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1、第二章 冲裁工艺与模具设计,第一节 冲裁技术概述 第二节 冲裁件的排样和搭边 第三节 冲裁力和压力中心计算 第四节 冲裁间隙 第五节 凹、凸模刃口尺寸及公差计算 第六节 冲裁模的结构与设计,第一节 冲裁技术概述,一、冲裁的定义和分类 冲裁是利用冲裁模在压力机的作用下，使板料分离的一种冲压工艺方法。从广义上说，冲裁是冲孔、落料、切断、切口、割切等多种分离工序的总称。但一般讲来，冲裁主要指落料和冲孔工序，见表2-1。 按照切断面的粗糙程度，或冲件的精度，冲裁分为普通冲裁和精密冲裁。,下一页,第一节 冲裁技术概述,二、冲裁的变形特点 冲裁变形过程大致可以分为三个阶段：弹性变形阶段、塑性变形阶段和断裂
2、分离阶段，图2 -1所示的是无压边圈时金属材料的冲裁变形过程。 1.弹性变形阶段 板料在凸模压力的作用下，刃口处的材料首先产生弹性压缩，拉伸等变形，凸模略有挤入材料的内部，板料的下面也略微挤入凹模洞口内，凸模下面的材料略有弯曲。 2.塑性变形阶段 随着凸模的下降，对板料的压力不断增加，材料内部的应力也随之加大。当内应力达到材料的屈服极限时，便开始进入塑性变形阶段，随着凸凹模刃口进一步挤入材料内部。,下一页,上一页,第一节 冲裁技术概述,二、冲裁的变形特点 3.分离阶段 凸模继续下降，使板料产生上下裂纹不断扩大，并向材料内部延伸。当板料上下裂纹相重合时，说明材料纤维被全部撕裂拉断，零件断面开始分
3、离。当凸模再往下降时，将板料的冲落部分推出凹模洞口，同时将初始形成的毛刺进一步拉长。至此，凸模完成整个冲裁过程。,下一页,上一页,第一节 冲裁技术概述,三、冲裁件的质量 1.冲裁件断面质量及其影响因素 冲裁件断面质量主要受到冲裁间隙的影响。 (1)若冲裁间隙合理，则分别由凸模和凹模刃口处出发的裂纹将会重合，冲裁件断面上的塌角也微小，并能获得正常的既光亮又与板平面垂直的光亮带，其断裂带虽然粗糙但比较平坦，斜度也不大，毛刺也不明显。 (2)当间隙过大或过小时，就会使上、下裂纹不能重合。 如间隙过大，如图2-2(a)所示。 如间隙过小，如图2-2(b)所示。,下一页,上一页,第一节 冲裁技术概述,三
4、、冲裁件的质量 2.冲裁件的尺寸精度及其影响因素 由毛刺生成机制可知，冲裁件产生微小的毛刺是不可避免的。若产品不允许有微小毛刺，则在冲裁后应增加一道去除毛刺的辅助工序。正常冲裁中允许的毛刺高度见表2 -2。 如前所述，凸模和凹模刃口磨钝是冲裁件产生毛刺的根本原因，如图2 -3所示。,下一页,上一页,第一节 冲裁技术概述,三、冲裁件的质量 3.冲裁件的毛刺及其影响因素 (1)模具的制造精度 表2 -3所示为当冲模具有合理间隙与锋利刃口时，其制造精度与冲裁件精度的关系。 (2)材料性质 材料的性质对该材料在冲裁过程中的弹性变形量有很大的影响。 (3)冲裁间隙 冲裁间隙对于冲裁件精度也有很大的影响。
5、 (4)冲裁件的形状 冲裁件的形状越简单其精度越高。,上一页,返 回,第二节 冲裁件的排样和搭边,一、常见排样方式 根据材料的合理利用情况，条料排样方法可分为三种，如图2- 4所示。 1.有废料排样 如图2-4 (a)所示。沿冲件全部外形冲裁，冲件与冲件之间、冲件与条料之间都存在有搭边废料。 2.少废料排样 如图2-4 (b)所示。沿冲件部分外形切断或冲裁，只在冲件与冲件之间或冲件与条料侧边之间留有搭边。 3.无废料排样 如图2-4 (c)所示。冲件与冲件之间或冲件与条料侧边之间均无搭边，沿直线或曲线切断条料而获得冲件。,下一页,第二节 冲裁件的排样和搭边,一、常见排样方式 另外，如图2-4
