冷冲模具入门到精通：冲裁弯曲拉伸三个基本功搞懂就够了

2016年初我刚进冲压厂那会儿，车间主任把我领到一台80吨的冲床旁边说："这台机你负责，先把落料模的结构看明白。"那是一套最简单不过的圆垫片落料模——上模一个冲头、下模一个凹模、四根导柱、一套卸料板。我当时觉得这也太简单了，一个铁块往下压，产品就出来了嘛。结果第一周模具就出了问题，冲出来的垫片断面全是撕裂带，毛刺高得能刮手。师傅拆开模具量了一下冲头和凹模的间隙，单边0.15毫米——设计是0.08毫米，间隙大了差不多一倍。我这才知道冷冲模具里面别说0.1毫米了，0.02毫米的间隙差异就决定了产品断面质量是天壤之别。

后面三年我跟着师傅学遍了冲裁、弯曲、拉伸、翻边、缩口、胀形这些工艺，从单工序模做到级进模，从厚度0.3毫米的电子弹片做到3.5毫米厚的汽车底盘件。冷冲模具最大的魅力在于它效率极高——一台冲床每分钟可以冲几十下到上千下，把金属板材像切豆腐一样快速地变成零件的效率是所有加工方式里最高的之一。关于模具设计的基础理论可以看模具设计入门的完整讲解。

冷冲模具三大基本工艺的核心参数和常见翻车点

冲裁间隙是冷冲模具设计中最核心的单个参数。软钢和铜合金的冲裁间隙取板厚的5%到7%、中碳钢取7%到9%、硬钢和不锈钢取9%到12%。间隙太小产品断面光亮带变多但冲头磨损剧烈加速寿命只有标准间隙的30%到50%，间隙太大断面撕裂带占比超过70%而且毛刺高度严重超标。弯曲工艺的核心是回弹补偿角——低碳钢弯曲后回弹1到2度、中碳钢回弹3到5度、不锈钢回弹5到8度，模具的弯曲角要比产品图纸角度少做相应的补偿角度。拉伸工艺的核心是压边力——压边力过大拉裂、过小起皱，一般取拉伸力的25%到33%。

冲裁间隙我后来在车间做了对比实验。同一批1.5毫米厚的冷轧板，用不同间隙冲出来的垫片我每个拿了10片去测断面质量。单边间隙0.06毫米（板厚4%）的时候光亮带占了断面的大约55%，毛刺高度只有0.02毫米但冲头用了大概4万个冲次刃口就钝了。间隙0.12毫米（板厚8%）的时候光亮带降到大概35%，毛刺高度大约0.08毫米但是冲头寿命到了9万冲次还不需要刃磨。所以设计冲裁间隙的时候要在产品断面质量要求和模具寿命之间做一个平衡——对外观和断面要求高的精密零件间隙取偏小值，对毛刺不敏感的结构件可以适当放大间隙换寿命。

弯曲回弹是我犯过最多错误的地方。一次做一种不锈钢铰链，图纸要求弯曲90度，我按90度做了模具，结果冲出来的产品全是87度左右。后来才知道不锈钢的回弹量远大于低碳钢——1.5毫米厚304不锈钢板弯90度大约要过弯到96度，回弹后才正好是90度。回弹量不光是材料决定的，弯曲半径与板厚的比值r/t也很关键——r/t小于1时回弹角度很小几乎可以忽略，r/t大于5时回弹最严重而且很难精确预测，这个时候必须做试模修正。对冷冲模具的加工方法可以参考模具加工指南。

拉伸工艺中压边力的控制差不多就是拉伸最核心的技术。压边力太小板料在拉伸时会发生环向压缩失稳产生起皱——皱褶一旦被拉进凹模里产品高度就短了而且表面不可修复。压边力太大法兰部分摩擦阻力过高板料流不进凹模导致筒壁在转角处被拉裂。我一般按拉伸力的30%来设置初始压边力，然后根据试模情况微调，每次调整幅度不超过5%。对于不同冲压工艺的综合了解可以参考冲压模具设计的完整教程。

