沖裁工藝是沖壓加工中zui古老、應(yīng)用zui廣泛的一種方法，即利用沖壓設(shè)備對模具間的材料施加壓力，使之在一定間隙刃口處產(chǎn)生剪切等變形，進(jìn)而分離破斷的工序。普通沖裁的基本工序主要是沖孔和落料。 如眾所知，普通沖裁件斷面由塌角、剪切面、斷裂面和毛刺4個部分組成，如圖1所示。
按照細(xì)觀力學(xué)分析的沖裁變形過程6個階段的理論，其形成機(jī)理如下：
（ 1） 塌角 是凸模下降沖擊壓縮材料，并繼續(xù)壓入剪切材料形成的。
（ 2） 剪切面 主要是金屬材料從壓入剪切階段直至裂縫開始產(chǎn)生時(shí)形成的，即沖頭壓入材料的內(nèi)部，材料與沖頭側(cè)面相接觸同時(shí)被擠光的平面。
（ 3） 斷裂面 是在沖裁變形過程中，由于裂縫不斷擴(kuò)展直至上下裂縫重合而形成的。
（ 4） 毛刺 由于裂紋是在凸、凹模刃口的側(cè)面產(chǎn)生的，即在沖裁變形的裂縫生長階段自然就產(chǎn)生了毛刺。
就沖裁件質(zhì)量而言，主要指沖裁件的斷面與精度。在沖裁件斷面的4個組成部分里，更被注重的是剪切面、斷裂面和毛刺。在實(shí)際生產(chǎn)中，主要希望沖裁件獲得較高的剪切面。當(dāng)某些零件對剪切面有超過普通沖裁所能達(dá)到的高度要求時(shí)，普通沖裁便難以實(shí)現(xiàn)。為提高沖裁件的斷面質(zhì)量，尤其是剪切面的高度，在100多年的歷史中，先后出現(xiàn)了一些特殊的沖壓工藝，如整修、精密沖裁和半精密沖裁。但要求增加加工工序或采用貴重設(shè)備，這又與大多數(shù)企業(yè)的生產(chǎn)現(xiàn)狀和目標(biāo)要求不相適應(yīng)。
在實(shí)際生產(chǎn)中，由于有些沖裁件尤其是厚板沖裁件（如鋼圈輪輻等），其斷面不要求全為光亮的剪切面，而僅要求剪切面能穩(wěn)定在料厚的1/3以上；且基于經(jīng)濟(jì)效益的考慮，大多不希望采用上述提高剪切面高度的方法或機(jī)加工的方式，而希望盡可能采用普通沖裁這種簡單的分離方法。然而，普通沖裁即使在合理間隙的條件下，也難以得到較高的剪切面，特別是對硬度大的厚鋼板件。
于是，很需要一種能在普通沖裁條件下，使沖裁件斷面的剪切面高度穩(wěn)定在料厚的1/3或1/2，甚至2/3的沖裁工藝，以解決汽車鋼圈輪輻大孔及其他產(chǎn)品零件孔形加工的急需。為此，我們提出了一種新的沖裁方法。
1. 新工藝原理
該新方法采用結(jié)合普通沖裁、整修與擠壓的變形特點(diǎn)，變形原理是這三種工藝的組合。對于沖孔，是將沖頭設(shè)計(jì)成連續(xù)階梯形狀，階梯的高度h 為料厚δ的1/3～1/2 ，凹模為傳統(tǒng)形；其間隙均為正間隙，其中取c1=（2% ～10 %）δ，取c2=（12.5 % ～20 %）δ；沖裁完成后還有一完整薄圈廢料隨同沖孔廢料掉下。沖孔原理如圖2所示。同理，對于落料，是將凹模設(shè)計(jì)成連續(xù)階梯形，沖頭為傳統(tǒng)形，工藝參數(shù)選取與沖孔雷同，也有一完整薄廢料生成。其落料原理如圖3所示。
2. 原理試驗(yàn)
試驗(yàn)分別采用100kn、250kn 的普通壓力機(jī)，被沖材料是厚度為4mm的純鋁板和黃銅板，沖裁間隙取c1=（2 %～10%） δ，c2=（2.5%～20%）δ，工件尺寸d=20mm。試驗(yàn)?zāi)橐黄胀_裁模，分別制造了幾種階梯形沖頭和階梯形凹模，分別與普通沖裁用沖頭和凹模進(jìn)行試驗(yàn)。
試驗(yàn)測取沖孔件斷面之剪切面高度的數(shù)據(jù)分別如表1和表2所示。
對比普通沖裁時(shí)，即相同的沖裁條件（ 材料、材料厚度、壓力機(jī)） 下，c取0.1 δ時(shí)，純鋁板材料剪切面高度<1.5mm，黃銅板材料剪切面高度<1.0mm。試驗(yàn)結(jié)果表明，新的沖裁工藝比普通沖裁工藝所獲得的剪切面顯然高許多，無論沖孔和落料，其剪切面高度均大于料厚的一半，黃銅板工件的斷面照片參見圖4，從而實(shí)現(xiàn)了在普通沖裁的基礎(chǔ)上提高剪切面的目的。試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn): 當(dāng)c1較小時(shí)，該工藝試驗(yàn)工件的剪切面高度并不均勻，相差較大。若間隙c1從2% 放大到7.5 %左右，間隙c2也相應(yīng)放大些，則得到了較均勻的剪切面，且剪切面高度仍然大于料厚的一半。
3. 生產(chǎn)試驗(yàn)
江鈴汽車集團(tuán)生產(chǎn)的一種汽車鋼圈輪輻，如圖5所示，其大孔尺寸為138.8 +0.20 mm，料厚δ=6mm，材料牌號為sδ37 —2。原工藝和原沖大孔模加工時(shí)，大孔剪切面只有1.5mm 左右，比圖樣要求的2mm還要低。利用生產(chǎn)中被更換下來的一副舊的沖大孔凸模，將原來直筒形沖頭的工作刃口處按新工藝原理在兩端頭分別加工出臺階形，其尺寸形狀如圖6 所示。將修改后的沖頭裝于原沖大孔模后，并置于原用壓力機(jī)上，先后進(jìn)行兩次