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1、板料冲压工艺及冲模设计,冲裁 弯曲拉深 冲压模具的设计,第九章 板料冲压工艺及冲模设计,【教学内容】 介绍板料冲压的基本方法、特点、应用、基本工序及冲压模具的设计概要。 【教学目标】 1. 掌握落料和冲孔的工艺过程及质量控制方法。 2. 掌握弯曲和拉深的工艺过程及质量控制方法。 3. 能对简单冲压件进行工艺设计。 4. 能读简单冲压模具图并指出各零件的作用。,第一节 冲裁,普通冲裁精密冲裁,冲裁：利用模具使板料沿一定的轮廓形状产生分离的一种冲压工序。冲裁工序包括：落料、冲孔、切口、切边、冲缺、剖切、整修等。其中又以冲孔、落料应用最为广泛。,1、冲裁过程的分析,Fp、Fd凸、凹模对板材的垂直作用
2、力F1、F2凸、凹模对板材的侧压力Fp 、Fd凸、凹模端面与板材间的摩擦力，其方向与间隙大小有关，但一般指向模具刃口。是摩擦系数。 f1 、F2凸、凹模侧面与板材间的摩擦力，板材由于受到模具表面的力偶作用而弯曲，并从模具表面上翘起，使模具表面和板材的接触面仅局限在刃口附近的狭小区域，宽度约为板厚的0.2-0.4。,第一节 冲裁 普通冲裁,2、冲裁件质量 冲裁件质量：主要指切断面质量、表面质量、形状误差和尺寸精度。 断面特征：由于冲裁变形的特点，使冲出的工件断面与板材上下平面并不完全垂直，粗糙而不光滑。,第一节 冲裁 普通冲裁,圆角带：塑性变形阶段，刃口进入材料，材料被塑性拉入，断面出现边缘塑性
3、圆角带（约5%）。 光亮带：刃口深入材料，材料产生塑性剪切变形，在凸、凹模侧面压力挤压下，出现塑性光亮带（约1/3）；断裂带：裂纹扩展，上、下裂纹会合，板材分离，断面出现断裂带（约60%）；毛刺：由于上、下裂纹不一定正对，断裂后往往被拉出毛刺。,冲裁件切断面可以明显地区分为四个部分：,冲裁件的4个特征区域的大小和在断面上所占的比例大小并非一成不变，而是随着材料的力学性能、模具间隙、刃口状态等条件的不同而变化。（1）材料力学性能的影响 材料塑性好，冲裁时裂纹出现得较迟，材料被剪切的深度较大，所得断面光亮带所占的比例就大，圆角也大。反之，则相反。 （2）模具间隙的影响 冲裁时，断裂面上下裂纹是否重
4、合，与凸、凹模间隙值的大小有关：凸、凹模间隙合适、 过小、过大时.模具间隙一般为板料厚度的5%10%。 （3）模具刃口状态的影响 刃越锋利，拉力越集中，毛刺越小。当刃口磨损后，压缩力增大，毛刺也增大。另外，断面质量还与模具结构、冲裁件轮廓形状、刃口的摩擦条件等有关。,影响断面质量的因素,合理间隙:指能够使断面质量、尺寸精度、模具寿命和冲裁力等方面得到最佳效果的间隙。,3、冲裁模间隙,（1）凸、凹模间隙合适，断面与材料表面不垂直，但比较平直、光滑，毛刺较小，制件的断面质量较好。 （2）间隙过小，二次剪切，高而薄的毛刺。 （3）间隙过大，材料的弯曲和拉伸增大，二次拉裂。断面的垂直度差，毛刺大而厚，
5、难以去除，断面质量下降。,4、凸模与凹模刃口尺寸的确定,1）计算原则由于凸、凹模之间存在间隙，所以冲裁件断面都是带有锥度的，且落料件的大端尺寸等于凹模尺寸，冲孔件的小端尺寸等于凸模尺寸。在测量与使用中，落料件是以大端尺寸为基准，冲孔件孔径是以小端尺寸为基准。冲裁过程中，凸、凹模要与冲裁零件或废料发生摩擦，凸模越磨越小，凹模越磨越大，结果使间隙越用越大。,确定凸、凹模刃口尺寸时，须遵循下述原则：(1)落料模：先确定凹模刃口尺寸，其标称尺寸应取接近或等于制件的最小极限尺寸，凸模刃口的标称尺寸比凹模小一个最小合理间隙。(2)冲孔模：先确定凸模刃口尺寸，其标称尺寸应取接近或等于制件的最大极限尺寸。凹模
