。而影响它的主要因素有：
（1）零件结构的工艺性；
（2）零件尺寸公差和形位公差；
（3）材料性能和厚度；
（4）冲裁面质量；
（5）模具设计、制造质量及寿命；
（6）精冲机的选择等。
精冲零件结构的工艺性，是指构成零件几何形状的结构单元，它包括：最小圆角半径、孔径、壁厚、环宽、槽宽、冲齿模数等的确定尤为重要。
图1所示，可供选择精冲零件结构参数的极限值。它们都小于普冲零件。这是由精冲原理决定的。然而，合理的零件结构参数，有利于提高产品质量，降低生产成本。
2.精冲零件的难度等级
根据零件几何形状及其结构单元，在图1各图中划分为S1、S2和S3三级。
S1—简单的，适于精冲材料抗剪强度K s=700N/mm2
S2—中等的，适于精冲材料抗剪强度K s=530N/mm2
S3—复杂的，适于精冲材料抗剪强度K s=430N/mm2
在S3以下的范围，不适宜精冲，或者要采用特别措施。使用S3的范围时，其条件是冲裁元件要用高速钢制造，且精冲材料抗拉强度δb≤600 N/mm2（抗剪强度K s≤430N/mm2）。
例：图1中开关凸轮，材料为C r15（球化），K s=420N/mm2，确定其难度等级。
·孔径 d＝4.1mm S1
·搭边 b＝3.5mm S3
·齿模数 m＝2.25mm S2
·圆角半径 R a＝0.75mm S1/S2
此零件最大难度是搭边b，故总难度为S3，可以精冲。
3.精冲零件的技术要求
3.1 尺寸公差
精冲零件的尺寸公差，取决于：零件形状、模具制造质量、材料厚度及性能、润滑剂和压力机调整等因素。可由表1中选取。
3.2 平面度公差
精冲零件的平面度是指零件平面的挠度（见图2），其值为：
f＝h－s
由于精冲材料是在压紧状态下进行的，故精冲件具有较好的平面度。而这种平面度随零件尺寸、形状、材料厚度及机械性能等不同而有所差别。
一般来说，厚料比薄料零件平直；低强度材料比高强度材料平直；压边力大比压边力小的平直。在凸模侧的材料表面总是中凹的，凹模侧总是中凸的。但如果零件还需要压印、压痕、切口、弯形等工序或用连续模冲裁，由于在零件上产生局部的变形或冲裁方向不同，致使平面度有较大的波动范围。但无论如何，精冲件总是要比普通冲压件的平面度好的多。图3是在100mm距离上测定的一般直线度。
图1 精冲零件几何单元及难度等级
A—孔径；B—槽宽、搭边；C—齿模数；D—圆角半径。
料厚S(mm)
抗拉强度600N/mm2
内形J 外形A 孔距X
ISO公差等级
0.5～1 6～7 7 7
1～2 7 7 7
2～3 7 7 7
3～4 7 8 7
4～5 7～8 8 8
5～6.3 8 9 8
6.3～8 8～9 9 8
8～10 9～10 10 8
10～12.5 9～10 10 9
12.5～16 10～11 10 9
3.3 垂直度公差
精冲零件的冲裁面与基面成一定的角度公差（倒锥），谓之不垂直度。它与料厚及其性能、冲裁刃口状态、模具刚度、压力机的调整等有关。一般料厚为1mm时，不垂直度为0.0026mm，若料厚为10mm，则毛刺侧比塌角大0.052mm。图4为料厚与不垂直度的关系。
图2 零件平面图
图3 平面度公差
图4 料厚与X值的关系
3.4 冲裁面质量
冲裁面是精冲零件质量高低的主要标志。它与材料种类、性能、金相组织、模具质量和刃口状况、润滑剂及压力机调整等因素有关。冲裁面的结构组成包括：光洁面、撕裂面、塌角面和毛刺面。冲裁面状况的表示方法和意义如图5所示，其质量特征表现为三个方面。
图5 冲裁面的表示方法
图中：S—材料厚度；h—断裂时，最小光洁面部分占材料厚度S的百分比（%）；l—鱼鳞状断裂时，最小光洁面部分占材料厚度S的百分比（%）；b—最大允许的鱼鳞状断裂宽度，b的总和不大于相关轮廓的10%；t—允许的断裂深度为1.5%S；e—毛刺高度（mm）；c—塌
角宽度为30%S（最大）；d—塌角深度为20%S（最大）（齿形件时为30%S）；E—撕裂带的最大宽度。
（1）冲裁面粗糙度
冲裁面的光洁程度，在冲裁方向和沿周边便于不同位置是有差别的。即塌角侧优于毛刺侧。
冲裁面的粗糙度用算术平均值a R表示。其值一般R a＝0.2～3.6，共分为六个等级（见表2），测量方向——垂直于冲裁方向；测量位置——在冲裁面的中部（见图6a）。冲裁面的粗糙度与材料抗拉强度的关系如图6b所示。
表2 冲裁面粗糙度
粗糙度等级 1 2 3 4 5 6 R a（μm）0.2 0.4 0.6(0.8) 2.4 3.4 3.8(3.6) 代号N4N5N6N7N8
图6 冲裁面粗糙度与抗拉强度的关系
（2）冲裁面完好率
精冲零件冲裁面完好率分为五个等级（见表3）。
冲裁面完好率
h l
100%S
100%S
90%S
100%S
90%S
75%S
75%S 50%S -- --
（3）冲裁面撕裂等级
精冲零件冲裁面撕裂等级分为四个级别（见表4）。
表4 冲裁面撕裂等级
E（mm）级别
0.3 0.6
1
2 1 2
3 4
（4）冲裁面质量的表示方法和意义
如图7所示为冲裁面质量特征的表示方法和意义。
示例：
图7 冲裁面长度表示实例
例中，冲裁面粗糙度R a＝2.4μm；完好率h＝90%S；l＝75%S；撕裂级别为2。