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1、第第2章章 冲冲 裁裁 模模 2.1 冲裁模设计基础2.2 冲裁模设计应用 2.1 冲裁模设计基础冲裁模设计基础2.1.1 冲裁变形原理冲裁变形原理2.1.2 冲裁件的质量分析冲裁件的质量分析2.1.3 冲裁工艺分析冲裁工艺分析2.1.4 冲裁模的分类冲裁模的分类2.1.5 排样排样2.1.6 计算冲压力计算冲压力2.1.7 冲压设备的选择冲压设备的选择2.1.8 确定模具压力中心确定模具压力中心2.1.9 冲裁模刃口尺寸计算冲裁模刃口尺寸计算2.1.10 凸模、凹模的结构设计凸模、凹模的结构设计2.1.11 定位零件定位零件2.1.12 导向零件导向零件2.1.13 卸料与顶件装置卸料与顶件
2、装置2.1.14 连接与固定零件连接与固定零件2.1.1 冲裁变形原理冲裁变形原理在冲裁过程中，凸模与凹模的刃口轮廓与制件相同。凸、在冲裁过程中，凸模与凹模的刃口轮廓与制件相同。凸、凹模之间有一定的间隙。当凸模下冲时，将在凸、凹凹模之间有一定的间隙。当凸模下冲时，将在凸、凹模之间的毛坯板料冲裁成制件。为了控制冲裁件的质模之间的毛坯板料冲裁成制件。为了控制冲裁件的质量，研究冲裁的变形机理，就需要分析冲裁时板料分量，研究冲裁的变形机理，就需要分析冲裁时板料分离的实际过程。离的实际过程。图图2.2所示是金属板料的冲裁变形过程。所示是金属板料的冲裁变形过程。变形过程大致可分为三个阶段。变形过程大致可分
3、为三个阶段。(1) 弹性变形阶段弹性变形阶段 (2) 塑性变形阶段塑性变形阶段 (3) 分离阶段分离阶段 图图2.2 板料被冲裁过程板料被冲裁过程 (a)弹性变形阶段； (b)塑性变形阶段； (c)分离阶段 2.1.2 冲裁件的质量分析冲裁件的质量分析 1. 尺寸精度冲裁件的形状尺寸精度在很大程度上取决于冲模的制造冲裁件的形状尺寸精度在很大程度上取决于冲模的制造精度。冲模的精度愈高，冲裁件的精度愈高。精度。冲模的精度愈高，冲裁件的精度愈高。 2. 断面质量冲裁间隙对于断面质量起决定性的作用。在具有合理间冲裁间隙对于断面质量起决定性的作用。在具有合理间隙的冲裁条件下，冲裁件所产生的初始裂纹将重合
4、，隙的冲裁条件下，冲裁件所产生的初始裂纹将重合，可得正常的冲裁件断面质量。可得正常的冲裁件断面质量。当间隙过大或过小时，上、下裂纹便不能重合。如果间当间隙过大或过小时，上、下裂纹便不能重合。如果间隙过大，如隙过大，如图图2.4(a) 所示，使凸模产生的裂纹向内偏所示，使凸模产生的裂纹向内偏移。板料受拉伸、弯曲，剪切断面塌角变大，光亮带移。板料受拉伸、弯曲，剪切断面塌角变大，光亮带变窄，断裂带变宽，锥度增加，冲裁件将产生穹弯。变窄，断裂带变宽，锥度增加，冲裁件将产生穹弯。如果间隙过小，如如果间隙过小，如图图2.4(b) 所示，会使凸模产生的裂所示，会使凸模产生的裂纹向外偏移。通常允许存在一定大小
5、的毛刺。纹向外偏移。通常允许存在一定大小的毛刺。 图图2.4 间隙和表面质量的关系间隙和表面质量的关系 (a)间隙过大； (b)间隙过小2.1.3 冲裁工艺分析冲裁工艺分析 1. 冲裁件的形状和尺寸要求2. 冲裁件的精度与断面粗糙度冲裁件的精度与断面粗糙度 1. 冲裁件的形状和尺寸要求冲裁件的形状和尺寸要求(1) 冲裁件的形状应尽可能简单、对称。冲裁件的形状应尽可能简单、对称。(2) 冲裁件的凸出悬臂和凹槽的宽度不宜太小，以免凸冲裁件的凸出悬臂和凹槽的宽度不宜太小，以免凸模折断，其合理值见模折断，其合理值见表表2.1。(3) 冲裁件的外形或内形的转角处，要避免尖角出现。冲裁件的外形或内形的转角