6、刃口的标称尺寸应比凸模大一个最小合理间隙。,(3)选择模具刃口制造公差时，一般冲模精度较工件精度高23级。工件尺寸公差应按“入体”原则标注为单向公差。“入体”原则：指标注工件尺寸公差时应向材料实体方向单向标注，即：落料件正公差为零，只注负公差；冲孔件负公差为零，只标注正公差。,4、凸模与凹模刃口尺寸的确定,2)冲模的加工方式 有凸、凹模分别加工和配合加工两种。加工方式不同，其刃口尺寸计算和模具制造公差的标注也不相同。 （1）凸、凹模分别加工：指凸模和凹模分别按图样加工至尺寸。特点：凸、凹模分开加工可使凸、凹模自身具有互换性，便于模具成批制造。但需要较高的公差等级才能保证合理间隙，模具制造困难，
7、加工成本高。此种方法适用于圆形或形状简单的工件。,4、凸模与凹模刃口尺寸的确定,（2）凸模和凹模配合加工：此方法是先加工好凸模(或凹模)作为基准件，然后根据此基准件的实际尺寸，配做凹模(或凸模)，使它们保持一定的间隙。因此，只需在基准件上标注尺寸及公差，另一件只标注标称尺寸，并注明“XX尺寸按凸模(或凹模)配作，保证双面间隙XX”。特点：可放大基准件的制造公差，其公差不再受凸、凹模间隙大小的限制，制造容易，并容易保证凸、凹模间的间隙；尺寸标注简单，只需在基准件上标注尺寸和公差，配制件仅须标注基本尺寸并注明配做所需间隙值；凸、凹模不能互换。适用于冲制形状复杂或薄板制件的模具。,4、凸模与凹模刃口
8、尺寸的确定,3)计算和确定落料模和冲孔模刃口尺寸及其公差,（1）凸模与凹模分开加工 为了保证凸、凹模间初始间隙小于最大合理间隙Zmax，不仅凸、凹模分别标注公差(凸模p、凹模d)，而且要求有较高的制造精度，以满足如下条件：,p+dZmaxZmin或取 p0.4(Zmax Zmin) d0.6(Zmax Zmin),4、凸模与凹模刃口尺寸的确定,Dd(D x)+d Dp(Dd Zmin)-p(D x Zmin) -p 式中 Dd、Dp分别为落料凹、凸模标称尺寸；D落料件标称尺寸(mm)；工件制造公差(mm)；Zmin凸、凹模最小合理间隙(双边)(mm)；p、d凸、凹模的制造公差，查表，或取d1/
9、4，p(1/4 1/5)X-系数，是使冲裁件的实际尺寸尽量接近冲裁件公差带的中间尺寸，与工件制造精度有关，可查表，或按下列关系取：工件精度ITl0以上，x1 ITll13，x0.75 ITl4， x0.5,落料：设工件尺寸为D- 。先确定凹模尺寸，使凹模标称尺寸接近或等于工件的最小极限尺寸，再减小凸模尺寸保证最小合理间隙。凹模制造偏差取正偏差，凸模取负偏差。,dp(d + x) -pdd(dp+Zmin) +d(d + x+Zmin) +d dp、dd冲孔凸、凹模直径(mm)；d冲孔件标称尺寸。孔心距Ld = L （1/8）Ld凹模孔心距的标称尺寸(mm)；L工件孔心距标称尺寸(mm)；孔心距
10、公差。,冲孔设冲孔尺寸为d+。先确定凸模尺寸，使凸模标称尺寸接近或等于工件孔的最大极限尺寸，再增大凹模尺寸以保证最小合理间隙。模具偏差“入体”标注。,4、凸模与凹模刃口尺寸的确定,（2）凸模和凹模配合加工 落料：应以凹模为基准件，然后配做凸模。冲孔；应以凸模为基准件，然后配做凹模。根据基准件工作时磨损情况，刃口尺寸变化有增大、减小、不变三种情况。因此基准件刃口尺寸应按不同情况分别计算。 第一类：基准件磨损后尺寸变大(图中A类)； 第二类：基准件磨损后尺寸变小(图中B类)； 第三类：基准件磨损后尺寸不变(图中C类)。,计算这些尺寸，则按下述各式计算 制件尺寸为A类时 Aj (Amax - x)+
11、/4 制件尺寸为B类时 Bj (Bmin + x)-/4 制件尺寸为C类时 Cj (Cmin + 0.5)/8 式中 Aj、Bj、Cj基准件刃口尺寸(mm)： A、B、C工件标称尺寸()，工件公差()，X系数，与工件制造精度有关。,若如果由于加工的需要落料件以凸模为基准件，冲孔件以凹模为基准件，则基准件刃口尺寸可按下式计算：Aj (Amax - x - Zmin) -/4 Bj (Bmin + x + Zmin) +/4 Cj (Cmin + 0.5)/8,4、凸模与凹模刃口尺寸的确定,5、冲裁力的计算及降低冲裁力的方法,1)冲裁力的计算 计算冲裁力的目的：为了合理地选择压力机和设计模具，压力
