冲压工艺及模具设计第二章

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1、,第二章 冲裁工艺 与模具设计,第一节 冲裁工艺分析,第二节 冲裁件质量及影响因素,第三节 冲裁模间隙,第四节 凸、凹模刃口尺寸的计算,第五节 排样,第六节 冲裁工艺力的确定,第七节 冲裁工艺设计,第八节 冲裁模的基本类型与结构,第九节 冲裁主要零件的设计及标准的选用,第十节 冲裁模结构设计,第十一节 精密冲裁工艺与模具设计,前言 一、冲裁变形过程 二、板料受力情况,第一节 冲裁工艺分析,前言,冲裁：,利用模具使板料沿着一定的轮廓形状产生分离的一种冲压工序。,基本工序：落料和冲孔。既可加工零件，也可加工冲压工序件。,间隙正常、刃口锋利情况下，冲裁变形过程可分为三个阶段：,一、冲裁变形过程,1弹

2、性变形阶段 变形区内部材料应力小于屈服应力 。,2塑性变形阶段 变形区内部材料应力大于屈服应力。,凸、凹模间隙存在，变形复杂，并非纯塑性剪切变形，还伴随有弯曲、拉伸，凸、凹模有压缩等变形。,3断裂分离阶段 变形区内部材料应力大于强度极限。,裂纹首先产生在凹模刃口附近的侧面,凸模刃口附近的侧面,上、下裂纹扩展相遇,材料分离,冲裁时的变形区,二、板料受力情况,冲裁时作用于板料上的力 1-凸模 2-板材 3-凹模,凸、凹模间隙存在，产生弯矩。,变形区应力图,第二节冲裁件质量及影响因素,一、冲裁件断面质特征 二、冲裁件的尺寸大小 三、冲裁件质量及其影响因素,一、冲裁件断面质特征,断面特征,二、冲裁件的

3、尺寸大小,小的部分尺寸对于凸模尺寸；大的部分尺寸对于凹模尺寸。,1、冲裁件质量：,三、冲裁件质量及其影响因素,2、影响断面质量因素,当凹模刃口磨钝时，则会在冲孔件的孔口下端产生毛刺；,当凸、凹模刃口同时磨钝时，则冲裁件上、下端都会产生毛刺。,3. 影响尺寸精度的因素,冲裁件的尺寸精度： 指冲裁件的实际尺寸与图纸上基本尺寸之差。,该差值包括两方面的偏差： 一是冲裁件相对于凸模或凹模尺寸的偏差； 二是模具本身的制造偏差。,4冲裁件形状误差及其影响因素,扭曲：,冲裁件呈扭歪现象。它是由于材料的不平、间隙不均匀、凹模后角对材料摩擦不均匀等造成的。,变形：,由于坯料的边缘冲孔或孔距太小等原因，因胀形而产

4、生的。,间隙对剪切裂纹与断面质量的影响 ）间隙过小 ）间隙合理 ）间隙过大,第三节 冲裁模间隙,一、间隙对冲裁的影响 二、合理间隙值的确定,1、间隙对零件质量的影响 提高断面质量的关键在于推迟裂纹的产生，以增大光亮带宽度，其主要途径就是减小间隙。此外间隙又是影响尺寸精度的主要因素。,一、间隙对冲裁的影响,冲孔件,落料件,2、间隙对冲裁力的影响,间隙增大，冲裁力降低； 间隙减小，冲裁力增大。 在间隙合理情况下，冲裁力最小。 间隙对卸料力、推件力或顶件力的影响比较显著。,3、间隙对模具寿命的影响,冲裁过程中，模具的失效形式一般有： 磨损、崩刃、变形、胀裂、断裂等 过小的间隙会引起冲裁力、侧压力、摩

5、擦力、卸料力、推件力增大，甚至会使材料粘连刃口，加剧刃口的磨损； 如果出现二次剪切，产生的碎屑也会使磨损加大。间隙小，落料件或废料往往梗塞在凹模洞口，导致凹模胀裂。 因此过小的间隙对模具寿命极为不利。 间隙过大，毛刺增大，卸料力增大，刃口磨损加大。,适当增大的间隙可以补偿因模具制造精度不够及动态间隙不匀所造成的不足，不至于啃伤刃口，起到延长模具寿命的作用。,综上所述，凸、凹模之间的间隙值对零件质量、冲裁力和模具寿命都有很大的影响，它是冲裁工作与模具设计中的一个主要工艺参数。,二、合理间隙值的确定,合理的间隙 使冲裁件的断面质量较好，所需冲裁力较小，模具寿命较高。 考虑到模具制造偏差和磨损，生产

