锻压工艺学冲裁

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1、冲压工艺1 概述概念：特点：分类：分离工序和成形工序。 分离工序：使冲压件与板料沿一定的轮廓线相互分离，同时，冲压件分离端面的质量也要满足一定的要求。 ：使冲压毛坯在不破坏的条件下发生塑性变形，并转化成所要求的成品形状，同时也能满足尺寸精度方面的要求。 1表1.1 分离工序2表1.2 成形工序3452 冲裁概念：利用冲模使材料分离的一种冲压工序。落料：若目的是为了制取一定外形的冲落部分，则为料。冲孔：若目的是为了制取所需形状的孔（冲去的为废料），则称为冲孔。 62.1 冲裁过程分析冲裁变形过程分为三个阶段：第一阶段：弹性变形阶段，材料产生：弹性压缩、穹弯，并稍压入凹模腔口。第二阶段：塑性变形阶

2、段，在塑剪变形的同时还伴有纤维的弯曲与拉伸。第三阶段：断裂阶段，刃口附近应力达到破坏应力时，先后在凹、凸模刃口侧面产生裂纹，裂纹产生后沿最大剪应力方向向材料内层发展，使材料分离。7剪切断面分析 冲出的工件断面明显地分成三个特征区：圆角带、光亮带与断裂带。 圆角带：冲裁中刃口刚压入材料时，刃口附近材料产生弯曲和伸长变形的结果 。影响圆角带(塌角)大小的因素 ：材料性质、工件轮廓形状、凸模与凹模的间隙等。 图1-9 冲裁零件的断面8光亮带：材料塑剪变形时，在毛坯一部分相对另一部分移动过程中，模具侧压力将毛坯压平而形成的光亮垂直的断面。影响因素：材料性质、凸、凹模间隙、模具刃口的磨损程度等。断裂带：

3、由刀口处的微裂纹在拉应力作用下不断扩展而形成的撕裂面，断面粗糙，且有斜度。 9图2.3 冲裁区应力与应变情况 a-塌角;b-光亮带;c-剪裂带；d-毛刺;-正应力; -切应力 10 图2.4 冲裁间隙2.2 凸模与凹模之间的间隙112.2.1 间隙对冲裁件质量的影响(1)间隙对冲裁件断面质量的影响：间隙合理：冲出的制件(或孔)断面虽有一定斜度，但比较平直、光洁，毛刺很小，且冲裁力小。间隙过小 ：在上、下裂纹中间的部分产生二次剪切，制件断面的中部留下撕裂面，两头呈光亮带，在端面出现挤长的毛刺。12间隙过大：材料的弯曲与拉伸增大，拉应力增大，材料易被撕裂，且裂纹在离开刃口稍远的侧面上产生，致使制件

4、光亮带减小，圆角与断裂斜度增大，毛刺大而厚，难以去除。13图2.6 间隙对光亮带、塌角、毛刺的影响14(2)间隙对尺寸精度的影响尺寸精度：含两方面：凸模或凹模尺寸的偏差，模具本身的制造偏差。凸凹模尺寸的偏差：工件从凹模内推出（落料）或从凸模上卸下（冲孔）时，材料的挤压变形、纤维伸长、穹弯都要产生弹性恢复造成的。 影响因素：15凸、凹模间隙较大：材料受拉伸作用增大，造成： (1)落料尺寸；(2)冲孔孔径。间隙较小：材料受凸、凹模挤压力大，冲裁后，材料的弹性恢复，造成： (1)落料尺寸；(2)冲孔孔径。软钢的弹性变形量较小，冲裁后的弹性恢复量也就小。硬钢的弹性恢复量较大。 16图.2.7 间隙对冲

5、裁件尺寸精度的影响172.2.2间隙对冲裁力的影响图2.7.1 间隙大小对冲裁力的影响 图2.8.1 间隙大小对卸料力的影响182.2.3间隙对模具寿命的影响模具寿命：以冲出合格制品的冲裁次数来衡量，分两次刃磨间的寿命与全部磨损后总的寿命。凸模刃口磨钝 ：凹模刃口磨钝：凸、凹模磨钝 ：刃口磨钝还将使制件尺寸精度、断面光洁度降低，冲裁能量增大。 19根据Holm法则，附着磨损时单位接触面上的磨损量：式中 S-附着磨损量； p-接触压力； l-接触面相对滑动距离； s-模具材料的屈服极限； K-由于附着而引起磨损的概率。20冲裁中的接触压力即垂直力、侧压力、摩擦力均随间隙的减小而增大，且间隙小时，

