工艺技术_精密冲裁工艺及精冲模具设计简介

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1、第九节精密冲裁工艺及精冲模具设计简介,291精密冲裁概述,1精密冲裁的工作原理及过程,尺寸精度高、冲裁面光洁、翘曲小且互换性,基本要素:精冲机床、精冲模具、精冲材料、精冲工 艺及精冲润滑,普通冲裁和精冲两种工艺方法的区别,(1)采用带齿圈的压板起强烈的压边作用，使之造成三向压应力状态，增加变形区及其邻域的静水压。 (2)凹模(或凸模)刃尖处制造出0.020.2 mm左右的小圆角，抑制剪裂纹的发生，限制断裂面的形成，有利于工件断面的挤光作用。 (3)采用较小的间隙(甚至零间隙)，使变形区的拉应力尽量小，压应力增大。 (4)施加较大的反顶力，减小材料的弯曲，同时起到增加压应力的作用。 精冲过程,2

2、.9.2精密冲裁的工艺方法,1整修 将普通冲裁后的毛坯放在整修模中，进行一次或多次的整修加工，除去粗糙不平的冲裁断面和锥度，从而得到光滑平整的断面的方法。 2光洁冲裁 (1)小间隙圆角刃口冲裁 (2)负间隙冲裁 3往复冲裁 4对向凹模冲裁,1精冲件材料的工艺性 精冲的材料必须具有良好的变形特性，以便在冲裁过程中不致发生撕裂现象。,2.9.3精冲件的工艺性,2.9.3精冲件的工艺性,2精冲件的结构工艺性 (1)圆角半径 为了保证零件的质量和模具的寿命，要求零件避免有尖角太小的圆角半径 (2)孔径、槽宽和壁厚 精冲件的孔径d和槽宽b不能太小，否则也会影响模具寿命和零件质量 (3)齿形 精冲齿轮时若

3、节圆上的齿厚小于料厚，则凸模上承受很高的压力。一般要求节圆齿厚s0.6t。当齿形合理、材料的精冲性能良好时，精冲最小齿厚可为材料的40，即s=0.4t,2.9.4精密冲裁模的设计要点,1设计要求和内容 (1)模具结构必须满足精冲工艺要求，并能在工作状态下形成立体压应力体系。 (2)模具具有较高的强度和刚度，导向精度良好。 (3)认真考虑模具的润滑、排气，并能可靠清除冲出的零件及废料。 (4)模具结构简单、维修方便，具有良好的经济性,2精冲的排样和精冲力的计算,(1)精冲排样设计 合理的材料利用率 足够的齿圈位置 稳定的废料栅(搭边)送料刚度 最佳的排样方法 1)零件形状复杂的部分或光洁面要求较

4、高的部分应尽可能放在送料侧 2)如果零件光洁面部分要求少或到条料边缘的局部冲裁长度L小于5倍料厚，排料时可低于正常边距值。 3)通常允许齿圈压痕重叠，但不能损伤冲裁面质量。,2精冲的排样和精冲力的计算,搭边计算 由于精冲时压边圈上带有V形齿圈，故搭边、边距和步距数值都较普通冲裁为大。影响它们的因素主要有：零件冲裁面质量、料厚及强度、零件形状、齿圈分布。 搭边和边距数值一般为：零件与零件间搭边， 零件与料边边距口,2精冲的排样和精冲力的计算,(2)精冲力 由于精冲是在三向受力状态下进行冲裁的，其变形抗力比普通冲裁要大得多。保 证精冲需要的工艺力，是实现精冲工艺的重要工艺参数。精冲总压力为 FP=

5、FP冲裁+FP压边+FP反压 (291) 根据有关设计资料有 FP冲裁=Ltbf1 FP压边=Lhbf2 FP反压=SFP 式中系数f1=0609，常取0.9；L为剪切轮廓线长；系数f2常取4；h为齿圈高度；SF为零件受压面积；p为零件的单位反压力，取20-70 MPa，大面积时取大值，小面积、薄零件时取小值,1精冲模与普通冲模的结构比较,(1)精冲模有凸出的齿形压边圈，材料在压边圈和凹模、反压板和凸模的压紧下实现冲裁，工艺要求压边力和反压力大大地大于卸料力的顶件力，以满足在变形区建立三向不均匀压应力状态的要求，因此精冲模受力比普通冲模大，刚性要求更高。 (2)精冲模凸模和凹模之间的间隙小，大

