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1、内容提要,在分析冲裁变形过程、冲裁件质量及影响因素基础上，介绍冲裁间隙确定、刃口尺寸计算原则和方法、排样设计、冲裁力与压力中心计算、冲裁工艺性分析与工艺方案制定、冲裁模典型结构、零部件设计及模具标准应用、冲裁模设计方法与步骤等。,第二章 冲裁工艺与模具设计,2.1 概述,分类:,冲裁模：,冲裁：,利用模具使板料沿着一定的轮廓形状产生分离的一种冲压工序。,基本工序：落料和冲孔。既可加工零件，也可加工冲压工序件。,冲裁所使用的模具叫冲裁模，它是冲裁过程必不可少的工艺装备。凸、凹模刃口锋利，间隙小。,普通冲裁、精密冲裁,第二章 冲裁工艺与模具设计,一、冲裁变形时板材变形区受力情况分析,四对力,冲裁时
2、作用于板料上的力 1-凸模 2-板材 3-凹模,了解和掌握冲裁变形规律，有利于冲裁工艺与冲裁模设计，控制冲裁件质量。,凸、凹模间隙存在，产生弯矩。,第二章 冲裁工艺与模具设计,2.2 冲裁变形过程分析,间隙正常、刃口锋利情况下，冲裁变形过程 （动画）可分为三个阶段：,二、冲裁变形过程,1弹性变形阶段() 变形区内部材料应力小于屈服应力 。,2塑性变形阶段() 变形区内部材料应力大于屈服应力。,凸、凹模间隙存在，变形复杂，并非纯塑性剪切变形，还伴随有弯曲、拉伸，凸、凹模有压缩等变形。,3断裂分离阶段 (、) 变形区内部材料应力大于强度极限。,裂纹首先产生在凹模刃口附近的侧面,凸模刃口附近的侧面,
3、上、下裂纹扩展相遇,材料分离,第二章 冲裁工艺与模具设计,冲裁件质量：,三、冲裁件质量及其影响因素,垂直、光洁、毛刺小,图纸规定的公差范围内,外形满足图纸要求；表面平直，即拱弯小,指断面状况、尺寸精度和形状误差。,第二章 冲裁工艺与模具设计,三、冲裁件质量及其影响因素（续）,1、冲裁件断面质量及其影响因素,断面特征 图,圆角带a：,刃口附近的材料产生弯曲和伸长变形。,光亮带b：,塑性剪切变形。质量最好的区域。,断裂带c：,裂纹形成及扩展。,毛刺区d：,间隙存在，裂纹产生不在刃尖，毛刺不可避免。此外，间隙不正常、刃口不锋利，还会加大毛刺。,第二章 冲裁工艺与模具设计,1.冲裁件断面质量影响因素,
4、()材料性能的影响,三、冲裁件质量及其影响因素（续）,()模具间隙的影响,间隙小，出现二次剪裂，产生第二光亮带,间隙大，出现二次拉裂，产生二个斜度,()模具刃口状态的影响,当凸模刃口磨钝时，则会在落料件上端产生毛刺；,当凹模刃口磨钝时，则会在冲孔件的孔口下端产生毛刺；,当凸、凹模刃口同时磨钝时，则冲裁件上、下端都会产生毛刺。,第二章 冲裁工艺与模具设计,2.冲裁件尺寸精度及其影响因素,三、冲裁件质量及其影响因素（续）,冲裁件的尺寸精度： 指冲裁件的实际尺寸与图纸上基本尺寸之差。,影响因素：,该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。,（1）冲模的
5、制造精度（零件加工和装配） （2）材料的性质 （3）冲裁间隙,第二章 冲裁工艺与模具设计,3冲裁件形状误差及其影响因素,三、冲裁件质量及其影响因素（续）,冲裁件的形状误差：,翘曲：,指翘曲、扭曲、变形等缺陷。,冲裁件呈曲面不平现象。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矫正也会产生翘曲。,扭曲：,冲裁件呈扭歪现象。它是由于材料的不平、间隙不均匀、凹模后角对材料摩擦不均匀等造成的。,变形：,由于坯料的边缘冲孔或孔距太小等原因，因胀形而产生的。,第二章 冲裁工艺与模具设计,2.3 冲裁间隙,一、间隙的作用,冲裁间隙Z：,指冲裁模中凹模刃口横向尺寸DA