12、机的吨位必须大于所计算的冲裁力，以适应冲裁的要求。平刃冲模的冲裁力可按下式计算。 FKL tbKAb 式中：L冲裁件周边轮廓长度(mm)； t材料厚度(mm)；b材料抗剪强度(MPa)；A为冲裁周边轮廓面的面积；K-系数。一般取K=1.3。 一般情况下，材料的b=1.3b，b材料的抗拉强度(MPa)；FLtb,2)多凸模阶梯布置冲裁设计时：阶梯形布置要对称分布，防止偏载；为避免冲大孔时材料流动的挤压力对小孔冲头的影响，阶梯形应安排先冲大孔、后冲小孔，有利于减少小孔冲头的长度；多凸模之间的高度差H，当材料厚度t3mm时H=t，当材料厚度t3nm时H=0.5t。模具的缺点是长凸模插入凹模较深，容易
13、磨损，修磨刃口也比较麻烦。,2）降低冲裁力的方法 1)材料加热冲裁(红冲)只适于厚板或精度要求不高的零件。,5、冲裁力的计算及降低冲裁力的方法,3)斜刃口模具冲裁冲孔时将凸模做成斜刃，凹模做成平刃；落料时则应将凸模做成平刃，凹模做成斜刃，以保工件平整。斜刃一般设计成波浪形，或考虑其对称设置，以免承受偏载；冲裁复杂轮廓时，不宜用斜刃模；斜刃冲模的制造、维修都很困难，工件不够平整，刃口也容易磨损，所以尽量不采用，一般只是用于大型工件及厚板冲裁。,5、冲裁力的计算及降低冲裁力的方法,1）材料利用率在大批量冲压件的生产成本中，材料费约占60以上，材料利用率是关系到冲压技术发展的一个重要问题。材料利用率
14、主要涉及到工件的排样。排样是指冲裁件在条料或板料上的布置方法。排样是冲裁工艺与模具设计中一项很重要的工作。冲裁时材料利用率可用下式来表示： =A/Ao100式中，为材料利用率；A0为冲裁此工件所用材料总面积，包括工件面积和废料面积；A为工件的实际面积。,6、材料利用率与排样方法,冲裁废料一般由工艺废料和结构废料组成。工艺废料 各种搭边，定位需要切去的料边与定位孔，不可避免 的料头和料尾废料，称为工艺废料。它决定于冲压方式和排样方式。结构废料 由于工件结构形状的需要，如工件内孔的存在而产生的废料，称为结构废料。它决定于工件的形状，一般不能改变。,6、材料利用率与排样方法,1、根据材料的利用情况(
15、1)有废料排样：沿工件的全部外形冲裁，工件与工件之间，工件与条料侧边之间都有工艺余料(搭边)存在，冲裁后搭边成为废料。(2)少废料排样：沿工件的部分外形轮廓切断或冲裁，只在工件之间或是工件与条料侧边之间有搭边存在。(3)无废料排样：工件与工件之间，工件与条料侧边之间均无搭边存在，条料沿直线或曲线切断而得工件。,6、材料利用率与排样方法,有废料排样法的材料利用率较低，但制件的质量和冲模寿命较高，常用于工件形状复杂、尺寸精度要求较高的排样。少、无废料排样常用于精度要求不高的工件排样。其材料利用率较高，生产率较高；简化模具结构，降低冲裁力。但条料导向与定位所产生的误差、几个工件的汇合点容易产生毛刺、
16、单边剪切降低冲模寿命并直接影响到工件的断面质量。,6、材料利用率与排样方法,第一节 冲裁 精密冲裁,普通冲裁件与精密冲裁件的区别普通冲裁：凸、凹模刃口处存在间隙，材料是从模具刃口处产生裂纹而剪切分离，制件尺寸精度低（IT11级以下），断面粗糙（Ra值为12.56.3m），不平直，断面有一定斜度，往往不能满足零件较高的技术要求，有时还需再进行多道后续的机械加工。精密冲裁：凸、凹模刃口处间隙很小、或无、或负，使材料呈纯剪切的形式进行冲裁，尺寸精度可达IT6IT9级，断面粗糙度Ra值为1.6 0.4m，断面垂直度可达8930或更佳。它是在普通冲裁的基础上，通过改进模具来提高制件的精度，改善断面质量。精冲工艺主要有光洁冲裁、负间隙冲裁，带齿圈压板精冲、整修、对向凹模精冲、往复冲裁等。,