6、中通常是选择一个适当的范围作为合理间隙。即最小合理间隙Zmin，和最大合理间隙Zmax。 设计与制造新模具时应采用最小合理间隙值。 确定凸、凹模合理间隙有理论确定法和查表确定法。,1、理论确定法,主要根据：保证上、下裂纹重合，以获得良好的冲裁断面。 从图中直角三角形关系可确定间隙Z。即,式中 h0产生裂纹时凸模压入板料的深度（mm）； t 材料厚度（mm）； 裂纹方向与垂线间的夹角（）；,Z=2（t-h0）tg=2t(1-h0/t) tg,2、查表确定,间隙的选取主要与材料的种类、厚度有关。 但由于各种冲压件对其断面质量和尺寸精度的要求不同，以及生产条件的差异，在生产实践中就很难有一种统一的间

7、隙数值，各种资料中所给的间隙值并不相同，有的相差较大，选用时应按使用要求分别选取。,第四节 凸、凹模刃口尺寸计算,一、凸、凹模刃口尺寸计算原则 二、刃口尺寸计算方法 三、例题,一、凸、凹模刃口尺寸计算原则,1、计算冲裁凸、凹模刃口尺寸的依据为： 冲裁变形规律，即落料件尺寸与凹模尺寸相等，冲孔尺寸与凸模尺寸相同。 零件的尺寸精度。 合理的间隙值。 磨损规律。 冲模的加工制造方法。,2、计算刃口尺寸原则。,（1）保证冲出合格的零件,根据冲裁变形规律，冲孔尺寸等于凸模尺寸，落料尺寸等于凹模尺寸。,冲孔时 间隙取在凹模上，落料时 间隙取在凸模上。,（ 2 ）、保证模具有一定的使用寿命,考虑到冲裁时凸凹

8、模的磨损，在设计时： 对基准件刃口尺寸在磨损后增大的，其刃口的公称尺寸应取工件尺寸公差范围内较小的数值。 对基准件刃口尺寸在磨损后减小的，其刃口的公称尺寸应取工件尺寸公差范围内较大的数值。,（ 3 ）考虑冲模制造修理方便、降低成本,为使新模具的间隙值不小于最小合理间隙，一般凹模公差标注成+d，凸模公差标注成-p。 一般模具制造精度比工件精度高34级。若零件没有标注公差，对于非圆形件按国家标准“非配合尺寸的公差数值”IT14精度处理。,二、刃口尺寸计算方法,1、凸模与凹模分开加工 冲孔： 零件孔的尺寸d0+，根据上述原则，首先确定基准件凸模刃口尺寸dp，再加上Zmin便是凹模刃口尺寸。,落料：,

9、零件外径尺寸为D 0-，根据上述原则，先确定基准件凹模刃口尺寸Dd，再减去Zmin便是凸模刃口尺寸。,必须满足下列条件：,为了保证合理间隙， p+d Zmax-Zmin。 若出现p+d Zmax-Zmin且大得不多时， 凸、凹模公差按公式 p0.4(Zmax-Zmin)、 d0.6(Zmax-Zmin) 适当调整，以满足上述条件。 如果出现p+d Zmax-Zmin时，则应采用凸、凹模配作。,磨损系数x,为了使零件的实际尺寸尽量接近零件公差带的中间尺寸。x值在0.51之间，与零件制造精度有关。可查表或按下列关系取： 零件精度为IT10以上时， x =1； 零件精度为IT1113时, x = 0

10、.75； 零件精度为IT14时, x =0.5。,2、凸模与凹模配合加工,对于形状复杂或薄料的冲裁件冲裁，为了保证凸、凹模之间一定的间隙值，一般采用配合加工。 配合加工 是先加工好其中的一件（凸模或凹模）作为基准件，然后以此基准件为标准来加工另一件，使它们之间保持一定的间隙。,冲孔 应以凸模为基准，然后配作凹模。,（1）变小的尺寸（A类） 这类尺寸就是前面所述冲孔基准件凸模尺寸，A1p、A2p应按下式计算： Ap=(A +x)0-p （2）增大的尺寸（B类） 这类尺寸在冲孔凸模上相当于落料基准件凹模尺寸，Bp应按式下式计算： Bp=(B -x)0+p,（3）无变化的尺寸（C类）,这类尺寸可分为

