铜排与铝排的冲裁间隙

冲裁间隙指冲头刃口与凹模刃口之间的距离。这是一个单一数值，极易出错，且在母线加工中，其出错概率高于任何其他模具参数。大多数公开指南是针对1-3 mm厚度的板材冲压编写的；而母线加工涉及6-20 mm厚、柔软、延展性好且会加工硬化的铜材。百分比关系可以照搬，但后果却截然不同。

存在两种标准，其数值相差一倍。总间隙是凹模开口尺寸与冲头尺寸之差。单边间隙是总间隙的一半，即圆周上任一点的径向间隙。一个供应商图表上标注“铜，20%”，而车间使用10%，可能描述的是完全相同的模具。在将某个数值与其他标准比较之前，必须先明确该数值所采用的标准。

切割边缘所反映的信息

母线上的冲孔有四个区域，孔壁上可见，冲孔废料上也有对应反映。解读这些区域是最快的诊断方法，且无需任何成本。

塌角出现在冲头进入面，材料在被切断前发生塑性变形并被拉入孔中，形成圆润的唇边。塌角深度随间隙增大、冲头变钝和材料变软而增加，因此其本身并非缺陷。在退火铜材上，塌角总是可见的。

光亮带位于塌角下方，是孔壁被冲头侧壁摩擦过的区域。它平滑且笔直，在尺寸上就是孔的实际尺寸。Dayton Lamina的模具指南描述的理想间隙状态是：废料上约有占材料厚度三分之一的光亮带，且断裂面均匀并与之对齐。此标准同样适用于母线加工的验收。

断裂面是剩余的暗淡、粗糙部分。它呈一定角度，因为裂纹从冲头刃口扩展到凹模刃口，而间隙决定了该角度。一个平直、均匀且与光亮带连续的断裂面，意味着两条裂纹在同一平面相遇。这正是全部目标。

毛刺出现在冲头出料面：是最后一层连接材料被拉长撕裂而非剪断的结果。毛刺高度随间隙增大、刃口磨损和材料变软而增加。

两种失效特征比其他更为重要。二次剪切带，即孔壁中途出现第二个光亮环，且两者之间有台阶，表明来自冲头的裂纹与来自凹模的裂纹不在同一平面相遇，其间的材料被迫进行了两次剪切。这是间隙过小的结果。大塌角、薄而不齐的毛刺以及非常短的光亮带，则是间隙过大的结果。

每套新模具都应保留一个冲孔废料，并标注材料、厚度和间隙。将可疑废料与已知合格废料对比，只需十五秒即可解决大多数关于是否需要重新刃磨模具或间隙设置错误的争议。

间隙占厚度的百分比（单边）

计算公式为：

c = k × t          (clearance per side, mm)
die opening = punch size + 2c

其中 t 为材料厚度，k 为单边间隙比。对于铜母线，k 值通常在每侧 5-12% 的范围内。低于 5% 会出现二次剪切和热损伤。对于厚排，高于约 12% 时，圆角和毛刺控制问题开始凸显。每侧约 10% 是常用的工作值，也是大多数刀具供应商针对半硬态铜排所采用的数值。

下表列出了针对开关柜中常见铜排厚度计算的间隙范围：

因此，6 mm 铜排每侧间隙大约在 0.3-0.7 mm，10 mm 铜排每侧间隙大约在 0.8-1.2 mm（取范围的上半部分）。这些凹模开口尺寸相对于冲头来说显得异常大，尤其是如果习惯于薄料加工的话。但这是正确的。例如，对于 10 mm 铜排上使用 φ13mm 冲头、每侧 10% 的间隙，凹模开口为 15 mm，而冲出的孔径将接近 13 mm，因为光亮带决定了孔径尺寸，而非凹模。

公开的表格数据存在差异，这是有原因的。Conic 的刀具指南给出的铜排间隙比为 0.20-0.25（作为总间隙比，适用于伺服和液压压力机），即每侧 10-12.5%，并注明厚度超过 3.2 mm 时需乘以 1.4。若严格照此计算，厚铜排的间隙将达到每侧 14-17%。UniPunch 列出的铜排间隙比为：半硬态为厚度的 20%，硬态为 25%，同样是总间隙比。Dayton 针对薄料冲压的精密间隙计算则更高。这种差异是真实存在的，并非随意设定：最佳间隙取决于优先考虑刀具寿命、最小毛刺还是尺寸重复精度，而这三者在相同间隙下无法同时达到最优。

间隙过小

冲头的裂纹和凹模的裂纹分别从各自的刃口开始，向对方扩展。当间隙正确时，两条裂纹位于同一平面并汇合。当间隙不足时，裂纹会交错，两者之间的金属连接部分必须通过第二次撕裂事件被切断。这会导致二次剪切带，孔壁粗糙且不一致，孔径相对于冲头尺寸偏小。

