冲压模具及设备 教学课件 ppt 作者 徐政坤 第4章 冲压

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1、第四章 冲 裁,第四章 冲 裁,第一节 冲裁变形过程分析 一、冲裁变形过程,图4-1 冲裁工作示意图 1凸模 2凹模 3板料,第四章 冲 裁,1.弹性变形阶段 2.塑性变形阶段 3.断裂分离阶段,图4-2 冲裁变形过程 a)弹性变形阶段 b)塑性变形阶段 c)、d)断裂分离阶段,第四章 冲 裁,图4-3 冲裁时作用于板料上的力 1凸模 2板料 3凹模,二、冲裁变形时的受力与应力分析,如4-3所示为无压紧装置冲裁时板料的受力情况,第四章 冲 裁,图4-4 冲裁变形区的应力状态,图4-4所示为板料冲裁过程中塑性变形阶段变形区一些特征点的应力状态。,第四章 冲 裁,三、冲裁件的质量及其影响因素 冲裁

2、件的质量是指冲裁件的断面状况、尺寸精度和形状误差。 1.冲裁件的断面质量及其影响因素,图4-5 冲裁件的断面质量,第四章 冲 裁,(1)材料力学性能的影响 塑性好的材料，冲裁时裂纹出现得较迟，材料被剪切挤压的深度较大，因而光面所占的比例大，毛面较小，但塌角、毛刺也较大；而塑性差的材料，断裂倾向严重，裂纹出现得较早，使得光面所占的比例小，毛面较大，但塌角和毛刺都较小。,图4-6 间隙大小对冲裁件断面质量的影响 a)间隙合适 b)间隙过小 c)间隙过大,第四章 冲 裁,(2)冲裁间隙的影响 冲裁间隙是影响冲裁件断面质量的主要因素。,图4-7 凸、凹模刃口磨钝后毛刺的形成 a)凹模磨钝 b)凸模磨钝

3、 c)凸、凹模均磨钝,(3)模具刃口状态的影响 模具刃口状态对冲裁件的断面质量也有较大的影响。,第四章 冲 裁,2.冲裁件尺寸精度及其影响因素 (1)冲模的结构与制造精度 冲模的制造精度(主要是凸、凹模制造精度)对冲裁件尺寸精度有直接的影响，冲模的制造精度越高，冲裁件的精度亦高。,表4-1 冲裁件精度与冲模制造精度的关系,(2)冲裁件相对于凸模或凹模尺寸的偏差 冲裁件产生偏离凸、凹模尺寸偏差的原因是由于冲裁时材料所受的挤压、拉伸和翘曲变形，都要在冲裁结束后产生弹性回复。,第四章 冲 裁,当冲裁件从凹模内推出(落料)或从凸模上卸下(冲孔)时，相对于凸、凹模尺寸就会产生偏差。,图4-8 间隙对冲裁

4、件尺寸精度的影响,3.冲裁件形状误差及其影响因素,第四章 冲 裁,第二节 冲裁件的工艺性 冲裁件的工艺性是指冲裁件对冲裁工艺的适应性，即冲裁加工的难易程度。 一、冲裁件的结构与尺寸 1)冲裁件的形状应力求简单、规则，有利于材料的合理利用，以便节约材料，减少工序数目，提高模具寿命，降低冲件成本。 2)冲裁件的内、外形转角处要尽量避免尖角，应以圆弧过渡，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。,第四章 冲 裁,表4-2 冲裁件最小圆角半径,第四章 冲 裁,图4-9 冲裁件的悬臂与凹槽,3)尽量避免冲裁件上过于窄长的凸出悬臂和凹槽，否则会降低模具寿命和冲裁件质量。,第四章

5、冲 裁,4)冲孔时，因受凸模强度的限制，孔的尺寸不应太小。,表4-3 无导向凸模冲孔的最小尺寸,表4-4 带护套凸模冲孔的最小尺寸,第四章 冲 裁,5)冲裁件的孔与孔之间、孔与边缘之间的距离，受模具强度和冲裁件质量的制约，其值不应过小，一般要求c(11.5)t，c(1.52)t，如图4-10a所示。,图4-10 冲件上的孔距及孔边距,第四章 冲 裁,二、冲裁件的精度与断面粗糙度 1)冲裁件的经济公差等级不高于IT11级，一般落料件公差等级最好低于IT10级，冲孔件公差等级最好低于IT9级。,表4-5 冲裁件外形与内孔尺寸公差,第四章 冲 裁,2.一般精度的冲裁件采用IT8IT7级精度的普通冲裁

