《模具设计与制造 教学课件 ppt 作者 杨占尧 第6章 冲裁工艺与模具设计》由会员分享，可在线阅读，更多相关《模具设计与制造 教学课件 ppt 作者 杨占尧 第6章 冲裁工艺与模具设计（186页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第6章 冲裁工艺与模具设计,学习目的及要求 了解冲裁件的断面特征 能够正确选择冲裁合理间隙 掌握凸、凹模刃口尺寸的计算方法 熟悉降低冲裁力的方法和措施 能够合理的进行冲裁排样 掌握冲裁模的典型结构 掌握冲裁模主要零部件的设计,冲裁是利用模具使板料沿一定轮廓线产生分离的冲压工序。冲裁时所使用的模具称为冲裁模。 根据变形机理的不同，冲裁可分为普通冲裁和精密冲裁，通常所说的冲裁是普通冲裁。精密冲裁断面较光洁，精度较高，但需专门的精冲设备与模具。本章主要讨论普通冲裁。图6-1所示的模具是冲压一板状零件的冲裁模。,图6-1冲裁模典型结构与模具总体设计尺寸关系图 1一下模座；2、15一销钉；3一凹模； 4
2、一套；5一导柱； 6一导套；7一上模座； 8一卸料板 9一橡胶；10一凸模固定板； 11一垫板；12一卸料螺钉；13一凸模；14一模柄；16、17一螺钉,返回,冲裁工艺的种类很多，常用的有切断、落料、冲孔、切边、切口、剖切等，其中落料和冲孔应用最多。落料是沿工件的外形封闭轮廓线冲切，冲下部分为工件。冲孔是沿工件的内形封闭轮廓线冲切，冲下部分为废料。落料与冲孔的变形性质完全相同，但在进行模具设计时，模具尺寸的确定方法不同，因此，工艺上必须作为两个工序加以区分。冲裁工艺是冲压生产的主要方法之一，主要有以下用途： 1.直接冲出成品零件； 2.弯曲、拉深、成形等其它工序备料； 3.对已成形的工件进行再
3、加工（如切边，切舌，拉深 件、弯曲件上的冲孔等）。,6.1 冲裁变形过程及断面特征,6.1.1 冲裁板料的变形过程 在冲裁过程中，冲裁模的凸、凹模组成上下刃口，在压力机的作用下，凸模逐渐下降，接触被冲压材料并对其加压，使材料发生变形直至产生分离。板料的冲裁是瞬间完成的。当模具间隙正常时，整个冲裁变形分离过程大致可分为三个阶段，如图6-2所示。,图6-2 冲裁时板料的变形过程,返回,1.弹性变形阶段(图6-2a),当凸模开始接触板料并下压时，凸模与凹模刃口周围的板料产生应力集中现象，使材料产生弹性压缩、弯曲、拉深等复杂的变形。板料略有挤入凹模洞口的现象。此时，凸模下的材料略有弯曲，凹模上的材料则
4、向上翘。间隙越大，弯曲和上翘越严重。随着凸模继续压入，直到材料内的应力达到弹性极限。,2.塑性变形阶段(图6-2b),当凸模继续下压，材料内的应力达到屈服点，材料进入塑性变形阶段。凸模切入板料上部，同时板料下部挤入凹模洞口。在板料剪切面的边缘由于弯曲拉伸等作用形成形成圆角，同时由于塑性剪切变形在切断面上形成一小段光亮且与板面垂直的直边。随着凸模挤入板料深度的增大，塑性变形程度增大，变形区材料硬化加剧，冲裁变形抗力不断增大，直到刃口附近侧面的材料由于拉应力的作用出现微裂纹时，塑性变形阶段结束，此时冲裁变形抗力达到最大值。由于凸、凹模间存在间隙，故在这个阶段中板料还伴随着弯曲和拉伸变形。间隙越大，
5、弯曲和拉伸变形也越大。,3.断裂分离阶段(图6-2c),当板料的应力达到强度极限后，凸模继续下压，凹模刃口附近的侧面材料内产生裂纹，紧接着凸模刃口附近的侧面材料产生裂纹。已形成的上下微裂纹随凸模继续压入不断向材料内部扩展，当上下裂纹重合时，板料便被剪断分离。随后，凸模将分离的材料推人凹模洞口。 由上述冲裁变形过程的分析可知，冲裁过程的变形是很复杂的，除了剪切变形外，还存在拉深、弯曲与横向挤压等变形。所以冲裁件及废料的平面不平整，常有翘曲现象。,6.1.2 冲裁件的断面特征,在正常冲裁工作条件下，在凸模刃口产生的剪切裂纹与在凹模刃口产生的剪切裂纹是相互汇合的，这时可得到图6-3所示的冲裁件断面，