间隙过小对刀具的危害大于对工件的危害。铜在冲裁回弹后会紧紧包住冲头侧面，因此在间隙过小时，孔会卡住冲头，每次冲裁行程结束时都形成过盈配合，必须在回程时强行脱出。脱料力增大，冲头侧面磨损加剧，尖端摩擦热积聚。Dayton 的现场案例显示，正是由于这种机制，冲头尖端后方出现变色，其热处理受损，寿命远未达到刃口本身磨损就已终结。严重时，尖端会因疲劳而断裂脱落。

许多磨损发生在回程（脱料）阶段，而非冲裁行程。Dayton 指出，回程磨损可占冲头总磨损量的三分之二，这完全取决于孔对冲头侧面的夹紧程度。这是反对在铜排加工中使用间隙范围下限的最强论据。铜材质柔软，压力机本身不会发出警告，但刀具成本账单会反映出来。

间隙过小还会导致峰值吨位上升，因为更多的厚度是通过剪切而非断裂分离。对于吨位余量不足的机器，这很可能导致在加工最厚的工件时发生滑块卡死。

间隙过大

材料在剪切前先弯入凹模。圆角增大，光亮带缩短，断裂区占据孔壁大部分，毛刺高度增加。孔会超差，且边缘不再垂直，这对于作为螺栓连接面的孔位来说至关重要。

操作中的故障是料芯拉回。随着间隙增大，料芯在模具中的配合变松，在冲头回程时随冲头一同上升而非掉落。它落在材料上，并在下一个孔中被压入，或卡在卸料板中。在铜排上，其机制是油膜吸附以及弯曲的料芯与冲头面之间形成的真空。磁吸附——在钢件加工中通常的第三大诱因——在此不适用。

对策属于机械措施：在冲头面内置弹簧顶料销并带有侧通气孔；采用剪切角使料芯弯曲，利用其自身回弹释放；或采用带有短刃带、后接较窄让位槽的模具以夹持料芯使其无法上移。将冲头进入模具的深度限制在行程底部约0.5-0.8毫米有所帮助，因为较深的进入会在回程时产生更大真空。完整列表及其各自价值请参阅模具寿命与单孔成本。

厚料排上的小孔

母线排存在薄板冲压所没有的几何问题。M12过孔直径为13或13.5毫米。在10毫米厚的排料上，孔径与厚度之比约为1.3；在12毫米排料上，该比值约为1.1。这是一个短而深的孔，其行为与3毫米板材上25毫米的孔完全不同。

当直径与厚度之比低于约1.5时，料芯变得难以弯曲和分离。冲头载荷增加，光亮带变长，毛刺增大，且孔径偏小。Dayton的指导方针是：一旦孔径降至厚度的1.5倍，需在名义间隙基础上每侧增加1%；当孔径等于厚度时，每侧额外增加约4%。对于12毫米铜排上13毫米的孔，此项修正必不可少，这也解释了为何在6毫米排料上表现完美的模具组，在相同名义百分比下用于12毫米时会出问题。

PASS Stanztechnik的模具寿命数据从另一角度证实了这一点：其降额系数为，对于小于板厚1.5倍的剪切特征，系数为0.6-0.8；对于小于1.0倍板厚的特征，系数为0.3-0.5。厚排上的小孔，其模具寿命仅为正常情况下的一半到三分之二。

冲孔力及尖端几何形状的影响

所需力等于被剪切面积乘以材料的剪切强度，即 F = 周长 × t × τ，对于圆孔则为 F = π × d × t × τ。计算示例和剪切强度参考数据详见配套文章母线冲孔吨位选型，具体计算可直接在母线冲压力计算器中进行。

间隙与此相互作用，尖端几何形状亦然。平头冲头同时剪切整个周边，因此全部力以尖峰形式出现，且冲裁卸料时的力释放剧烈。在冲头面上磨出剪切角可错开剪切过程，从而降低峰值吨位，但在厚排上，其降低幅度不如营销宣传所言。H. Weiss的剪切系数图表显示，在1/4英寸（6.35毫米）料厚上，1/16英寸（1.6毫米）剪切深度的系数为0.90，3/32英寸（2.4毫米）为0.85，3/16英寸（4.8毫米）为0.65。在厚铜排上采用浅剪切仅能节省约10%。要实现35%的节省，剪切深度需接近排料厚度的四分之三，但这会形成长而脆弱的尖端。

平头提供最高峰值力、最方的孔和最平的料芯。单剪——磨出与冲头轴线成一定角度的平面——提供最大的力减小，但会使冲头承受侧向力，在短粗的母线冲孔冲头上，该侧向力作用于导套和卸料板。**人字形（屋顶形）**对称于中心线，可平衡侧向力，通常用于除最小孔外的所有情况。冲孔时，将剪切角做在冲头上而非模具上：无论哪个部件带有角度，都会使其一侧的剪切变形，而在冲孔中，料芯是废料，排料才是产品。