6、与凸模刃口横向尺寸dT的差值。,第二章 冲裁工艺与模具设计,一、间隙的作用,1.间隙对冲裁件质量的影响,2.间隙对冲裁力的影响,随间隙的增大冲裁力有一定程度的降低，但影响不是很大。 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。,间隙是影响冲裁件质量的主要因素。,第二章 冲裁工艺与模具设计,一、间隙的作用（续）,3.间隙对模具寿命的影响,模具正常失效：磨损； 模具非正常失效：变形、崩刃、折断和涨裂工艺设计不合理。,间隙过小将使磨损增加，甚至使模具与材料之间产生粘结现象，并引起崩刃、凹模胀裂、小凸模折断、凸凹模相互啃刃等异常损坏。 从延长模具寿命考虑，应在保证模具正常失
7、效和冲裁件质量的前提下适当采用较小的间隙值。,第二章 冲裁工艺与模具设计,冲裁间隙确定原则：考虑到在生产过程中的磨损使间隙变大，故设计与制造新模具时应采用最小合理间隙 Zmin,二、冲裁模间隙值的确定,1.理论法确定法,2.经验确定法 较小间隙值（表2.3.2） 较大间隙值（表2.3.3）,第二章 冲裁工艺与模具设计,第二章 冲裁工艺与模具设计,第二章 冲裁工艺与模具设计,第二章 冲裁工艺与模具设计,间隙对剪切裂纹与断面质量的影响 ）间隙过小 ）间隙合理 ）间隙过大,第二章 冲裁工艺与模具设计,凸、凹模刃口磨钝时毛刺的形成情况 a) 凹模磨钝 b) 凸模磨钝 c) 凸、凹模均磨钝,第二章 冲裁
8、工艺与模具设计,垫圈的落料与冲孔 a)落料 b)冲孔,第二章 冲裁工艺与模具设计,落料冲孔复合模,1-下模板 2-卸料螺钉 3-导柱 4-固定板 5-橡胶 6-导料销 7-落料凹模 8-推件块 9-固定板 10-导套 11-垫板 12、20-销钉 13-上模板 14-模柄 15-打杆 16、21-螺钉 17-冲孔凸模 18-凸凹模 19-卸料板 22-挡料销,第二章 冲裁工艺与模具设计,第二章 冲裁工艺与模具设计,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,第二章 冲裁工艺与模具设计,圆角带,光亮带,断裂带,毛刺区,冲裁变形过程,第二章 冲裁工艺与模具设计,2.4 凸模与凹
9、模刃口尺寸的确定,一、凸、凹模刃口尺寸计算原则 设计落料模先确定凹模刃口尺寸。以凹模为基准，间隙取在凸模上，即冲裁间隙通过减小凸模刃口尺寸来取得。 设计冲孔模先确定凸模刃口尺寸。以凸模为基准，间隙取在凹模上，冲裁间隙通过增大凹模刃口尺寸来取得。 根据冲模在使用过程中的磨损规律，设计落料模时，凹模基本尺寸应取接近或等于工件的最小极限尺寸； 设计冲孔模时，凸模基本尺寸则取接近或等于工件孔的最大极限尺寸。 模具磨损预留量与工件制造精度有关。,第二章 冲裁工艺与模具设计,冲裁（设计）间隙一般选用最小合理间隙值（Zmin）。,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，即要保证工件的精度要求
10、，又要保证有合理的间隙值。,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。但对于磨损后无变化的尺寸，一般标注双向偏差。,一、凸、凹模刃口尺寸计算原则（续）,第二章 冲裁工艺与模具设计,加工方法：,1.分开加工,二、凸、凹模刃口尺寸的计算方法,具有互换性、制造周期短，但Zmin不易保证，需提高加工精度，增加制造难度。,2.配合加工 Zmin易保证，无互换性、制造周期长。,第二章 冲裁工艺与模具设计,1按凸模与凹模图样分别加工法,（1）落料,二、凸、凹模刃口尺寸的计算方法（续）,（2）冲孔,（3）孔心距,=L,第二章 冲裁工艺与模具设计,1按凸模与凹模图样分别加工法（