6、它具有如下四个特征区。,图6-3 冲裁件的断面特征,返回,1. 塌角（圆角）区,该区域是由于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，材料被拉入凸凹模间隙形成的。冲孔工序中，塌角位于孔断面的小端；落料工序中，塌角位于工件断面的大端。板料的塑性越好，凸、凹模之间的间隙越大，形成的塌角也越大。,2. 光亮带,该区域发生在塑性变形阶段。当刃口切入板料后，板料与凸、凹模刃口的侧表面挤压而形成光亮垂直的断面。通常占全断面的1/31/2。冲孔工序中，光亮带位于孔断面的小端；落料工序中，光亮带位于零件断面的大端。板料塑性越好，凸、凹模之间的间隙越小，光亮带的宽度越宽。光亮带通常是测量带面，影响
7、着制件的尺寸精度。,3. 断裂带,该区域是在断裂阶段形成。断裂带紧挨着光亮带，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，断裂带表面粗糙，并带有46的斜角。在冲孔工序中，断裂位于孔断面的大端；在落料工序中，断裂位于零件断面的小端。凸、凹模之间的间隙越大，断裂带越宽且斜角越大。,4.毛刺,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，刃口正面材料被压缩，刃尖部分是高静压应力状态，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，裂纹的产生点和刃口尖的距离成为毛刺的高度。在普通冲裁中毛刺是
8、不可避免的。 影响冲裁件断面质量的因素很多，其中影响最大的是凸、凹模之间的冲裁间隙。在具有合理间隙的冲裁条件下，所得到的冲裁件断面塌角较小，有正常的光亮带，其断裂带虽然粗糙，但比较平坦，斜度较小，毛刺也不明显。,6.2 冲裁间隙,冲裁模凸、凹模刃口部分尺寸之差称为冲裁间隙，用Z表示，又称双面间隙（单面间隙用Z/2表示）。间隙是冲裁模设计中一个很重要的工艺参数。冲裁间隙对冲裁件的质量、冲裁力和模具寿命等都有很大影响，在长期的研究中发现影响的规律各不相同。因此，并不存在一个绝对合理的间隙值，能同时满足冲裁件断面质量最佳、尺寸精度最高、寿命最长、冲裁力最小等各方面要求。在实际生产中，间隙的选用主要考
9、虑冲裁件断面质量和模具寿命这两个主要因素，它与生产成本和产品质量密切相关。,6.2.1 合理间隙,冲裁间隙对冲裁件质量、模具寿命、卸料力等都有很大影响。但影响规律不同，不可能存在一个间隙同时满足工件质量、模具寿命和冲裁力的要求。实际生产中，间隙的选择考虑冲裁断面的质量和模具寿命这两个主要方面，同时考虑到模具制造中的偏差及使用中的磨损，而选择一个合适的间隙范围，只要在这个范围内就可加工出良好的冲裁件。这个范围的最小值称为最小合理间隙，用Zmin表示；最大值称为最大合理间隙，用Zmax表示。考虑到模具在使用过程中的磨损使间隙增大，因此实际设计与制造模具时常采用最小合理间隙Zmin。,6.2.2 合
10、理间隙的确定,1.经验确定法 生产中常用下述经验公式计算合理间隙Z的数值。 Z=c t （6-1） 式中：材料厚度，mm； c系数，与材料性能及厚度有关，当t3mm时 ，c=6%12%；当t3mm时， c=15%25% 。当材料软时，取小值；当材料硬时，取大值。,.查表法,表6-1和表6-2所提供的经验数据为落料、冲孔模具的初始间隙，可用于一般条件下的冲裁。表中初始间隙的最小值Zmin为最小合理间隙，而初始间隙的最大值Zmax是考虑到凸模和凹模的制造误差，在Zmin的基础上增加一个数值。在使用过程中，由于模具工作部分的磨损，间隙将会有所增加，因而使间隙的最大值（最大合理间隙）可能超过表中所列数
