学习情境2 冲裁模设计

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1、学习情境学习情境 2 冲裁模设计冲裁模设计2.1 学习目标：学习目标：1、能够完成冲压件工艺性分析；2、能够进行工艺尺寸的计算；3、能够进行模具整体结构的设计；4、能够进行冲压设备的选用；5、能够进行典型零部件的设计，并完善图纸设计。2.2 情境导入情境导入模具设计是模具制造、生产过程中的一个重要环节，是冲压件生产成本的一部分。冲裁作为一种分离工序，它既可以冲制成品零件，也可以为其他成形工序制备坯料，因此掌握冲裁模设计技能是从事冲压模设计的关键。2.3 任务任务 项目一项目一 冲压工艺性分析冲压工艺性分析2.3.1 任务描述任务描述结合图 2-1 方垫片零件图，材料：08Al，2，对其冲压工艺

2、性分析。图 2-1 工件图2.3.2 冲压件工艺性分析冲压件工艺性分析一、资讯1、冲压材料工艺性分析冲裁件的工艺性是指冲裁件在冲裁加工中的难易程度。所谓冲裁工艺性好是指能用普通冲裁方法，在模具寿命和生产率较高、成本较低的条件下得到质量合格的冲裁件。冲裁工艺性分析的主要目的在于判定冲裁件在冲压加工中能不能干和好不好干，其主要分析内容包括冲件材料分析、结构分析和精度分析。材料分析：冲裁属于分离工序，其在加工中对材料的要求是材料的硬度不能过高，且具有一定的塑性不能太脆。2、冲压件结构工艺性分析冲裁件的形状应尽可能简单、对称、有圆角过渡（图2-2），以便模具加工，减少热处理或冲压时在尖角处开裂的现象。

3、同时也可以防止尖角部位刃口的过快磨损。冲裁件局部凸出或凹人部分的宽度或深度宽度不宜太小，应避免有窄长的切口和过窄的切槽（图2-3），否则会降低模具寿命和冲裁件质量。一般情况下，B应不小于1.5；当冲件材料为黄铜、铝、软钢时，Bl. 2；当冲裁件材料为高碳钢时，B1. 9；当材料厚度=lmm时，按=1计算。切口与槽长L5 B。 （1（冲裁件的孔径冲裁件的孔径太小时，凸模易折断或压弯。其最小数值见书中参考表。（2（冲裁件上孔与孔、孔与边缘之间的距离不应过小，否则会产生孔与孔间材料的扭曲，或使边缘材料变形，如图2-4所示。复合冲裁时，因模壁过薄而容易破损；分别冲裁时，也会因材料容易被拉人凹模而影响模

4、具寿命。特别是冲裁小孔距的小孔时，经常会发生凸模弯曲变形而卡住模具的现象。当冲孔边缘与冲件外形边缘不平行时，边距a应不小于，平行时a不小于1. 5。（3（冲裁件尺寸标注冲裁件尺寸的基准应尽可能与其冲压时的定位基准重合，并选择在冲裁过程中基本上不变动的面或线上。3、冲压件精度分析（1）冲压件的尺寸精度一般可分为精密级与经济级两类。精密级是指冲压工艺在技术上所允许的最高精度，而经济级是指模具达到最大许可磨损时，其所完成的冲压加工在技术上可以实现而在经济上又最合理的精度，即所谓经济精度。为降低冲压成本，获得最佳的技术经济效果，在不影响冲压件使用要求的前提下，应尽量采用经济精度。若冲裁件有较高的尺寸精

5、度和断面质量要求，则宜采用精密冲裁或整修工艺达到。冲裁件的尺寸精度，是指冲裁件的实际尺寸与公称尺寸之差。差值越小，精度越高。这个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。冲裁件的尺寸精度与许多因素有关。其主要影响因素有：1) 冲模的制造精度 冲模的制造精度对冲裁件尺寸精度有直接影响。冲模的精度越高，冲裁件的精度亦越高。2) 材料的性质 材料的性质对该材料在冲裁过程中的弹性变形量有很大影响。对于比较软的材料，弹性变形量较小，冲裁后的回弹值亦小，因而零件精度高。而硬的材料，情况正好与此相反。3) 冲裁间隙 当间隙适当时，在冲裁过程中，板料的变形区在比较纯的

