冲裁工艺与冲裁模.

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1、第3章 冲裁工艺与冲裁模 v几个概念 v3.1冲裁变形过程分析 v3.2 冲裁模间隙 v3.3 冲裁工艺中的力学计算 v3.4 冲裁件的工艺性分析 v3.5 冲裁模典型机构简介 v3.6 冲裁模零部件结构设计 v3.7 冲裁工艺设计与模具设计要点 冲裁：冲裁：使板料分离的工序，是分离工序的总称 。 （常见的冲裁工序：落料、冲孔、切边、切口 等） 落料：落料：板料沿封闭轮廓线分离，如果轮廓线以 内的材料作为冲裁件的工序叫落料，完成落 料工序的模具叫落料模 冲孔：冲孔：如果轮廓线以外的材料作为冲裁件的工 序叫冲孔，完成冲孔工序的模具叫冲孔模。 问题 ：冲孔和落料有何异同？ 落料 冲孔 相同： 1、

2、模具结构； 2、坯料变形过程 。 不同： 1、冲孔获得带孔的制件，冲裁的都是废料；落料冲落的部 分是成品，余下的部分是余料或废料。 2、对冲孔模具，D凸=D孔，对于落料模具D凹=D落料。 冲裁过程： 冲裁件的平面是 否平整，断面是否垂 直光滑。 冲裁时板料变形过程： 1、弹性变形阶段 2、塑性变形阶段 3、断裂分离阶段 3.1冲裁变形过程分析 3.2 冲裁模间隙 C单面间隙 Z双面间隙 冲裁过程的变形时很复杂的，除 了剪切变形外还存在拉伸、弯曲与横 向挤压等变形。故冲裁件不平整，断 面不光滑、不垂直。 冲裁区 塌角 光亮带 断裂带 毛刺 1、间隙对冲裁件表面质量的影响 塌角区：塌角区是板料在弹

3、性变形时，刃口附近的板料被牵连，产生弯曲和拉伸变形 而形成的。它在弹性变形时产生，塑性变形时定位。软材料比硬材料的圆角带大。 光亮带：光亮带是板料在塑性剪切时，凸、凹模刃口侧压力将毛料压平而形成的光亮 垂直的断面，通常光亮带在整个断面上所占的比例小于三分之一，是断面质量最好的 区域。间隙过大时，裂纹在离开刃口稍远的侧面上产生，致使之间光亮带减小。 断裂带：断裂带是入口处的微裂纹在拉应力作用下不断扩展而形成的撕裂面，在断裂 阶段产生的撕裂带，是断面质量较差的区域，表面粗糙，且有斜度。塑性越差，冲裁 间隙越大，撕裂带越宽且斜度越大。 毛刺：毛刺是因为微裂纹产生的位置不是正对刃口，而是在刃口附近的侧

4、面上，加之 凸、凹模之间的间隙及刃口不锋利等因素，使金属拉断成毛刺而残留在冲裁件上。普 通冲裁件的断面毛刺难以避免。凸模刃口磨钝后，在冲孔件边缘会产生较大毛刺；间 隙不均匀，会使冲裁件产生局部毛刺。 间隙过小时:有二次剪切，中间有撕裂带，断面有挤长的毛 刺，冲裁力大，但断面垂直； 间隙过大时:光亮带小，圆角带大，撕裂带大，断面倾斜，粗 大毛刺； 间隙合理时:断面比较平直，光洁，冲裁力小。 v随着间隙的增大，材料所受的拉应力增大， 容易断裂分离，因此，冲裁力减小。但如果 继续增大间隙，因裂纹不重合，冲裁力下降 缓慢。 2、间隙对冲裁力的影响 冲裁时，工件或废料从凸模上卸下来的力叫 卸料力，从凹模

5、内将工件或废料顺着冲裁的 方向推出的力叫推件力，逆冲裁方向顶出的 力叫顶件力。 v紧箍在凸模上的工件或废料，用卸料板 v卡在凹模孔口内的工件或废料，用推件装置 或顶件装置 l间隙对卸料力的影响 v由于间隙的增大，使剪切带变窄，同时由于材料的 弹性变形，使落料件尺寸小于凹模刃口尺寸，冲孔 尺寸大于凸模尺寸，因而使卸料力、推件力或顶件 力随之减小。间隙继续增大时，因为毛刺增大，又 会引起卸料力、推件力或顶件力迅速增大。 v间隙 垂直力 侧压力 摩擦力 并且摩擦发热严重，模具磨损加重。 v为提高模具寿命，一般需要选用较大间隙， 若采用小间隙，就必须提高模具硬度、精度 、减小模具粗糙度、良好润滑，以减