11、续）,为了保证可能的初始间隙不超过Zmax，即,二、凸、凹模刃口尺寸的计算方法（续）,凸、凹模的制造公差，可按级来选取，也可查表2.4.1选取，但需校核。或取,+ZminZmax，选取必须满足以下条件：,第二章 冲裁工艺与模具设计,2凸模与凹模配作法,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制另一件。,二、凸、凹模刃口尺寸的计算方法（续）,特点：,的条件，并且还可放大基准件的制造公差，,使制造容易。,模具的间隙由配制保证，工艺比较简单，不必校核,第二章 冲裁工艺与模具设计,2凸模与凹模配作法（续）,（1）根据磨损后轮廓变化情况，正确判断出模
12、具刃口尺寸类型：磨损后变大，变小还是不变。 （2）根据尺寸类型，采用不同计算公式。 磨损后变大的尺寸，采用分开加工时的落料凹模尺寸计算公式。 磨损后变小的尺寸，采用分开加工时的冲孔凸模尺寸计算公式。 磨损后不变的尺寸，采用分开加工时的孔心距尺寸计算公式。,二、凸、凹模刃口尺寸的计算方法（续）,（3）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（）。,冲制图示零件，材料为Q235钢，料厚t=0.5mm。计算冲裁凸、凹模刃口尺寸及公差。,三、例1,解：由图可知，该零件属于无特殊要求的一般冲孔、落料。,外形,和180.09
13、由冲孔同时获得。查表2.3.3得，,由落料获得，,，则,第二章 冲裁工艺与模具设计,由公差表查得：,三、例1（续）,为IT12级，取x = 0.75；,设凸、凹模分别按IT6和IT7级加工制造，则 冲孔：,校核：,0.008 + 0.012 0.06 - 0.04 0.02 = 0.02（满足间隙公差条件）,为IT14级，取x = 0.5；,第二章 冲裁工艺与模具设计,孔距尺寸：,三、例1（续）,=L=180.12520.09 = (180.023)mm,校核：0.016 + 0.025 = 0.04 0.02（不能满足间隙公差条件） 因此，只有缩小模具公差，提高制造精度，才能保证间隙在合理范
14、围内，由此可取：,=0.40.02=0.008mm,=0.60.02=0.012mm,落料：,第二章 冲裁工艺与模具设计,故：,三、例1（续）,第二章 冲裁工艺与模具设计,如图2.4.3所示的落料件，其中,三、例2,d = 220.14mm,板料厚度t=1mm，材料为10号钢。试计算冲裁件的凸模、凹模刃口尺寸及制造公差。,由表2.3.3查得：,解：该冲裁件属落料件，选凹模为设计基准件，只需要计算落料凹模刃口尺寸及制造公差，凸模刃口尺寸由凹模实际尺寸按间隙要求配作。,第二章 冲裁工艺与模具设计,三、例2（续）,落料凹模的基本尺寸计算如下： 第一类尺寸：磨损后增大的尺寸,由公差表查得： 尺寸80m
15、m，选x = 0.5；尺寸15 mm，选x = 1；其余尺寸均选x = 0.75。,第二章 冲裁工艺与模具设计,三、例2（续）,第三类尺寸：磨损后基本不变的尺寸,第二类尺寸：磨损后减小的尺寸,落料凸模的基本尺寸与凹模相同，分别是79.79mm，39.75mm，34.75mm，22.07mm，14.94mm，不必标注公差，但要在技术条件中注明：凸模实际刃口尺寸与落料凹模配制，保证最小双面合理间隙值,落料凹模、凸模的尺寸如图。,第二章 冲裁工艺与模具设计,落料凸、凹模尺寸 a) 落料凹模尺寸 b) 落料凸模尺寸,第二章 冲裁工艺与模具设计,2.5 冲裁排样设计,一、材料的合理利用,一个步距内的材料利用率,材料利用率：,1材料利用率,冲裁件的实际面积与所用板料面积的百分比，它是衡量合理利用材料的经济性指标。,第二章 冲裁工艺与模具设计,一、材料的合理利用（续）,一张板料(或带料、条料)上总的材料利用率,1材料利用率（续）,第二章 冲裁工艺与模具设计,冲裁所产生的废料：一类是结构废料；另一类是工艺废料。,2提高材
