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1、,冲压模具技术 主编 范玖红,第一章 认识冲压,第一节 冲压概述,一、冲压基本概念 冷冲压是利用安装在压力机上的冲压模具对材料施加压力，使其产生分离或塑性变形，从而获得所需要工件(俗称冲压件或冲件)的一种压力加工方法，因为它通常是在室温下进行加工的，所以称为冷冲压。又因为它主要是用板料加工成工件，所以又称为板料冲压。冷冲压不但可以加工金属材料，而且还可以加工非金属材料。,(一)冲压模具 冲压模具是将材料加工成所需冲件的一种工艺装备。冲模在冷冲压生产中至关重要，没有符合要求的冲模，冷冲压就无法进行。,如图1-1所示为简单冲裁模具，上模部分由模柄1、凸模4等组成，下模部分由凹模6、下模座7等组成。
2、上模部分通过模柄安装在压力机的滑块上，随滑块作上下运动。下模部分通过下模座固定在压力机工作台上，模具的工作零件是凸模和凹模，凸、凹模工作部分的外形轮廓为封闭曲线。将板料置于凹模上，当凸模随滑块向下运动时，便冲穿条料进入凹模，使板料相互分离而完成冲裁工序。,(二)冲压材料 冲压所用的材料，不仅要满足冲压件的使用要求，还应满足冲压工艺的要求和后续加工的要求(如切削加工、电镀、焊接等)。冲压工艺对材料的基本要求主要有如下几个方面：,1.有良好的冲压成形性能 对于成形工序，为了有利于冲压变形和冲压件质量的提高，材料应具有良好的冲压成形性能，即具有良好的塑性(均匀伸长率j高)，屈强比s/b和屈弹比s/E
3、小，板厚方向性系数r大，板平面方向性系数r小。,2.具有较高的表面质量,3.材料的厚度公差要符合国家标准 因为一定的模具间隙适用于一定厚度的材料，若材料的厚度公差太大，不仅直接影响冲件的质量，还可能导致模具或压力机的损坏。 冲压生产常用的材料有：金属板料和非金属板料。常用冲压板料见表1-1。,二、冲压成形的特点 模具是工业生产中应用极为广泛的重要工艺装备，是当代工业生产的重要手段和工艺发展方向，许多现代工业的发展和技术水平的提高，在很大程度上取决于模具工业的发展水平。冷冲压是依靠冲压模具来进行生产的，它与其他加工方法相比，具有独到的优缺点。它是工业产品提高生产率、提高质量、降低成本的必要保证，
4、所以在工业生产中，特别是在汽车、电子、电器、仪表、航天及日用品生产中得到了广泛应用，表1-2列出了其主要特点。,第二节 冲压加工的基本工序,冲压加工的工件，由于其形状、尺寸、精度要求、生产批量、原材料性能等各不相同，因此生产中所采用的冷冲压工序是多种多样的，有的冲压件需要几道工序才能生产出来，因此掌握冲压工序的分类、冲压工序的性质至关重要。 冲压工序的分类概括起来可分为分离工序、成形工序。分离工序是指使板料按一定的轮廓线分离而获得一定形状、尺寸和切断面质量的冲压件(俗称冲裁件)的工序。成形工序是指坯料在不破裂的条件下产生塑性变形而获得一定形状和尺寸的冲压件的工序。,一、冲压加工的基本工序 上述
5、两类工序，按冲压方式不同又具体分为很多基本工序，见表1-3、表1-4、表1-5。,续,续,续,续,二、冲压工序的应用 学习冲压工序的分类和性质有利于我们制订各类工件的冲压工艺，并依据工艺设计模具。表1-6所示为冲压件炉盘的冲压工艺规程，它反映了该产品的冲压工艺过程。,表1-7所示为垫圈的三种冲压生产方案，我们可以根据实际生产情况，来确定用哪一种方案比较理想。,第二章 冲裁,冲裁是利用模具使板料产生分离的冲压工序，包括落料、冲孔、切断、剖切、修边等。但一般来说，冲裁主要是指落料和冲孔工序。若使材料沿封闭曲线相互分离，封闭曲线以内的部分作为冲裁件时，称为落料；封闭曲线以外的部分作为冲裁件时，称为冲