11、值。,表6-1 较小的冲裁模具初始双面间隙 单位：mm,表6-1 较小的冲裁模具初始双面间隙 单位：mm,注： 1.初始间隙的最小值相当于间隙的公称 数值； 2.初始间隙的最大值是考虑到凸模和凹模 的制造公差所增加的数值； 3.在使用工程中，由于模具工作部分的磨 损，间隙将有所增加，因而间隙的使用 最大数值要超过列表数值；,表6-2 较大的冲裁模具初始双面间隙Z 单位：mm,表6-2 较大的冲裁模具初始双面间隙Z 单位：mm,注：冲裁皮革、石棉和纸板时，间隙取08钢的25%。,6.2.3 合理间隙的选择原则,生产实践证明，冲裁间隙取小值时，冲裁件的断面质量较好。间隙过小会增大冲裁力和退料力，降
12、低模具使用寿命。因此，在选择冲裁间隙时，应综合考虑各方面因素。 1. 当冲裁件断面质量要求不高时，在合理的间隙范围内，应尽量取较大的间隙，从而有利于延长模具寿命，降低冲裁力、推件力、卸料力。,2. 当冲裁件质量要求高时，在合理间隙范围内，应尽量取较小值，这样尽管模具寿命有所降低，但保证了零件的冲裁质量。 在设计冲模时，一般取Zmin作为初始间隙，主要是考虑模具工作一段时间之后，要进行刃磨。修磨后会使间隙增大，使Zmin向Zmax过渡。所以，为了使模具能在较长时间内冲制出合格的零件，提高模具的利用率，降低生产成本，一般设计模具时取Zmin作为初始间隙。,6.3 凸、凹模刃口尺寸的计算,模具刃口尺
13、寸及公差是影响冲裁件尺寸精度的主要因素，模具的合理间隙值也是靠凸、凹模刃口尺寸及其公差来保证。因此，正确确定凸、凹模刃口尺寸和公差，是冲裁模设计中的一项关键工作。,6.3.1 凸、凹模刃口尺寸的计算原则,凸、凹模间隙的存在使冲裁件断面都带有锥度，所以冲裁件尺寸的测量和使用中，都是以光亮带的尺寸为基准。落料件的光亮带是因为凹模刃口挤切材料产生的，冲孔件的光亮带是由于凸模刃口挤切材料产生的。因此，设计 凸、凹模刃口尺寸应区别冲孔和落料，并遵循以下原则： 1.确定基准模刃口尺寸 设计落料模先确定凹模刃口尺寸，间隙取在凸模上，冲裁间隙通过减小凸模尺寸获得。设计冲孔模先确定凸模刃口尺寸，以凸模为基准，间
14、隙取在凹模上，冲裁间隙通过增大凹模尺寸获得。,2.遵循冲模在使用过程中的磨损规律,冲裁过程中，凸、凹模与冲裁零件或废料发生摩擦，凸模轮廓越磨越小，凹模轮廓越磨越大，凸、凹模间隙越磨越大。设计落料模时，凹模基本尺寸应取接近或等于工件的最小尺寸；设计冲孔模时，凸模基本尺寸取接近或等于工件孔的最大极限尺寸。不管冲孔还是落料，冲裁间隙一般选取最小合理间隙值（）。,模具磨损预留量与工件制造精度有关。用x表示，其中为工件的公差值，x为磨损系数，其值在0.51之间，根据工件制造精度选取： 工件精度IT10以上 x1 工件精度IT11IT13 x0.75 工件精度IT14 x0.5,3.考虑工件精度与模具精度
15、的关系,选择模具刃口制造公差时，要考虑工件精度与模具精度的关系，既要保证工件的精度要求，又要保证有合理的间隙值。一般冲模精度较工件精度高24级。对于形状简单的圆形、方形刃口，其制造偏差值可按IT6IT7级来选取；对于形状复杂的刃口，制造偏差可按工件相应部位公差值的1/4来选取；对于刃口尺寸磨损后无变化的，制造偏差值可取工件相应部位公差值的1/8并冠以()。,4.公差标注遵循“入体”原则,工件尺寸公差与冲模刃口尺寸的制造偏差原则上都应按“入体”原则标注为单向公差，所谓“入体”原则是指标注工件尺寸公差时应向材料实体方向单向标注。但对于磨损后 无变化的尺寸，一般标注双向偏差。 5.不管落料还是冲孔,
16、冲裁间隙一般选用最小合理间隙值(Zmin)。,6.3.2 凸模、凹模刃口尺寸的计算,由于冲模加工方法不同,刃口尺寸的计算方法也不同,基本上可分为两类。 1. 按凸模与凹模图样分别加工法 这种方法主要适用于圆形或简单规则形状的工件,因冲裁此类工件的凸、凹模制造相对简单,精度容易保证,所以采用分别加工。设计时,需在图纸上分别标注凸模和凹模刃口尺寸及制造公差。,1）冲孔 设冲裁件孔的直径为 ，根据刃口尺寸计算原则，计算公式为： 凸模 （6-2） 凹模 （6-3） （2） 落料 设冲裁件的落料尺寸为 ，根据刃口尺寸计算原则，计算公式为： 凹模 （6-4） 凸模 （6-5）,（3）中心距 中心距属于磨损后