6、约是料厚的051，而普通冲裁模的间隙约为料厚的515(甚至更大)。 (3)精冲模冲裁完毕模具开启时，反压板将零件从凹模内顶出，压边圈将废料从凸模上卸下，不另外需要顶件和卸料装置。 (4)由于精冲模为上出件，模具无漏料孔，可使凸凹模和模座更加坚固。,2精冲模的结构,(1)活动凸模式精冲模 活动凸模式精冲模的优点是：维修简单，安装方便，适于冲裁力不大的中小零件。缺点是：在冲内孔多的零件时，凸模1的支承推板13强度不够。 (2)固定凸模式精冲模 优点是结构稳定，凸模的支承好。缺点是制造和调整麻烦，且需专用的结合环。 (3)简易精冲模 简易精冲模利用碟簧(见机械零件手册)在机械作用下变形产生的轴向压缩

7、力，对冲裁过程产生齿圈压力和顶件力,296精冲模齿圈的设计,1齿圈的作用 (1)固定被加工板料，避免材料受弯曲或拉伸。 (2)抑制冲件以外的力。 (3)压应力提高了被加工材料的塑性变形能力。 (4)减少塌角。 (5)兼退料作用。,296精冲模齿圈的设计,2齿圈的分布 (1)在塌角大的部分，V形齿圈应和刃口的形状相一致。 (2)在塌角较小的部分，V形齿圈与刃口形状可以不一致 (3)冲小孔时一般不需要V形齿圈；冲大孔时(直径在3040 mm以上时)，建议在顶杆上加V形齿圈。 (4)如果料厚t45mm，或材料强度高(b800 MPa)，或者对于齿轮和带锐角的零件，通常使用两个v形齿圈，一个做在齿圈压

8、板上，另一个做在凹模上，即双齿圈。,296精冲模齿圈的设计,3齿圈的结构,(1)齿圈的形式“ 精冲齿圈常用三角形凸起，也可使用台阶形和圆锥形(截面斜角为4520)压板来压边,图2922齿圈形式 a)V形环;b)台阶形；c)圆锥形,296精冲模齿圈的设计,(2)齿形参数 齿形角度和 齿圈高度h,齿圈高度h与材料厚度、机械性能和齿圈位置等因素有关。h=Kt t为料厚，K系数，由图2923选取 4齿圈的尺寸 V形齿圈已标准化,296精冲模齿圈的设计,4齿圈的尺寸（续） 根据Feintool资料,当t=4.5mm，而仅在压板或凹模上使用齿圈时，其值可由表2.9.4选取；当t4.5mm，而在压板和凹模上

9、同时使用齿圈时，其值可由表2.9.5选取。 根据Schmid资料，如图2.9.25所示，当t4mm时，使用单面齿圈；当t4mm时，使用双面齿圈。其值由表2.9.6选取。,296精冲模齿圈的设计,5齿圈的保护 精冲时，齿圈与材料接触。为了防止齿圈与凹模相碰或采用双齿圈时的互撞而造成破坏，在齿圈压板或凹模上设计高出齿顶的保护面 ，其高度必须小于料厚，以免冲裁时发生干涉 。图示 在设计保护面时，还应考虑其位置的正确性，特别是受力状态，以防止弯曲或损坏。另外，当两侧都有保护面时，保护面高度必须一致，以避免工作时产生倾斜力。图示,第十节硬质合金冲裁模,2.10.1硬质合金材料的性能及模具的寿命 所谓硬质

10、合金冲模一般是指凸模或凹模为硬质合金材斟，或凸模和凹模均为硬质合金材料的冲模 硬质合金耐磨性好、抗压强度高、弹性模量大，但冲击韧度较差、抗弯强度低、加工性差。 硬质合金具有高硬度、耐磨损等特性，用它制造的模具寿命比用合金工具钢制造的高几十倍至1百倍,第十节硬质合金冲裁模,1硬质合金冲模与钢冲模的比较 硬质合金冲模的模座、凸模及凹模、固定板等的强度及硬度要求较高。 导向装置的精度与刚度要求也高。 卸料板一般还要求起导板的作用。 硬质合金模凸、凹模的间隙比钢冲模稍大。 压力机精度要高 。,第十节硬质合金冲裁模,2.10.1硬质合金材料的性能及模具的寿命（续） 2硬质合金的牌号与性能 一般硬质合金是