6、小磨损 。 3、间隙对模具寿命的影响 模具失效的形式：磨损、变形、崩刃、涨裂 主要失效 形式 v理论确定法 4、凸凹模间隙值的确定 实际生产中使用不 方便，故不常用 理论作用？ v经验确定法 v对于公差等级要求不高的冲裁件，其双边间 隙可参考表3-4. （凸凹模尺寸特点凸凹模尺寸特点） 5、凸凹模刃口尺寸的确定 v凸凹模尺寸计算原则 （1）基准问题 落料件尺寸决定于凹模刃口尺寸，以凹模为基准； 冲孔件尺寸决定于凸模刃口尺寸，以凸模为基准。 为使模具有一定使用寿命，磨损到一定程度仍能冲出 合格制件： 冲孔时凸模刃口尺寸接近制件尺寸的最大极限尺寸； 落料时凹模刃口尺寸接近制件尺寸的最小极限尺寸。

7、（2）刃口磨损规律 刃口磨损后：凹模刃口尺寸扩大， 凸模刃口尺寸减小。 凸凹模尺寸特点凸凹模尺寸特点 落料件为轴类尺寸，公差标注为 冲孔件为孔类尺寸，公差标注为 在凸凹模刃口尺寸计算过程中对于冲裁件（冲孔件、 落料件）、模具（凸、凹模）的尺寸公差标注方法 v尺寸计算方法 （1）凸凹模分别加工 冲孔时，凸模刃口尺寸接近制件尺寸的最大极限尺寸； 此时，对应凹模的刃口尺寸为： 凸凹模分别标注尺寸 及制造公差。 落料时，凹模刃口尺寸接近制件尺寸的最小极限尺寸； 此时，对应凸模的刃口尺寸为： 凸、凹刃口制造偏差 的取值 注意 ： 为保证初始间隙值小于最大合理间隙，必 须满足下列条件： 或者取： 0.02

8、5 0 =25.85 0.025 0 （2）凸凹模配合加工时 配合加工：先做好其中的一件为基准件，然后以此基准 件来加工另外一件，使他们之间保持一定的间隙。基准 件上标注尺寸和制造公差，另一件仅标注基本尺寸并注 明配做的间隙值。 落料件，凹模为基准件。冲孔件，凸模为基准件。 尺寸分类： A类：磨损后尺寸增加 B类：磨损后尺寸减小 C类：磨损后尺寸不变 l尺寸分类的方法：实体方向画虚线法 冲裁如图a所示制件，材料为A3，料厚4mm， 试用凸凹模配做法计算凸凹模的刃口尺寸及制造公差。 作业： 解：确定基准件：此冲裁模为冲孔模，以凸模为基准件。 画出基准件的磨损图：凸模刃口磨损情况如图b所示. 对基

9、准件的尺寸进行分类（A、B、C三类）计算: 根据凸模刃口磨损情况，其尺寸变化可分为三类： 凸模刃口磨损后，尺寸A增大，按落料凹模类尺寸 计算。 查表3-6，得：x0.5； 取：/4，则： 凸模刃口磨损后，尺寸B1、B2减小，按冲孔凸模类尺寸 计算。 查表3-6，得：x1x20.5 取：/4，则： 凸模刃口磨损后，尺寸C不变，按中心距类尺寸处理。 选取最小冲裁间隙 查表3-4，取Zmin0.50mm 注明配制关系 凹模刃口尺寸按凸模刃口实际尺寸配制，保证 最小冲裁间隙为0.50mm。 作业： 冲裁如图所示的制件，材料为Q235，料厚为4mm， 试用配置法确定模具刃口尺寸及制造公差。 3.3 冲裁

10、工艺中的力学计算 1、 冲裁力的计算 冲裁力是冲裁过程中凸模对板料施加的压力，它是选用 压力机和设计模具的重要依据之一。在整个冲裁过程中，冲 裁力的大小是不断变化的，如图1所示。图中OA段为弹性变 形阶段，板料上的冲裁力随凸模的下压直线增加。AB段为 塑性变形阶段。B点为冲裁力的最大值。凸模再下压，材料 内部产生裂纹并迅速扩张，冲裁力下降，所以BC是断裂阶 段。到达C点，上下裂纹重合，板料已经分离。CD所用的压 力，仅是克服摩擦阻力，推出已分离的料。冲裁力是指板料 作用在凸模上的最大抗力。用板料作用在凸模上产生最大抗 力而出现裂纹时(即图中的B点)的板料内剪切变形区的切应 力作为材料的抗剪强度