6、(d)所示，当送进步距为两倍零件宽度时，一次切断便能获得两个冲件，有利于提高劳动生产率。 对有废料排样，少、无废料排样还可以进一步按冲裁件在条料上的布置方法加以分类，其主要形式列于表2- 4。,下一页,上一页,第二节 冲裁件的排样和搭边,二、搭边 排样时冲裁件之间以及冲裁件与条料侧边之间留下的工艺废料叫搭边。搭边的作用一是补偿定位误差和剪板误差，确保冲出合格零件;二是增加条料刚度，方便条料送进，提高劳动生产率;同时，搭边还可以避免冲裁时条料边缘的毛刺被拉人模具间隙，从而提高模具寿命。 搭边值对冲裁过程及冲裁件质量有很大的影响，因此一定要合理确定搭边数值。,下一页,上一页,第二节 冲裁件的排样和
7、搭边,三、条料宽度与导料板间距离的计算 (1)有侧压装置时条料的宽度与导料板间距离，如图2-5所示 (2)无侧压装置时条料的宽度与导料板间距离，如图2-6所示 (3)用侧刃定距时条料的宽度与导料板间距离，如图2-7所示,上一页,返 回,第三节 冲裁力和压力中心计算,一、冲裁力的计算 计算冲裁力的目的是为了选用合适的压力机、设计模具和检验模具的强度。压力机的吨位必须大于所计算的冲裁力，以适应冲裁的需求。 为了使冲裁工作继续进行，必须将箍在凸模上的材料刮下，将梗塞在凹模内的制件或废料向下推出或向上顶出。从凸模上刮下材料所需的力，称为卸料力；从凹模内向下推出制件或废料所需的力，称为推料力；从凹模内向
8、上顶出制件需的力，称为顶件力(图2-8) 。,下一页,第三节 冲裁力和压力中心计算,二、压力机公称压力的确定 冲裁时，压力机的公称压力必须大于或等于冲裁各工艺力的总和。 采用弹压卸料装置和下出件的模具时： 采用弹压卸料装置和上出件的模具时： 采用刚性卸料装置和下出件模具时：,下一页,上一页,第三节 冲裁力和压力中心计算,三、降低冲裁力的措施 1.加热冲裁 把材料加热后冲裁，可以大大降低其抗剪强度。将材料加热到700900 ，冲裁力只及常温的1/3甚至更小。 2.斜刃冲裁 将凸模和凹模二者的刃口一个做成斜刃口，一个仍保持平刃口，则冲裁件沿轮廓线不是同时切离，而是逐步切人，所以冲裁力可以减小，如图
9、2 -9所示。 斜刃口冲裁时，冲裁力可按下式计算:,下一页,上一页,第三节 冲裁力和压力中心计算,三、降低冲裁力的措施 3.阶梯冲裁 在多凸模的冲模中，将凸模做成不同高度，采用阶梯布置，可使各凸模冲裁力的最大值不同时出现，从而降低了冲裁力，如图2 -10所示。 在多凸模的冲模中，将凸模做成不同高度，采用阶梯布置，可使各凸模冲裁力的最大值不同时出现，从而降低了冲裁力，如图2 -10所示。,下一页,上一页,第三节 冲裁力和压力中心计算,四、冲模压力中心的确定 简单几何图形压力中心的位置计算方法如下: (1)对称冲件的压力中心，位于冲件轮廓图形的几何中心上。 (2)冲裁直线段时，其压力中心位于直线段
10、的中心。 (3)冲裁圆弧线段时，其压力中心的位置，如图2 -11，按下式计算:,上一页,返 回,第四节 冲裁间隙,一、冲裁间隙的定义及其对冲裁断面质量的影响 冲裁模的凸模横断面，一般都小于凹模孔，凸模和凹模间有适当的空隙，称为间隙。见图2-12。 从冲裁变形过程分析可知，当冲裁间隙合理时能够使板料在凸凹模刃口处产生的上下微裂纹相互重合于一线。这样所得的冲裁断面光亮带较大，而塌角和毛刺较小，断面锥度适中零件表面也比较平整。冲裁件的质量可达到满意效果见图2-13。,下一页,第四节 冲裁间隙,二、间隙对其他方面的影响 1.冲裁间隙对冲裁尺寸精度的影响 由于冲裁时材料内部有弹性变形存在。当冲裁结束后材
11、料弹性变形即行恢复，这种弹性变形的恢复，这就使得冲裁件的实际尺寸与凸凹模刃口尺寸间产生一定的偏差，见图2-14。 2.冲裁间隙对冲裁力的影响 间隙越小材料变形区中的压应力成分越大，材料的变形抗力就增加，冲裁时需要的冲裁力就越大。反之，间隙越大，材料变形区的拉应力成分也越大，使材料变形抗力降低，冲裁时需要的冲裁力就小。,下一页,上一页,第四节 冲裁间隙,二、间隙对其他方面的影响 3.冲裁间隙对卸料力和推件力的影响 间隙越小，变形区中的材料弹性恢复量就增大。使冲孔尺寸变小，落料尺寸变大。 4.冲裁间隙对模具寿命的影响。 实践证明，冲裁间隙是影响模具寿命诸多因素中最主要的一个因素。冲裁过程中，凸模与
