如何选择齿圈形式和参数？

V形环压边圈是精冲模的主要特征，其功能为：在变形区建立不均匀的三向压应力状态；防止材料在冲裁过程中随凸模流动；夹持材料使其和冲裁方向垂直；对材料起校平作用；保护凸模，对凸模起导向、定位以及卸料作用等。它是精冲模的重要零件，对实现精冲起着关键性的作用。

图3-8-11 凹模或镶拼凹模套圈装入模座锥面的预压量和锥角

1.齿圈的结构形式

精冲齿圈常为三角形凸起（V形齿圈），如图3-8-12a所示。但M.Meyer建议使用如图3-8-12b和c所示的台阶形和圆锥形（截面斜角为45＇～2°）压板来压边。它不仅在板料上不留压痕，而且节省材料，同时制造简单，而且也能达到与三角形凸起同样的效果。但是到现在为止，使用V形齿圈的仍占绝大多数。这主要是因为V形齿圈能够有效地阻挡剪切区以外的金属在剪切过程中向凸模流动，从而在剪切区内产生压应力。当压应力增大时，平均应力一般在压应力范围内移动，在达到剪切断裂极限之前，切应力就已达到塑性流动极限。

2.齿圈齿形参数

齿圈的齿形如图3-8-12所示。

图3-8-12 齿圈形式

a）V形圈 b）台阶形 c）圆锥形

（1）齿形角度α和β齿形角α和β分等角和不等角两种。一般α<β，而β=40°～45°。

（2）齿圈高度h齿圈高度h与冲裁零件的材料厚度、力学性能和齿圈位置等因素有关。材料越厚，强度越低，齿圈高度越大；反之越小。要选择适当，太小不能起压料作用，不利于冲裁变形；太大压边力增大，模具弹性变形值增大，影响模具寿命。

齿形高度根据材料力学性能，可由下式计算：

h=Kt

式中 t——料厚（mm）；

K——系数，通常取冲裁零件厚度的15%～30%。

也可以根据经验值选取：材料变形能力较小时，可取h=t/6；材料变形能力较大时，可取h=t/3。

当使用双面齿圈时，凹模上的齿圈高度H大于齿圈压板上的齿圈高度h（即H>h），其值约为1.5h。

单面齿圈，t=4mm时，h=（0.2～0.3）t；双面齿圈，t＞4mm时，h=（0.17～0.2）t。

（3）齿形距离a凹模刃口至齿顶的水平距离称为齿形距离。理论分析证明，存在一个最佳凸起位置，即a/t=1.5。而在实际使用时，为了提高材料利用率，通常不采用此最佳凸起位置，而是借助压料板和顶板作用力来补偿。从而尽可能把凸起位置做得近一些，一般取a/t=0.6～0.8。t≤4mm时，a/t=0.66～0.75；t＞4mm时，a/t=0.6。

（4）齿根半径r

r=（0.3～0.5）h或r≈h

（5）齿圈参数的标准尺寸 为了设计和制造方便，V形齿圈的参数已经标准化。在进行齿圈设计时，应该尽量地选用标准参数。这样做的目的，一方面设计简便，另一方面也能保证精冲零件的冲裁质量。

1）根据Feintool资料，当t=4.5mm时，仅在压板或凹模上使用齿圈时，即单面齿圈，其值可从表3-8-5选取；当t>4.5mm时，可在压板和凹模上同时使用齿圈时，即双面齿圈，其值可从表3-8-6选取。表中齿圈的参数如图3-8-13所示。

表3-8-5 压板或凹模有齿圈时的齿圈（单面）尺寸 （单位：mm）

2）根据Schrnid资料，当冲裁零件厚度t≤4mm时，可使用单面齿圈；t＞4mm时，使用双面齿圈，对于齿轮等要求剪切面垂直度较高的零件，即使料厚在4mm以下，也应采用双V形齿圈。

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图3-8-13 齿圈的参数

压板和凹模均有齿圈时的齿圈结构尺寸如图3-8-14所示，齿圈参数可由表3-8-7中选取，其中，t为料厚，V₀为凸模退回距离，V_u为顶板顶出距离，R_s为凹模圆角R_s=（0.1～0.2）t。

表3-8-6 压板和凹模均有齿圈时的齿圈

表3-8-7 齿圈结构尺寸

V形齿圈的外形结构及固定方法与凹模基本类同，也采用整体式和镶拼式，可参考凹模结构。

V形齿圈的分布原则如下：

① 在零件圆角半径大的部分，V形齿圈应和刃口的形状相一致。

② 在零件圆角半径较小的部分（如有较小的内凹轮廓和凸弯很大的部分），V形齿圈与刃口的形状可以不一致，不紧沿轮廓分布（图3-8-15）。

图3-8-14 齿圈结构尺寸

1—凸模 2—压板 3—凹模 4—顶件板 5—传力杆

图3-8-15　V形环在零件轮廓上的分布 1—零件轮廓 2—V形齿圈

③ 冲小孔时，不会产生剪切区以外材料的流动，一般不需要V形齿圈；冲大孔时（直径在30～40mm以上时），建议在顶杆上加V形齿圈。

④ 如果料厚t＜3mm时，可使用平面压板。但它压边力小，易出现纵向翘曲而引起附加拉应力。

⑤ 如果料厚t≤4.5mm，可在压板或凹模上使用一个单齿圈；如t＞4.5mm，或材料的强度较高（R_m≥800MPa），或对于齿轮和带锐角的零件，通常使用两个V形齿圈，一个做在齿圈压板上，另一个做在凹模上，即采用双齿圈。图3-8-16所示为齿圈的分布示例。

图3-8-16 齿圈分布示例

图3-8-17　V形环防护结构

a）、c）、e）整体结构 b）、d）加防护垫

当零件的零件外形尺寸b≤15h（h为齿圈高度）时，如图3-8-16a所示齿圈不能沿零件的冲裁轮廓线布置，否则齿圈压板在此处很薄弱，容易折断，齿圈取直线分布；而当零件外形尺寸b>15h时，如图3-8-16b所示齿圈沿冲裁零件的冲裁轮廓线布置。对压边圈窄的凸台或带小于120°的凸台及齿形处，如图3-8-16c所示齿圈内侧必须比齿圈底面低0.02～0.04mm，以防断裂。

为了防止模具闭合时压坏V形齿圈，在结构上需采取防护措施，如图3-8-17所示。

防护垫的高度H需大于V形环高度h，小于料厚t。采用双面V形环时，防护垫的高度2H也需大于V形环高度2h，小于料厚t。

防护垫对称安排，置于送料方向的两侧，中间开档需大于条料宽度，如图3-8-18所示。