6、模；较高精度的冲裁件采用IT7IT6精度的高级冲裁模。,表4-6 冲裁件孔中心距公差,2)冲裁件的断面粗糙度及毛刺高度与材料塑性、材料厚度、冲裁间隙、刃口锋利程度、冲模结构及凸、凹模工作部分表面粗糙度值等因素有关。,第四章 冲 裁,表4-7 普通冲裁毛刺的允许高度,三、冲裁件的材料 冲裁件所用的材料，不仅要满足其产品使用性能的技术要求，还应满足冲裁工艺对材料的基本要求。冲裁工艺对材料的基本要求已在第二章第五节中介绍。此外，材料的品种与厚度还应尽量采用国家标准，同时尽可能采取“廉价代贵重，薄料代厚料，黑色代有色”等措施，以降低冲裁件的成本。,第四章 冲 裁,第三节 冲裁间隙 冲裁间隙是指冲裁模中

7、凸、凹模刃口之间的间隙。凸模与凹模间每侧的间隙称为单面间隙，用Z/2表示；两侧间隙之和称为双面间隙，用Z表示。如无特殊说明，冲裁间隙都是指双面间隙。,图4-11 冲裁间隙,第四章 冲 裁,一、间隙对冲压力的影响 间隙很小时，因材料的挤压和摩擦作用增强，冲裁力必然较大。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。但试验表明，当单面间隙介于材料厚度的5%20%范围内时，冲裁力降低不多，不超过5%10%。二、间隙对模具寿命的影响 模具寿命通常是用模具失效前所冲得的合格冲裁件数量来表示。冲裁模的失效形式一般有磨损、变形、崩刃和凹模胀裂。间隙大小主要对模具的磨损及凹模的胀裂产生较

8、大影响。,第四章 冲 裁,三、冲裁间隙值的确定 由上述分析可以看出，冲裁间隙对冲裁件质量、冲压力、模具寿命等都有很大的影响，但影响的规律各有不同。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、冲模寿命最长、冲压力最小等各方面的要求。在冲压实际生产中，为了获得合格的冲裁件、较小的冲压力和保证模具有一定的寿命，我们给间隙值规定一个范围，这个间隙值范围就称为合理间隙。这个范围的最小值称为最小合理间隙（Zmin），最大值称为最大合理间隙（Zmax）。考虑到冲模在使用过程中会逐渐磨损，间隙会增大，故在设计和制造新模具时，应采用最小合理间隙。,第四章 冲 裁,图4-12

9、合理间隙的确定,第四章 冲 裁,1.理论确定法,表4-8 h0/t与值,第四章 冲 裁,表4-9 冲裁模初始双面间隙Z(一),2.经验确定法,第四章 冲 裁,表4-9 冲裁模初始双面间隙Z(一),第四章 冲 裁,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。 4.本表适用于尺寸精度和断面质量要求较高的冲裁件。,第四章 冲 裁,表4-10 冲裁模初始双面间隙Z(二),第四章 冲 裁,表4-10 冲裁模初始双面间隙Z(二),第四章 冲 裁,2.本表适用于尺寸精度和断面质量要求不高的冲裁

10、件。,表4-11 冲裁间隙分类,第四章 冲 裁,表4-12 冲裁间隙比值,第四章 冲 裁,第四节 凸、凹模刃口尺寸的确定 冲裁件的尺寸精度主要决定于凸、凹模刃口尺寸及公差，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。一、凸、凹模刃口尺寸计算的原则 在冲裁件尺寸的测量和使用中，都是以光面的尺寸为基准。由前述冲裁过程可知，落料件的光面是因凹模刃口挤切材料产生的，而孔的光面是凸模刃口挤切材料产生的。所以，在计算刃口尺寸时，应按落料和冲孔两种情况分别考虑，,第四章 冲 裁,其原则如下： 1)落料时，因落料件光面尺寸与凹模刃口尺寸相等或基本一致，应先确定凹模刃口尺寸，即以凹模刃口尺寸为基准。

11、2)冲孔时，因孔的光面尺寸与凸模刃口尺寸相等或基本一致，应先确定凸模刃口尺寸，即以凸模刃口尺寸为基准。 3)凸、凹模刃口的制造公差应根据冲裁件的尺寸公差和凸、凹模加工方法确定，既要保证冲裁间隙要求和冲出合格零件，又要便于模具加工。,第四章 冲 裁,二、凸、凹模刃口尺寸的计算方法 凸、凹模刃口尺寸的计算与加工方法有关，基本上可分为两类。 1.凸、凹模分别加工时的计算法,表4-13 规则形状(圆形、方形)件冲裁时凸、凹模的制造公差,第四章 冲 裁,表4-14 磨损系数x,第四章 冲 裁,图4-13 落料、冲孔时各部分尺寸及公差的分布状态 a)落料 b)冲孔,第四章 冲 裁,图4-15 落料件与落料