6、剪切作用下被分离，使落料件的尺寸等于凹模尺寸；冲孔件尺寸等于凸模的尺寸。如间隙过大，板料在冲裁过程中除受剪切外还产生较大的拉伸与弯曲变形，冲裁后因材料弹性恢复，将使冲裁件尺寸向实际方向收缩。对于落料件，其尺寸将会小于凹模尺寸；对于冲孔件，其尺寸将会大于凸模尺寸。但因拱弯的弹性恢复方向与以上相反，故偏差值是二者的综合结果。图 2-4 冲裁件的合理孔边距如间隙过小，则板料的冲裁过程中除剪切外还会受到较大的挤压作用，冲裁后，材料的弹性恢复使冲裁件尺寸向实体的反方向胀大。对于落料件，其尺寸将会大于凹模尺寸；对于冲孔件，其尺寸将会小于凸模尺寸。（2）冲压件表面质量分析1）切断面分析冲裁件断面质量及其影响

7、因素由于冲裁变形的特点，冲裁件的断面明显地分成四个特征区，即塌角带、光亮带、断裂带与毛刺区，如下图所示，光亮带越宽，说明断面质量越好。塌角带a 该区域的形成是当凸模刃口压入材料时，刃口附近的材料产生弯曲和伸长变形，材料被拉入间隙的结果。光亮带b 该区域发生在塑形变形阶段，当刃口切入材料后，材料与凸、凹模刃口的侧表面挤压而形成的光亮垂直的断面。通常占全断面的1/2l/3。断裂带c 该区域是在断裂阶段形成。是由刃口附近的微裂纹在拉应力作用下不断扩展而形成的撕裂面，其断面粗糙，具有金属本色，且带有斜度。毛刺区d 毛刺的形成是由于在塑性变形阶段后期，凸模和凹模的刃口切入被加工板料一定深度时，刃口正面材

8、料被压缩，刃尖部分是压应力状态，使裂纹的起点不会在刃尖处发生，而是在模具侧面距刃尖不远的地方发生，在拉应力的作用下，裂纹加长，材料断裂而产生毛刺。裂纹的产生点和刃尖的距离成为毛刺的高度，在普通冲裁中毛刺是不可避免的。2）冲裁件的形状误差 冲裁件的形状误差是指翘曲、扭曲、变形等缺陷。冲裁件呈曲面不平现象称之为翘曲。它是由于间隙过大、弯矩增大、变形拉伸和弯曲成分增多而造成的，另外材料的各向异性和卷料未校正也会产生翘曲。冲裁件呈扭歪现象称之为扭曲。它是由于材料的不平、间隙不均匀、凹模后角冲裁区应力、变形和冲裁件正常的断面状况a）冲孔件 b）落料件 对材料摩擦不均匀等造成的。二、决策二、决策1）安排负

9、责人指定一名学生为总负责人，将任务交给负责人，明确本次任务，总负责人对班级成员进行分组并选取各组组长，根据任务要求，各成员独立完成任务。注：任务方案包括应阅读的资料、采用的工具、提交的成果、提交时间等任务完成记录表包括小组任务、个人任务、提交的成果、任务完成情况及完成时间2）任务分配各小组负责人对小组任务进行分配，组员按组长要求完成相关任务内容，组长负责将各组员任务填入任务完成记录表相应栏。三、制定计划三、制定计划1）小组召集本组成员提出完成该任务的方案。2）教师召集主管和各组组长对各组提出的方案进行评估，调整后开始实施。四、实施任务四、实施任务1、方垫片材料为08Al，厚度2mm，结合材料性

10、能，分析其工艺性。2、 结合方垫片的实际结构，分析其结构工艺性。3、结合方垫片零件的尺寸及技术要求，对其精度要求进行分析。2.3.3 冲压工艺性分析冲压工艺性分析一、资讯在冲裁工艺性分析的基础上，根据冲件的特点确定冲裁工艺方案。确定工艺方案首先要考虑的问题是确定冲裁的工序数，冲裁工序的组合以及冲裁工序顺序的安排。1、冲裁工序的组合 冲裁工序可分为单工序冲裁、复合工序冲裁和连续冲裁。组合冲裁工序比单工序冲裁生产效率高，加工的精度等级高。冲裁方式确定时主要考虑的因素包括： （1）生产批量 一般来说小批量与试制生产采用单工序冲裁，中批量和 大批量生产采用复合冲裁或连续冲裁。生产批量与模具类型关系见下

11、表生产性质生产批量（万件）模具类型设备类型小批量或试制1简易模、组合模、单工序模通用压力机中批量130单工序模、复合模、级进模通用压力机大批量30150复合模、多工位自动级进模、自动模机械化高速压力机、自动化压力机大量150硬质合金模、多工位自动级进模自动化压力机、专用压力机（2）冲裁件尺寸和精度等级 复合冲裁所得到的冲裁件尺寸精度等级高，避免了多次单工序冲裁的定位误差，并且在冲裁过程中可以进行压料，冲裁件较平整。连续冲裁比复合冲裁的冲裁件尺寸精度等级低。（3）冲裁件尺寸形状 冲裁件的尺寸较小时，考虑到单工序送料不方便和生产效率低，常采用复合冲裁或连续冲裁。对于尺寸中等的冲裁件，由于制造多副单