6、处，要避免尖角出现。 (4) 冲孔时，由于受到冲孔凸模强度的限制，孔的尺寸冲孔时，由于受到冲孔凸模强度的限制，孔的尺寸不宜过小。冲孔的孔径尺寸与孔的形状、材料的机械不宜过小。冲孔的孔径尺寸与孔的形状、材料的机械性能、材料厚度等有关，性能、材料厚度等有关，(5) 冲裁件的孔与孔之间，孔与边缘之间的距离不应过冲裁件的孔与孔之间，孔与边缘之间的距离不应过小，否则模具的强度和冲裁件的质量不能保证，小，否则模具的强度和冲裁件的质量不能保证，(6) 在弯曲件或拉深件上冲孔时，为了避免冲孔时使凸在弯曲件或拉深件上冲孔时，为了避免冲孔时使凸模受水平推力而折断，其孔边与制件直壁间应保持一模受水平推力而折断，其孔
7、边与制件直壁间应保持一定的距离，定的距离， 表表2.1 冲裁件的凸出悬臂和凹槽的最冲裁件的凸出悬臂和凹槽的最小宽度小宽度B(mm) 材料B硬钢黄铜、软钢紫铜、铝(1.52.0)t(1.01.2)t(0.80.9)t2. 冲裁件的精度与断面粗糙度(1) 冲裁件的经济精度一般不高于冲裁件的经济精度一般不高于IT11级，最高级，最高可达可达IT8IT10级，冲孔比落料的精度约高级，冲孔比落料的精度约高1级。级。冲裁件的尺寸公差、孔中心距的公差及孔对外冲裁件的尺寸公差、孔中心距的公差及孔对外缘轮廓的偏移公差分别见缘轮廓的偏移公差分别见表表2.6表表2.8。 (2) 冲裁件的断面粗糙度一般为冲裁件的断面
8、粗糙度一般为 最高可达高最高可达高 表表2.6 冲裁件内外形所能达到的经济冲裁件内外形所能达到的经济精度精度 基本尺寸/mm材料厚度t/mm3366101018185001IT12IT13IT1112IT14IT12IT13IT1123IT14IT12IT1335IT14IT12IT13表表2.7 两孔中心距公差两孔中心距公差 材料厚度t/mm一般精度较高精度孔距基本尺寸/mm5050150150300505015015030011224461.000.120.150.200.150.200.250.300.200.300.350.400.030.040.060.080.050.060.080
9、.100.080.100.120.15表表2.8 孔中心与边缘距离尺寸公差孔中心与边缘距离尺寸公差 材料厚度t/mm孔中心与边缘距离/mm505012012022022036022440.50.60.70.60.70.80.70.81.00.81.01.22.1.4 冲裁模的分类冲裁模的分类 (1) 按工序的性质可分为落料模、冲孔模、切断模、切口模、剖切按工序的性质可分为落料模、冲孔模、切断模、切口模、剖切模、切边模等。模、切边模等。(2) 按工序的组合方式可分为单工序的简单模和多工序的连续模、按工序的组合方式可分为单工序的简单模和多工序的连续模、复合模以及连续复合模。复合模以及连续复合模。(
10、3) 按模具上、下模的导向方式可分为无导向的开式模和有导向的按模具上、下模的导向方式可分为无导向的开式模和有导向的导板模、导柱模、滚珠导柱模、滚柱导柱模等。导板模、导柱模、滚珠导柱模、滚柱导柱模等。(4) 按控制送料步距的方法可分为固定挡料销式、活动挡料销式、按控制送料步距的方法可分为固定挡料销式、活动挡料销式、自动挡料销式、导正销式、侧刃式等。自动挡料销式、导正销式、侧刃式等。(5) 按凸、凹模的材料可分为碳素工具钢冲模、合金工具钢冲模、按凸、凹模的材料可分为碳素工具钢冲模、合金工具钢冲模、硬质合金冲模、锌基合金冲模、橡皮冲模、聚氨酯橡胶冲模等。硬质合金冲模、锌基合金冲模、橡皮冲模、聚氨酯橡
11、胶冲模等。(6) 按凸、凹模的结构形式可分为整体模与拼块模。按凸、凹模的结构形式可分为整体模与拼块模。(7) 按凸、凹模的位置形式可分为正装模和倒装模。按凸、凹模的位置形式可分为正装模和倒装模。(8) 按模具的卸料方法可分为刚性卸料模和弹性卸料模。按模具的卸料方法可分为刚性卸料模和弹性卸料模。 2.1.5 排样排样 1. 排样的方式排样的方式 几种常见的排样方式见几种常见的排样方式见表表2.10。 2. 材料的利用率排样时，在保证制件质量的前提下，主要考虑如何提高排样时，在保证制件质量的前提下，主要考虑如何提高材料的利用率。材料利用率的计算公式如下：材料的利用率。材料利用率的计算公式如下：一个