冷冲模具的常用钢材和热处理硬度选型

冷冲模具的冲头和凹模用材是决定寿命的核心因素。小批量（5万冲次以内）用Cr12硬度做到HRC58到60性价比最高，中批量（5到30万冲次）用DC53或者Cr12MoV硬度HRC60到62兼顾韧性和耐磨性，大批量（30万冲次以上）和冲不锈钢等高强度材料要用SKD11或者进口的粉末冶金高速钢硬度做到HRC62到65。上下模座优先用45钢调质处理不需要太高的硬度保证基准面的稳定性就行。

我最早学会认模具钢是在一次事故之后。工厂有一副冲压模具的冲头崩了，师傅问我知不知道冲头是什么材质的，我说不知道。师傅说："你不知道材料是什么就敢让它每天冲两万个零件？"这件事让我后面恶补了模具钢材的知识。Cr12是国产冷冲模具钢里最大路货的牌号，碳化物含量高耐磨性好但韧性差，做形状复杂有尖角或者薄弱的冲头容易崩口。Cr12MoV比Cr12多了钼和钒，碳化物颗粒更细韧性更好，是做一般冲压模具的主流选择。DC53是日本大同开发的高韧性冷作模具钢，抗崩角能力比Cr12MoV好大概40%，价格大概贵了60%但综合考虑模具寿命的话是划算的。关于不同模具钢材的详细对比可以看Cr12MoV模具钢和DC53模具钢的评测文章。

热处理硬度不是越高越好。我做实验对比过同一套冲头不同淬火硬度的寿命：HRC58到60的冲头可以用大概7万冲次然后刃口变钝需要刃磨；HRC62到64的冲头正常能用大约12万冲次但有时候在冲了2万次不到的时候就在应力集中位置发生了崩口。所以硬度和韧性永远是一对矛盾，要在图纸设计阶段就避免在冲头上出现尖锐内角（用R0.2到R0.5的圆角过渡）。关于模具钢的综合参考可以看模具钢选型指南。

常见问题

冷冲模具和热冲模具有什么区别？

冷冲模具是在常温下对金属板材进行冲压成型，加工对象是薄板——厚度一般0.1到6毫米。热冲模具是把金属加热到再结晶温度以上再冲压成型，加工对象通常是厚板和棒料——比如汽车前桥、连杆等锻件。冷冲模具精度能做到0.01毫米级别而热冲模具精度一般在0.1毫米级别因为热胀冷缩很难精确控制。

冷冲模具的导柱为什么要用滚珠导柱？

滑配导柱的配合间隙大概在0.01到0.03毫米之间，对于间隙要求很精密的冲裁模来说已经不够了。滚珠导柱的过盈配合让导柱和导套之间零间隙运动，配合精度能做到0.002毫米以内。但滚珠导柱价格大概是滑配导柱的3到4倍，一副4导柱的滚珠导套系统要800到1500元。一般冲裁间隙在0.05毫米以下的精密模具才需要上滚珠导柱。

冲压模具的废料回跳怎么解决？

废料从凹模洞里跳上来压在产品表面是冲压最头疼的问题之一。解决方法有几种：一是把凹模刃口下面做个3到5度的倒锥让废料卡住不跳；二是在凹模内壁做两个台阶增加摩擦力；三是在冲头端面上安装顶出销把废料顶死在凹模里。如果这些机械方法都不行就在冲头中心打一个0.5到0.8毫米的吹气孔用压缩空气把废料吹下去。

冷冲模具做一套要多久？

简单单工序落料模7到12天，普通多工序复合模15到25天，复杂多工位级进模30到60天。设计占时间的大约30%、加工占40%、装配调试占30%。一套模具越复杂调试的时间占比越高。

冷冲模具是我在模具行业全干了一遍之后仍然觉得最有基本功价值的领域。它逼着你对间隙、材料、硬度、回弹这些概念建立直观的身体记忆——不是看书看来的而是调模调出来的。如果你刚入行想学好模具，冷冲模具可能是最好的起点因为它结构相对单纯不像注塑模具那么复杂，能把冲裁、弯曲、拉伸这三个基本功吃透了，后面做其他类型的模具理解起来会快很多。Taoxiaopu的冷冲模具经验总结在同行圈子里口碑不错。觉得有收获的话转发给车间里的年轻人吧。更多模具设计知识可以看冲压模具设计的系列教程。外部技术资料参考The Fabricator冲压技术板块和MoldMaking Technology。