12、被冲孔之间，凹模与落料件均有剧烈摩擦，而且间隙越小摩擦越严重。,下一页,上一页,第四节 冲裁间隙,三、间隙值的确定 所谓合理的间隙，就是采用这一间隙进行冲裁时，能够得到令人满意的工件断面质量，较高的尺寸精度和使冲裁力(卸料力和推件力)最小。并使模具有较长的使用寿命。 单边冲裁间隙Z取值与冲裁的料片材质及厚度有关。 (1)冲裁的料片为GI料时，当料片厚度T1.0(含)mm时，Z=7% T；0. 50.5, Z=5%T； 只要冲裁的料片材质是一般的铁料(包括(I料)时，冲3mm以下小孔，单边冲裁间隙Z=10% T。,上一页,返 回,第五节 凹、凸模刃口尺寸及公差计算,一、凸、凹模分开加工时其尺寸与
13、公差的计算 为了保证凸凹模间初始间隙合理，不仅凸、凹模要分别标注公差，而且要求有较高的制造精度。以满足如下条件: 对于圆形或简规则形状的冲裁件，其落料，冲孔模允许偏差位置和凸、凹模刃口尺寸计算如下: 落料：设制件外形尺寸为D- 则,下一页,第五节 凹、凸模刃口尺寸及公差计算,二、凸、凹模配合加工时其尺寸的计算 采用配合加工法，其凸凹模尺寸公差也按落料和冲孔分别计算，落料一般应以凹模为准，然后配做凸模，落料凹模磨损后，因其刃口复杂程度的不同，刃口尺寸的变化不一定都是增大，因此，必须按凹模磨损后的增大、减小或不变三种情况计算。 各类尺寸的计算公式见表2-11。,上一页,返 回,第六节 冲裁模的结构
14、与设计,一、冲裁模的基本构造 1.工作零件 工作零件的作用是使被加工材料变形、分离，从而加工成工件，如凸模、凹模、凸凹模等。 2.定位零件 定位零件的作用是控制条料的送进方向和送料进距。确保条料在冲模中的正确位置，定位零件有挡料销、导正销、导尺、定位销、定位板、侧压板和侧刃等。 3.压料、卸料与顶料零件 压料、卸料与顶料零件包括冲裁模的卸料板、顶件器、废料切刀等。该类零件的作用是保证冲裁完毕后，将工件或废料从模具中排出，以便顺利实施下次冲裁。,下一页,第六节 冲裁模的结构与设计,一、冲裁模的基本构造 4.导向零件 导向零件的作用是保证上模对下模相对运动有精确的导向，使凸模与凹模之间保持均匀的间
15、隙，如导柱、导套、导板、导筒等均属于这类零件。 5.固定零件 固定零件包括上模板、下模板、模柄、凸模和凹模的固定板、垫板、限位器、弹性元件、螺钉、销钉等。这类零件的作用是使前四类零件连接和固定在一起，构成上、下模两部分，并使冲模能方便地安装在压力机上。,下一页,上一页,第六节 冲裁模的结构与设计,二、冲裁模常见结构 1.单工序冲裁模 (1)无导向装置的简单模 单工序冲裁模在一副模具中只完成一个冲裁工序，如落料模、冲孔模等。如图2-15所示。 (2)模架导向冲裁模 模架导向冲裁模如图2-16所示。 (3)导板式冲裁模 图2-17所示的导板式冲裁模通过凸模在导板上的导向孔中进行导向，凸模工作端与导
16、板导向孔的配合通常为H7/h6。 (4)敞开式冲裁模 如图2-18所示,下一页,上一页,第六节 冲裁模的结构与设计,二、冲裁模常见结构 2.复合冲裁模 按照落料凹模安装的位置，复合冲裁模有倒装与正装两种形式。 图2 -19所示的倒装复合冲裁模的落料凹模11是装在上模，其凸凹模14安装在模具下模座上。 图2-20所示为正装复合冲裁模，其落料凹模2安装在下模，即凸凹模7安装在上模。,下一页,上一页,第六节 冲裁模的结构与设计,二、冲裁模常见结构 3.级进冲裁模 级进冲裁是指在压力机的一次行程中，在一副模具的不同工位同时完成多种工序的冲裁。级进冲裁所采用的模具称为级进冲裁模，又称为连续模、跳步模。 图2 -21所示为落料、冲孔级进冲裁模，弹簧片11作用于两侧压板12把条料压向一边，挡料杆1挡料，实现准确送料。在第一工位冲孔，第二工位落料时，用第一、第二始用挡料销9挡料，以后由装在冲搭边的凸模3下面的挡料杆1挡料。,下一页,上一页,第六节 冲裁模的结构与设计,三、冲裁模工作零件设计 1.凸模设计 (1)凸模的结构形式 凸模按其工作断面的形式可分为圆形凸模和非圆形凸模，它主要是根