12、凹模 a)落料件 b)落料凹模刃口轮廓,2.凸、凹模配作加工时的计算法,(1)落料 落料时以凹模为基准，配作凸模。 (2)冲孔 冲孔时以凸模为基准，配作凹模。,第四章 冲 裁,表4-15 以落料凹模为基准的刃口尺寸计算,第四章 冲 裁,表4-16 以冲孔凸模为基准的刃口尺寸计算,图4-16 冲件孔与冲孔凸模 a)冲件孔 b)冲孔凸模刃口轮廓,第四章 冲 裁,第五节 排 样 排样是指冲裁件在条料、带料或板料上的布置方法。排样是否 合理，将直接影响到材料利用率、冲件质量、生产效率、冲模结构 与寿命等。因此，排样是冲压工艺中一项重要的、技术性很强的工 作。 一、材料的合理利用 在批量生产中，材料费用

13、约占冲裁件成本的60%以上。因此，合理利用材料，提高材料的利用率，是排样设计主要考虑的因素之一。,第四章 冲 裁,图4-18 材料利用率计算,1.材料利用率,第四章 冲 裁,2.提高材料利用率的措施 (1)采用合理的排样方法 同一形状和尺寸的冲裁件，排样方法不同，材料的利用率也会不同。 (2)选用合适的板料规格和合理的裁板方法 在排样方法确定以后，可确定条料的宽度，再根据条料宽度和进距大小选用合适的板料规格和合理的裁板方法，以尽量减少料头、料尾和裁板后剩余的边料，从而提高材料的利用率。 (3)利用结构废料冲小零件 对一定形状的冲裁件，结构废料是不可避免的，但充分利用结构废料是可能的。,第四章

14、冲 裁,图4-19 圆形冲件的四种排样方法,第四章 冲 裁,图4-20 利用结构废料冲小零件,第四章 冲 裁,图4-21 修改零件形状提高材料利用率,第四章 冲 裁,二、排样方法 根据材料的合理利用情况，排样方法可分为有废料排样、少废料排样和无废料排样三种。 1.有废料排样 2.少废料排样 3.无废料排样,图4-22 排样方法,第四章 冲 裁,表4-17 排样形式分类,第四章 冲 裁,表4-17 排样形式分类,第四章 冲 裁,三、搭边与条料宽度的确定 1.搭边 (1)材料的力学性能 软材料、脆材料的搭边值取大一些，硬材料的搭边值可取小一些。 (2)冲件的形状与尺寸 冲件的形状复杂或尺寸较大时，

15、搭边值取大些。 (3)材料的厚度 厚材料的搭边值要取大一些。,第四章 冲 裁,(4)送料及挡料方式 用手工送料，且有侧压装置的搭边值可以小一些，用侧刃定距可比用挡料销定距的搭边值小一些。 (5)卸料方式 弹性卸料比刚性卸料的搭边值要小一些。,第四章 冲 裁,图4-23 条料宽度的确定 a)有侧压装置 b)无侧压装置 c)用侧刃定距,2.条料宽度与导料板间距 (1)用导料板导向且有侧压装置时(图4-23a) (2)用导料板导向且无侧压装置时(图4-23b) (3)用侧刃定距时(图4-23c),第四章 冲 裁,第四章 冲 裁,表4-19 条料宽度偏差,第四章 冲 裁,表4-20 导料板与条料之间的

16、最小间隙,第四章 冲 裁,表4-21 、y值,1)横裁的板料利用率显著高于纵裁时。 2)纵裁后条料太长，受车间压力机排列的限制操作不便时。 3)条料太重，工人劳动强度太高时。 4)纵裁不能满足冲裁后的成形工序(如弯曲)对材料纤维方向的要求时,第四章 冲 裁,1)排样图上应标注条料宽度B 0、条料长度L、板料厚度t、端距l、进距s、冲件间搭边a1和侧搭边a值、侧刃定距时侧刃的位置及截面尺寸等，如图4-24所示。 2)用剖切线表示出冲裁工位上的工序件形状(也即凸模或凹模的截面形状)，以便能从排样图上看出是单工序冲裁(图4-24a)还是复合冲裁(图4-24b)或级进冲裁(图4-24c)。 3)采用斜排时，应注明倾斜角度的大小。,第四章 冲 裁,图4-24 排样图画法 a)单工序冲裁 b)复合冲裁 c)级进冲裁,