11、以下三种情况 当孔的尺寸为C0+时 Cp=( C+0.5)p /2 当孔的尺寸为C 0-时 Cp=( C-0.5)p /2 当孔的尺寸为C 时 Cp= C p /2,冲孔件,凸模,落料 应以凹模为基准件，然后配作凸模,其刃口也可分为三类： （1）变大的尺寸（A类） 这类尺寸就是落料基准件凹模尺寸，A1d 、A2d应按下式计算： Ad=(A -x)0+d （2）变小的尺寸（B类） 这类尺寸在落料凹模上相当于冲孔基准件凸模尺寸，B1d 、B2d应按下式计算： Bd=(B + x) 0-d,（3）无变化的尺寸（C类）,这类尺寸也可分为以下三种情况： 当制件的尺寸为C0+时 Cd=( C + 0.5)

12、d /2 当制件的尺寸为C 0-时 Cd=( C - 0.5)d /2 当制件的尺寸为C 时 Cd= C d /2 式中 Ad、Bd、Cd凹模刃口尺寸（mm）； d凹模公差（mm）；当标注形式为+d（或-d）时，d=/4，当标注形式为d时，p=/8=/4。,落料件,凹模,注:,用电火花加工凹模时，一般是用专用电极（或直接用凸模做电极）电腐蚀加工出来的，它属于配合加工法。无论冲孔还是落料，均在凸模上标注尺寸及公差，凹模只注明：“与凸模配做，保证最小双向间隙Zmin”。 若采用成形磨削加工冲裁模时，无论冲孔还是落料一般也是先做凸模，凹模按凸模配合加工，保证间隙,冲制图示零件，材料为Q235钢，料厚

13、t=0.5mm。计算冲裁凸、凹模刃口尺寸及公差。,三、例1,解：由图可知，该零件属于无特殊要求的一般冲孔、落料。,外形,和180.09由冲孔同时获得。查表2.3.3得，,由落料获得，,，则,由公差表查得：,三、例1（续）,为IT12级，取x = 0.75；,设凸、凹模分别按IT6和IT7级加工制造，则 冲孔：,校核：,0.008 + 0.012 0.06 - 0.04 0.02 = 0.02（满足间隙公差条件）,为IT14级，取x = 0.5；,孔距尺寸：,三、例1（续）,=L=180.12520.09 = (180.023)mm,校核：0.016 + 0.025 = 0.04 0.02（不能

14、满足间隙公差条件） 因此，只有缩小，提高制造精度，才能保证间隙在合理范围内，由此可取：,落料：,故：,如图2.4.3所示的落料件，其中,三、例2,d = 220.14mm,板料厚度t=1mm，材料为10号钢。试计算冲裁件的凸模、凹模刃口尺寸及制造公差。,由表2.3.3查得：,解：该冲裁件属落料件，选凹模为设计基准件，只需要计算落料凹模刃口尺寸及制造公差，凸模刃口尺寸由凹模实际尺寸按间隙要求配作。,三、例2（续）,落料凹模的基本尺寸计算如下： 第一类尺寸：磨损后增大的尺寸,由公差表查得： 尺寸80mm，选x = 0.5；尺寸15 mm，选x = 1；其余尺寸均选x = 0.75。,三、例2（续）

15、,第三类尺寸：磨损后基本不变的尺寸,第二类尺寸：磨损后减小的尺寸,落料凸模的基本尺寸与凹模相同，分别是79.79mm，39.75mm，34.75mm，22.07mm，14.94mm，不必标注公差，但要在技术条件中注明：凸模实际刃口尺寸与落料凹模配制，保证最小双面合理间隙值,落料凹模、凸模的尺寸如图2.4.4。,落料凸、凹模尺寸 a) 落料凹模尺寸 b) 落料凸模尺寸,第五节 排样,一、排样的意义和材料利用率 二、排样形式的确定 三、搭边和条料宽度的确定,一、排样的意义和材料利用率,1、排样的意义 意义就在于保证用最低的材料消耗和最高的劳动生产率得到合格的零件。,排样: 冲裁件在条料、带料或板料上的布置方法叫排样。,一个进距内的材料利用率为:,2、材料利用率 指零件的实际面积与所用材料面积的百分比。,一张板上总的材料利用率为：,废料的形式,材料面积包括零件实际面积与废料面积。废料分为两类， 1结构废料 是由零件的形状特点产生的废料。一般不能