6、孔。 冲裁是冲压生产中的主要工序之一，它既可以直接冲制成品工件，又可以为弯曲、拉深、成形等工序制备毛坯。,第一节 冲裁变形过程,一、冲裁变形过程 冲裁时板料的变形具有明显的阶段性，可分为如下三个阶段：如图2-1所示。,1.弹性变形阶段 2.塑性变形阶段 3.断裂分离阶段,图2-1,二、冲裁断面分析 由于冲裁变形的特点，使冲出的工件断面明显地分成四个部分，即塌角、光亮带、断裂带和毛刺，如图2-2所示。,塌角：也叫圆角带，是刃口刚压入材料时，刃口附近的材料被牵连拉入产生弯曲和伸长变形的结果。材料的塑性越好，模具间隙越大，塌角将越大。 光亮带：是紧挨塌角并与板平面垂直的光亮部分，它是在塑性变形过程中
7、凸模或凹模挤压切入材料，使其受到切应力和挤压应力的作用而形成的。光亮带是最理想的冲裁断面。 断裂带：是表面粗糙且带有锥度的部分，它是由于刃口处的微裂纹在拉应力作用下不断扩展撕裂而形成的。,毛刺：是在断裂带周边上形成的不规则的撕裂毛边，当凸模继续下行 时，使已形成的毛刺拉长并残留在冲裁件上，间隙合适时，毛刺的高 度小而根部细，易于去除。 塌角、光亮带、断裂带和毛刺这四部分在冲裁断面上所占的比例随材 料的力学性能、料厚、刃口锐钝、模具结构、凸凹模间隙等不同而变 化。塑性差的材料，断裂倾向严重，断裂带增宽，光亮带、塌角所占 比例较小，毛刺也较小，塑性好的材料则相反。,第二节 冲裁间隙,冲裁间隙是指凸
8、、凹模刃口之间的间隙。凸模与凹模每侧的间隙称为单面间隙，两侧间隙之和称为双面间隙。如无特殊说明，冲裁间隙就是指双面间隙。间隙对冲裁件的质量、冲裁力、模具寿命的影响很大，是冲裁工艺与模具设计中的一个极其重要的问题。 一、间隙对冲裁件质量的影响 冲裁件质量主要通过切断面质量、尺寸精度和形状误差来判断。在影响冲裁件质量的诸多因素中，间隙的大小和均匀程度是主要因素。 1.间隙对断面质量的影响,如图2-3所示，冲裁时，上、下裂纹是否重合与凸、凹模间隙值的大小有关，只有凸、凹模间隙适当时，裂纹才重合，此时工件断面斜度很小，并且比较平直光滑，毛刺小，无裂纹分层。,2.间隙对尺寸精度的影响,冲裁件的尺寸精度是
9、指冲裁件的实际尺寸与基本尺寸的差值，差值越小，则精度越高。影响尺寸精度的因素有两个方面：一是模具的制造偏差；二是冲裁件相对于凸模或凹模尺寸的偏差。,二、间隙对冲裁力的影响 间隙增大，材料所受的拉应力增大，易断裂分离，冲裁力有一定程度的降低，但并不很大。间隙对卸料力、推件力的影响比较显著，随间隙增大，卸料力和推件力都将减小，当单边间隙增大到料厚的15%25%时，卸料力几乎为零。 三、间隙对模具寿命的影响 间隙主要对模具的磨损和胀裂有影响。 四、冲裁间隙的确定 冲裁间隙的数值等于凹模与凸模刃口部分尺寸之差(如图2-4所示)，即,式中Z冲裁间隙； DA凹模刃口尺寸； dT凸模刃口尺寸。,图2-4冲裁
10、模间隙由以上分析可知，冲裁间隙对冲裁件质量、冲裁力、模具寿命都有很大的影响。因此，设计模具时要合理地选择间隙，使冲裁件的断面质量较好、尺寸精度较高、冲裁力较小、模具寿命较高。但想用同一间隙值能同时满足上述各方面的要求是不大可能的。在实际生产中，主要根据冲裁件断面质量、尺寸精度、模具寿命这三个因素，把间隙选择在彼此比较接近的某一范围内作为合理间隙，只要间隙在这个范围内，就可以得到合格的工件和较长的模具寿命。这个范围的最小值称为最小合理间隙，最大值称为最大合理间隙。,图2-4,考虑到模具在使用过程中的磨损使间隙增大，故设计和制造新模具时，应采用最小合理间隙。生产实践中常用经验确定法，确定凸、凹模合
11、理间隙。下面推荐两种常用的间隙表供设计时参考。一种是电器仪表行业所采用的小间隙，见表2-1; 另一种是汽车、拖拉机行业所采用的大间隙，见表2-2。,此处的初始间隙即最小合理间隙，初始间隙的最大值是考虑到凸、凹模制造公差所增加的数值。在使用过程中，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表列数值。 冲裁AL、皮革、石棉和纸板时，间隙取08钢时的25%。,表2-2汽车、拖拉机行业冲裁模初始双面间隙Z (单位：mm),第三节 冲裁力的计算,一、冲裁力曲线 冲裁力是冲裁过程中凸模对材料的压力，它是随凸模行程而变化的。如图2-5所示为Q235钢板的冲裁力与凸模行程关系曲线。图