11、以碳化钨和碳化钛为基，以钴、镍或铁做粘结剂，经烧结而成。因其主要成分是硬质相，所以不能进行切削加工。表2.10.1。 钢结硬质合金既有近似硬质合金的高硬度、高耐磨性，又有一般工具钢的可切削加工、锻造、焊接、热处理等性能。表2.10.2。,第十节硬质合金冲裁模,2102硬质合金冲裁模的结构设计特点 1排样的要求 在级进模中大部分采用侧刃定位，侧刃位置要适当。排样时也应避免凸、凹模单边工作 2对模架的要求模架要求刚性好、精度高。上、下模座的厚度比钢冲模要大。模架材料以45钢为好，调质处理到2530 HRC。为提高模架的导向精度，可采用滚动导向装置。模柄一般多采用浮动式，如图2103所示。,第十节硬

12、质合金冲裁模,2.10.2硬质合金冲裁模的结构设计特点 3对其他零件的要求 (1)硬质合金模具的间隙比普通模具要大，一般取普通钢模的1.5倍。 (2)当采用弹性卸料板时，卸料板应装有导向装置，对凸模进行导向。为了防止弹性卸料板在冲裁时撞击凹模的硬质合金镶块，模具闭合时卸料板与硬质合金凹模之间应有 的间隙，如图2104所示。 (3)为防止硬质合金凹模在冲裁时因弯曲变形而碎裂，在凹模底部应加淬硬的厚垫板。 (4)对小凸模应将其根部加粗，或配以护套以增加小凸模的刚性，并采用卸料导向。,第十节硬质合金冲裁模,2.10.2硬质合金冲裁模的结构设计特点 4对压力机的要求 压力机应有良好的刚性 压力机精度要

13、高 采用快速压力机为宜，并配备自动送料装置。压力机的离合器必须能对故障信号作出迅速反应，及时停机。,第十节硬质合金冲裁模,2102硬质合金冲裁模的结构设计特点 2103硬质合金块的固定 (1)焊接固定法 (2)机械固定法 (3)热套(或冷压)固定法 (4)黏结固定法,普通冲裁与精冲的区别,1一落料凸模 2一凹模 3一冲孔凸模 4一顶件板 5一顶杆 6一压板 7一压杆 8一齿圈 9一精冲材料 lO一精冲件 1l一内形废料 c一冲裁间隙 图292精冲示意图,1一齿圈压板 2一凹模(落料) 3一凸凹模 4一顶板 5一材料 6一零件 7一冲孔废料 图293精冲过程 a)模具初始位置b)齿圈压入；c)冲

14、裁；d)冲裁过程结束；e)模具开启； f)卸出冲孔废料；g)顶出零件及卸出带料；h)排出零件和废料，向前送料,1一凹模；2一切屑；3一凸模；4一工件 图294整修,图295 小间隙圆角刃口冲裁 图296负间隙冲裁,a)落料b)冲孔,图297往复冲裁 图298对向凹模冲裁的过程,图2917精冲模与普通复合模的比较 a)活动凸模式精冲模与普通复合模； b)固定凸模式精冲模与普通复合模,1一凸模；2一凹模；3一顶件板；4一压边圈；5一冲孔凸模；6顶杆；7一传力杆；8一垫板； 9一支承环；10一冲孔凸模垫板；11一传力杆；12一凸模座；13一推板；14一座圈；15一垫板；16一模座；17一导向装置；1

15、8一压床上工作台；19一压床下工作台；20一标准结合环；21一顶柱； 22一顶柱；23一定位板；24一液压活塞 图2918活动凸模式复合精冲模,1一凹模；2一压边圈；3一凸模；4一顶件板；5一冲孔凸模；6一顶杆；7一冲孔凸模； 8一顶杆；9一垫座；10一凸模座板；11一垫板；12一下垫板；13一传力杆；14一闭锁销； 15一模座；16一支板；17一导向件；18一压床上工作台；19一压床下工作台；20一专用 上结合环；21一专用下结合环；22一压板；23一支承销；24一液压活塞；25一缩紧环 图2919 固定凸模式复合精冲模,l一导柱；2一导套；3一上托；4一螺钉；5一销钉；6一螺钉；7一模柄；8一销钉；9一垫板；lO一凸模；11一凸模固定板；12一齿圈压板；13一销钉套；14一销钉；15一凹模； 16一限位螺柱；17一固定板；18一顶杆；19一螺母；20一缀钉；21一底座；22一螺钉； 23一推件板；24一螺钉；25一螺母；26一垫片；27一卸辩板；28一糠簧；29一螺钉 图2920简易精冲落料模,图2923齿高系数K 图2924齿圈尺寸,表294压板或凹模有齿圈时的齿圈尺寸,t一料厚；K一凸模退回距离；K一顶板顶出距离；R。一凹模圆角，R。=(0102)t l一压板；2一凹模；3一凸模；4一顶件板；5一传力杆 图2925齿圈尺寸,图2926齿圈的保护 a)单齿圈保护面(压板