12、进距的材料利用率的计算见式一个进距的材料利用率的计算见式(2.1)：3. 搭边排样时制件之间，以及制件与条料侧边之间留下的余料排样时制件之间，以及制件与条料侧边之间留下的余料叫搭边。搭边的作用是补偿条料的定位误差，保证冲叫搭边。搭边的作用是补偿条料的定位误差，保证冲出合格的制件。搭边还可以保持条料有出合格的制件。搭边还可以保持条料有定的刚度，定的刚度，便于送料。便于送料。表表2.10 排样方式排样方式 hhbb直排斜排bbhh直对排混合排bbhh少废料无 废 料2.1.6 计算冲压力计算冲压力 1. 冲裁力的计算采用平刃口凸模和凹模冲裁时，其冲裁力的计算见式采用平刃口凸模和凹模冲裁时，其冲裁力
13、的计算见式(2.3)。 2. 卸料力、推件力和顶件力的计算 如图2.5所示 影响卸料力、推件力和顶件力的因素很多，主要有材料的机械性能、材料厚度、冲裁间隙、制件结构形状和尺寸以及润滑情况等。在生产中，都是采用简单的经验公式来计算：3. 冲裁工艺力的计算图图2.5 卸料力、推件力和顶件力卸料力、推件力和顶件力 2.1.7 冲压设备的选择冲压设备的选择 1. 冲压设备类型的选择 根据所要完成的冲压工艺的性质，生产批量的大根据所要完成的冲压工艺的性质，生产批量的大小，冲压件的几何尺寸和精度要求等来选择设小，冲压件的几何尺寸和精度要求等来选择设备的类型。备的类型。 2. 冲压设备规格的确定在冲压设备的
14、类型选定之后，应该进一步根据冲在冲压设备的类型选定之后，应该进一步根据冲压件的尺寸、模具的尺寸和冲压力来确定设备压件的尺寸、模具的尺寸和冲压力来确定设备的规格。的规格。2.1.8 确定模具压力中心确定模具压力中心 对称形状制件冲模的压力中心，位于制件轮廓图对称形状制件冲模的压力中心，位于制件轮廓图形的几何中心上，非对称制件的冲模以及多凸形的几何中心上，非对称制件的冲模以及多凸模、连续模的压力中心可用解析法予以确定。模、连续模的压力中心可用解析法予以确定。解析法采用空间平行力系的合力作用线的求解方解析法采用空间平行力系的合力作用线的求解方法，根据法，根据“合力对某轴之力矩等于各分力对同合力对某轴
15、之力矩等于各分力对同轴力矩之和轴力矩之和”的合力矩定理求得。的合力矩定理求得。图图2.6所示所示制件压力中心的计算步骤如下制件压力中心的计算步骤如下 略略图图2.6 卸料力推件力顶件力卸料力推件力顶件力 2.1.9 冲裁模刃口尺寸计算冲裁模刃口尺寸计算 1. 尺寸计算原则生产实践证明：由于凸、凹模之间存在着间隙，使落下的料或冲出生产实践证明：由于凸、凹模之间存在着间隙，使落下的料或冲出的孔都带有锥度，落料件的大端尺寸等于或接近于凹模刃口尺寸，的孔都带有锥度，落料件的大端尺寸等于或接近于凹模刃口尺寸，冲孔件的小端尺寸等于或接近于凸模刃口尺寸。如冲孔件的小端尺寸等于或接近于凸模刃口尺寸。如图图2.
16、7所示。所示。2. 刃口尺寸计算方法根据上述原则，就可确定凸、凹模的刃口尺寸及公差。但由于模具根据上述原则，就可确定凸、凹模的刃口尺寸及公差。但由于模具的加工和测量方法不同，在进行具体计算与尺寸公差标注时，其的加工和测量方法不同，在进行具体计算与尺寸公差标注时，其方法也不同，通常按下述方法进行。略方法也不同，通常按下述方法进行。略3. 冲裁间隙 冲裁间隙是指冲裁凸、凹模之间工作部分的尺寸之差。如无特别说冲裁间隙是指冲裁凸、凹模之间工作部分的尺寸之差。如无特别说明，冲裁间隙即指双边间隙。明，冲裁间隙即指双边间隙。图图2.7 刃口尺寸与冲件尺寸的关系刃口尺寸与冲件尺寸的关系 2.1.10 凸模、凹模的结构设计凸模、凹模的结构设计 1. 凸模设计凸模又称冲头，是冲模的关键零件之一，凸模本凸模又称冲头，是冲模的关键零件之一，凸模本身按其作用又可分为工作部分身按其作用又可分为工作部分(即刃口即刃口)和固定和固定部分，如部分，如图图2.13所示。所示。2. 凹模设计 3. 凸凹模4. 镶拼式凸模与凹模图图2.13 凸模凸模 2.1.11 定位零件定位零件 1. 挡料销挡料销的定位面抵住条料的前搭边