12、中OA段是图2-5冲裁力曲线弹性变形阶段，凸模开始接触板料，冲裁力迅速增加。AB段为塑性变形阶段，切刃挤入板料，冲裁力的上升缓慢下来。当剪切面积减小与硬化增加两种影响相等时，冲裁力便达到最大值。B点为冲裁力的最大值，在此点材料开始断裂。BC段为裂纹扩展直至板料断裂分离阶段。CD段主要是用于克服摩擦力和将材料从凹模内推出。,二、冲裁力的计算 通常所说的冲裁力是指冲裁力的最大值。它是选用压力机、模具设计及强度校核的重要依据。选用压力机的吨位必须大于所计算的冲裁力，而且又能发挥压力机的潜力。 平刃冲模冲裁时，其冲裁力可按下式计算,式中F冲裁力(N)； L工件周长(mm)； t材料厚度(mm)； 材料
13、的抗剪强度(MPa)； K修正系数，一般取K=1.3。,三、卸料力、推件力、顶件力的计算 一般情况下，在冲裁结束时，由于弹性回复，落下的料在径向会涨大，冲出的孔在径向会产生收缩，同时板料力图恢复成原来的平直状态，导致冲落的材料梗塞在凹模内，板料上的孔紧箍在凸模上。将工件或废料从凸模上卸下所需要的力称卸料力。将凹模内的材料顺着冲裁方向推出的力称推件力。逆着冲裁方向将材料从凹模内顶出所需的力称顶件力，如图2-6所示。,计算冲裁力的经验公式如下：,四、压力机公称压力的计算 在选择压力机时，以上这些力是否考虑进去，应根据模具的具体结构分别对待。如图2-7所示为不同模具结构中的卸料力、推件力、顶件力。,
14、第四节 凸模与凹模刃口尺寸的确定,凸、凹模刃口的尺寸精度直接影响冲裁件的尺寸精度，模具的合理间隙值也要靠模具刃口尺寸及其公差来保证。因此，在冲裁模模具设计中，凸、凹模刃口尺寸的确定是一项重要的工作。 一、凸、凹模刃口尺寸的计算原则 1) 落料时，因制件尺寸由凹模尺寸决定，应先确定凹模尺寸，即以凹模尺寸为基准。又因落料件尺寸会随凹模刃口尺寸磨损而增大，落料凹模基本尺寸应取工件尺寸公差范围内的较小尺寸。而落料凸模基本尺寸则按凹模基本尺寸减最小初始间隙确定。,2) 冲孔时，因孔的尺寸由凸模决定，应先确定凸模尺寸，即以凸模尺寸为基准。又因冲孔的尺寸会随凸模的磨损而减小，冲孔凸模基本尺寸应取工件孔的尺寸
15、公差范围内的较大尺寸。而冲孔凹模基本尺寸则按凸模基本尺寸加最小初始间隙确定。 3) 确定冲模刃口制造公差时，应根据冲裁件的精度要求。若对冲模精度要求过高(即制造公差过小)，会使模具制造困难，增加成本，延长生产周期；若对冲模精度要求过低(即制造公差过大)，则工件可能不合格，或使模具寿命降低。,二、凸、凹模刃口尺寸的计算方法 由于模具的加工方法不同，凸、凹模刃口尺寸的计算方法也不同，基本上可以分为两类。 1.按凸模与凹模图样分别加工法 凸模与凹模分开加工，这种加工方法适用于圆形或形状简单规则的冲裁件。其计算公式如下,dT=(18+0.50.38)0-0.020mm=18.190-0.020mm d
16、A=(18.19+0.100)+0.0200mm=18.29+0.0200mm2.凸模与凹模配作法 单件生产或冲制薄料工件、形状复杂的工件，为了保证凸、凹模间一定的间隙，常采用凸模与凹模配合加工法。 配作法就是先按设计尺寸制出一个基准件(凸模或凹模)，然后根据基准件的实际尺寸，再按最小合理间隙配作另一件。在另一非基准件上只标注公称尺寸，不注公差，同时在技术要求上注明“凹模(或凸模)刃口尺寸按凸模(或凹模)实际尺寸配作，保证双面间隙为,如图2-9所示为一落料件,应以凹模为基准件，凹模尺寸磨损情况分为三类： 1) 凹模磨损后变大的尺寸(图中A类)。 2) 凹模磨损后变小的尺寸(图中B类)。 3) 凹模磨损后不变的尺寸(图中C类)。 图2-9落料凹模刃口磨损后的变化情况 a) 工件b) 凹模刃口轮廓,如图2-10所示为冲孔件,应以凸模为基准件,凸模尺寸磨损情况也分成a、b、c三类。 图2-10冲孔凸模刃口磨损后的变化情况 a) 工件b) 冲孔凸模刃口轮廓 故对于形状复杂的落料件或冲孔件，其基准件的刃口尺寸均可按下面的公式计算,第五节 冲裁件的工