12、工序模具的费用比复合模昂贵，则采用复合冲裁；当冲裁件上孔与孔之间或孔与边缘之间的距离过小时，不宜采用复合冲裁或单工序冲裁，宜采用连续冲裁。所以连续冲裁可以加工形状复杂、宽度很小的异形冲裁件，且可冲裁的材料厚度比复合冲裁时要厚，但连续冲裁受压力机台面尺寸与工序数的限制，冲裁件尺寸不宜太大。（4）模具的制造、安装、调整及成本 对复杂形状的冲裁件来说，采用复合冲裁比采用连续冲裁较为适宜，因为模具制造安装调整较容易，且成本较低。（5）操作是否方便与安全 复合冲裁出件或清除废料较困难，工作安全性较差，连续冲裁较安全。模具结构类型的最终确定需综合分析上述影响因素，普通冲裁模的对比关系见下表。普通冲裁模的对

13、比关系 单工序模 模具种类比较项 目无导向的有导向的级进模复合模冲压精度低一般IT13IT10IT10IT8 零件平整程度差一般不平整、高质量件 需较平因压料较好，零件平 整 零件最大尺寸和材料厚 度尺寸、厚度 不受限制中小型尺寸、 厚度较厚尺寸在250mm以下， 厚度在0.16mm之 间尺寸在300mm以下， 厚度在0.053mm之间冲压生产率低较低工序间自动送料生 产效率较高冲件留在工作面上需 清理，生产率稍低 使用高速自动压力机的 可能性不能使用可以使用可在高速压力机上 工作操作时出件困难，不 作推荐 多排冲压法的应用广泛用于尺寸较小 的冲件很少采用模具制造的工作量和成 本低比无导向模略

14、 高冲裁较简单的零件 时低于复合模冲裁复杂零件时低于 级进模 安全性不安全，需采取安全措施比较安全不安全需采取安全措施综上所述分析，对于一个冲裁件，可以得出多种工艺方案。必须对这些方案进行比较，选取在满足冲裁件质量与生产率的要求下，模具制造成本较低、寿命较高、操作较方便及安全的工艺方案。2、 冲裁顺序的安排（1）连续冲裁顺序的安排1）先冲孔或冲缺口，最后落料或切断，将冲裁件与条料分离。首先冲出的孔可作后续工序的定位孔。2）采用定距侧刃时，定距侧刃切边工序安排与首次冲孔同时进行，以便控制送料进距。采用两个定距侧刃时，可以安排成一前一后。（2）多工序冲裁件用单工序冲裁时的顺序安排1）先落料使坯料与

15、条料分离，再冲孔或冲缺口。后继工序的定位基准要一致，以避免定位误差和尺寸链换算。2）冲裁大小不同相距较近的孔时，为减少孔的变形，应先冲大孔后冲小孔。根据冲裁件的生产批量、尺寸精度的高低、尺寸大小、形状复杂程度、材料厚薄、冲模制造条件与冲压设备条件、操作方便与否等多方面因素，拟定出多种可能的不同工艺方案进行全面分析和研究，从中选择出技术可行、经济合理、满足产量和质量要求的最佳冲裁工艺方案。二、决策二、决策1）安排负责人指定一名学生为总负责人，将任务交给负责人，明确本次任务，总负责人对班级成员进行分组并选取各组组长，根据任务要求，各成员独立完成任务。注：任务方案包括应阅读的资料、采用的工具、提交的

16、成果、提交时间等任务完成记录表包括小组任务、个人任务、提交的成果、任务完成情况及完成时间2）任务分配各小组负责人对小组任务进行分配，组员按组长要求完成相关任务内容，组长负责将各组员任务填入任务完成记录表相应栏。三、制定计划三、制定计划1）小组召集本组成员提出完成该任务的方案。2）教师召集主管和各组组长对各组提出的方案进行评估，调整后开始实施。四、实施任务四、实施任务依照给定零件，分析冲压工艺，结合生产实际，确定最佳冲压工艺方案。2.3.4 材料排样方式的确定材料排样方式的确定一、资讯一、资讯1排样的概念、意义及原则排样的概念、意义及原则概念：概念：冲裁件在板料、带料或条料上的布置方法称为排样。意义：意义：提高材料利用率，降低成本；保证冲件质量；保证模具寿命。原则：原则：提高材料利用率；操作方便，工人劳动强度低且安全；模具结构简单，寿命长；保证冲件质量和冲件对板料纤维方向的要求。1)排样方法排样方法特点比较排样方法概念材料利用率冲件质量模具寿命应用有废料排样沿冲件