铝非铜，6101亦非1350

铝材改变两点。剪切强度大幅下降，且在母线排所用牌号中，其下降并不均匀。

软态1xxx系导体牌号的剪切强度接近60-80 N/mm²；UniPunch列出1100-O为62 N/mm²，1100-H14为76 N/mm²，这与1350-H111铜排的数值量级一致。合金化及热处理铜排则属于不同材料。6101-T6的公开剪切强度约为22 ksi，约150 N/mm²，6061-T6则标注为207 N/mm²。若按“铝材，80 N/mm²”选配压力机或工具组，而实际使用6101-T6铜排，则所需实际剪切力将接近翻倍。在进行吨位计算前，必须明确合金牌号及状态。

铝排的剪切间隙略小于同厚度铜排，通常每侧约为8-10%，因其较低的剪切强度使裂纹易于扩展。铝材的主要问题在于粘附性。铝会粘附于工具钢上，在冲头侧面堆积，进而划伤后续加工的上百个孔。涂层有所帮助，PASS Stanztechnik指出，采用合适涂层（即铝材专用牌号而非通用TiN涂层）可获得2.0-4.0的工具寿命系数。润滑效果更显著。PASS提供的不使用板材润滑液的降额系数为0.4-0.6，因此干冲铝排并不经济。

铜排状态同样重要。根据EN 13601标准，Cu-ETP铜排供货状态包括：R220软态退火（抗拉强度220-260 N/mm²），R240半硬态（240-300 N/mm²），以及R290硬态（290-360 N/mm²）。各状态强度差异显著，针对一种状态调整的工具组在另一种状态下并非最优。

图纸上毛刺的标注

大多数母线图纸未注明毛刺要求，导致检验时依据未明示的标准拒收零件。正确的标注机制是ISO 13715《技术产品文件——非定义形状棱边——标注与尺寸》，第三版2017年。

该标准采用图形符号标注在棱边上，符号内包含正负号及数值。其含义如下：

• + 表示允许的凸出材料，标准称之为过端。毛刺被明确定义为外部过端的特例。标注单个正值意味着另一极限为零，即不允许欠切。
• − 表示要求的材料去除，即欠切。标注单个负值意味着不允许过端，即完全不允许毛刺，棱边必须倒角。
• ± 表示两种情况均允许，且必须与尺寸数值配合使用。

尺寸为允许的最大偏差值，标注在正负号之后。可同时给出上限和下限，并垂直堆叠。ISO 13715还规定了过端或欠切的方向标注，这对母线尤为重要，因为螺栓连接接合面的毛刺与自由面的毛刺是两类不同问题。

ISO 13715未规定具体数值。数值取决于棱边的功能：

• **螺栓连接接合面：**毛刺位于两个配合导体之间，将其撑开，减小接触面积并增加接头电阻。由于IEC 61439规定外部导体连接端子的温升限值为70 K，接头电阻属于合规性问题而非外观问题。需明确标注毛刺侧并严格控制。
• **螺栓穿过的孔壁：**此处毛刺会妨碍装配并可能划伤螺栓。适度控制即可。
• **靠近绝缘屏障或气隙的棱边：**涉及IEC 60664-1规定的电气间隙与爬电距离问题，因为尖锐凸起的毛刺会局部升高场强。有时声称标准要求倒角，实则不然。棱边处理是满足介电性能要求的手段，而非独立要求。

对于符合DIN 43673-1标准（该标准规定了矩形母线孔位、尺寸及螺栓连接基础数据）的孔位排列，毛刺要求应与孔位图绘制在同一张图纸上。

若公差严格到仅靠冲孔无法满足，则需要后续工序，而非无限度收紧间隙。使用如BND800-2这类可处理厚度0.5至50 mm、宽度100至800 mm铜排的设备进行刷式或带式去毛刺，可消除此问题。为追求0.05 mm毛刺而收紧间隙，会同时损耗冲头寿命和孔质量。

在机床上设置与检验

间隙属于模具组，不属于冲床本身。因此，在数控母线冲剪机上，间隙在订购冲头与凹模时即已固定，并在安装时进行验证。应分别测量冲头与凹模，并计算间隙值，而非仅凭标签；侧面研磨而非端面研磨的冲头，其实际尺寸已与标称不符。随后检查同轴度，因为单侧间隙值必须在整个圆周上保持一致。在0.8 mm标称间隙下，冲头中心偏移0.1 mm将导致一侧间隙为0.7 mm，另一侧为0.9 mm，产生的毛刺将明显不对称。在采用多工位转塔的加工中心上，定位精度为±0.05 mm，工位对准与转塔清洁度均是间隙链的组成部分。

关于这种局部塑性流动对母线直线度的影响，详见加工后的平面度、直线度与扭曲；冲孔工艺概述则介绍了孔位在后续路径中的确定方式。