11、（MPa）。 图1 冲裁力变化曲线 返回 对于普通平刃刀口的冲裁，其冲裁力F可按下式计算： F=KLtb （3-11） 式中： F 冲裁力； L 冲裁周边长度； t 材料厚度； b材料抗剪强度； K系数。系数K是考虑到实际生产中，模具间 隙值的波动和不均匀、刃口的磨损、板料力学性能和厚度波 动等因素的影响而给出的修正系数。一般取K1.3。 在一般情况下，材料的抗拉强度b=2b ，若取K2，为 计算方便，也可按下式计算冲裁力： F=Ltb （3-12） l冲裁厚板或表面质量及精度要求不高的零件时，为了降低冲裁力，可采用加热冲裁或 者斜刃冲裁的方法进行。 2、 卸料力、推件力和顶件力的计算 冲裁时

12、，材料分离前存在着弹性变形，在冲裁 结束时，由于材料的弹性回复及摩擦的存在，将落 料件或冲孔废料梗塞在凹模内，而冲裁剩下的材料 则紧箍在凸模上。为使冲裁工作继续进行，必须将 箍在凸模上的料卸下，将梗塞在凹模内的料推出。 从凸模上卸下箍着的料所需要的力称卸料力FX；从 凹模内将工件或废料顺着冲裁方向推出的力称为推 件力FT，从凹模内将工件或废料逆着冲裁方向顶出 所需要的力称为顶件力FD。 要准确地计算这些力是困难的,生产中常用下列经验公 式计算: FX=KXF （3-13） FT=nKTF （3-14） FD=KDF （3-15） 式中： F 冲裁力； KX、 KT、 KD 卸料力、推件力、顶件

13、力系数，见表 3-7； n 同时卡在凹模内的冲裁件（或废料）数。 （3-16） 式中： h 凹模洞口的直刃壁高度； t 板料厚度。 表3-7 卸料力、推件力、顶件力系数 注：卸料力系数Kx在冲孔、大搭边和轮廓复杂时取上限值。 返回 选择压力机时，应根据FZ来确定压力 机的公称压力。 v采用弹性卸料装置和下出料方式的冲裁模时 FZ=F+FT+FX v采用弹性卸料装置和上出料方式的冲裁模时 FZ=F+FD+FX v采用刚性卸料装置和下出料方式的冲裁模时 FZ=F+FT (a)刚性卸料 (b)弹性卸料推件 (c)弹性卸料顶件 3 冲裁压力中心的计算 冲裁压力中心就是冲裁力的合力作用点。在冲 压生产中

14、，为保证压力机和模具正常工作，必须使 模具的冲裁压力中心与压力机滑块中心线重合，否 则在冲裁过程中，会使滑块、模柄及导柱承受附加 弯矩，使模具与压力机滑块产生偏斜，凸、凹模之 间的间隙分布不均，从而造成导向零件加速磨损， 模具刃口及其他零件损坏，甚至会引起压力机导轨 磨损，影响压力机精度。因此，在设计模具时，必 须确定冲裁的压力中心，并使之与模柄轴线重合， 从而保证模具的冲裁压力中心与压力机滑块中心重 合。 3.4 冲裁件的工艺性分析 v冲裁件应满足的要求： （1）冲裁件的形状应力求简单、对称，有利于材料 的合理利用。 废料减少 （2）冲裁件内形及外形的转角处要尽量避免尖角，应 以圆弧过渡，如

15、图3-13所示，以便于模具加工，减少 热处理开裂，减少冲裁时尖角处的崩刃和过快磨损。 圆角半径R的最小值，参照表3-8选取。 （3）尽量避免冲裁件上突出的悬臂和凹槽过长 ，且悬臂和凹槽的宽度也不宜过小，其许可 值如图3-14(a)所示。 一般情况下，B1.5t，L5B 图3-14 冲裁件的工艺设计 （4）冲裁件孔径太小时，凸模容易折断。冲孔的最 小尺寸取决于材料的机械性能、孔的形状以及模具 结构。如果对冲头采用导向套保护，则可以提高冲 头的稳定性，最小冲孔尺寸还可以减小。 提高冲小孔的凸模的强度和刚度的措施 l冲小孔凸模加保护与导向。冲小孔凸模加保护与导向结构有两种，即局部保 护与导向和全长保

16、护与导向。 l图a、b是局部导向结构，它利用弹压卸料板对凸模进行保护与导向。 l图c是以简单的凸模护套来保护凸模，并以卸料板导向，其效果较好。 （5）孔边距与孔间距不能过小，否则会产生孔 间材料的扭曲，或者是边缘材料变形。 a1.5t。 3.5 冲裁模典型结构简介 冲裁 单工序冲裁 复合冲裁 级进冲裁 单工序模 复合模 级进模 冲裁模结构组成 l工作零件 l定位零件 l卸料及推件零件 l导向零件 l连接固定类零件 单工序冲裁： 压力机的一次行程中仅完成一个冲裁工序 返回 复合冲裁： 压力机的一次行程中，在模具的同一位置 完成两个或两个以上的冲裁工序。 返回 级进冲裁： 把完成一个制件的几个工序都顺