6、光亮带增大，摩擦距离增长，摩擦发热严重，所以采用小间隙将使磨损增加 。凸、凹模磨损程度不同的原因：212.2.4 凸凹模间隙值的确定（1）理论确定法由图2.4的几何关系可得：式中 c单边间隙，毫米； t材料厚度，毫米； b光亮带宽度，毫米； 产生裂纹时凸模挤入材料的相对深度，毫米； 剪裂纹与垂线间的夹角。影响间隙值的主要因素是材料性质和厚度。 22表2.1 b/t与值（厚度t，毫米）材料b/t*100%t4软钢757070656555554056中硬钢656060555548453545硬钢5047474544383525423(2)经验确定法c=mt式中 t材料厚度，毫米； m系数，与材料性

7、能及厚度有关。软钢、纯铁 m=69% 铜、铝合金 m=610% 硬钢 m=812% 对于尺寸精度、断面垂直度要求高的工件应选用较小间隙值；对于断面垂直度与尺寸精度要求不高的工件，应以降低冲裁力、提高模具寿命为主，可采用大间隙值。24间隙的选用主要考虑：1）在同样条件下，非圆形比圆形的间隙大，冲孔间隙比落料大。2）凹模为斜壁刃口时，比直壁刃口间隙小。3）高速冲压时间隙应增大（为什么？）。4）热冲时材料强度低，间隙应比冷冲时小。25 图2.10.1 不同间隙情况下的剪切断面262.3凸、凹模刃口尺寸的计算凸、凹模刃口尺寸的计算2.3.1 凸、凹模尺寸计算原则落料件尺寸由凹模刃口尺寸决定；冲孔件尺寸

8、由凸模刃口尺寸决定。计算凸、凹模刃口尺寸时，取最小合理间隙（为什么？）。(1)落料：先确定凹模工作部分尺寸，凸模公称尺寸应比凹模公称尺寸小一个最小合理间隙值。 (2)冲孔时：先确定凸模工作部分尺寸，凹模公称尺寸应比凸模公称尺寸大一个最小合理间隙值。27 (3)落料件：标注单向负公差。假定工件的公称尺寸为D，工件公差为，则工件尺寸就是 。冲孔件：一般为单向正公差，假定冲孔件的公称尺寸为d，工件公差为，则冲孔件尺寸为 。 2.3.2 凸、凹模分开加工时尺寸与公差的确定 凸、凹模分开加工的含义： 适用于圆形或形状简单的工件。凸、凹模图纸要分别标注凸、凹模刃口尺寸与其制造公差。28（1）落料 设落料件

9、尺寸为 ，先确定凹模尺寸，再减小凸模尺寸以保证最小合理间隙。 图2.10.2 冲裁模尺寸与公差29其凸、凹模工件部分尺寸的计算公式如下：30（2）冲孔 设冲孔尺寸为 ，先确定凸模尺寸，再增大凹模尺寸以保证最小合理间隙。 凸、凹模工作部分尺寸的计算公式如下：孔心距Ld-凹模孔心距的公称尺寸；L-工件孔心距的公称尺寸；-工件孔心距的精度。31 凸、凹模分开加工法，必须满足： 否则应提高凸、凹模的制造精度等级或取 和 。 优点：凸、凹模具有互换性，便于模具成批制造，适用于工件大量生产。 缺点：为了保证合理间隙，需要较高的制模精度等级，模具制造困难，加工成本高。322.3.3 凸、凹模配合加工时尺寸与

10、公差的确定凸、凹模配合加工的含义：方法：先加工出的凸模(或凹模)作为基准件，工作部分的尺寸作为基准尺寸，在与它配做的凹模(或凸模)图纸上标注相应部分的凸模公称尺寸(或凹模公称尺寸)。优点：基准件的制造公差p(或d)的大小，不受凸、凹隙大小的限制，模具制造容易，适于形状复杂冲裁件。 33 1落料（1）凹模磨损尺寸增加 （2）凹模磨损后尺寸减小 （3）凹模磨损后尺寸不变 342冲孔（1）凸模磨损后尺寸减小 （2）凸模磨损后尺寸增大 （3）凸模磨损后尺寸不变 352.4 冲裁力和功冲裁力和功 2.4.1 冲裁力和功平刃冲模的冲裁力可按下式计算：p=kLt 式中 P-冲裁力，牛顿； L-冲裁周边长度，

11、毫米； t-材料厚度，毫米； -材料抗剪强度，(牛顿毫米2)； k-系数。 36平刃口冲裁时，其冲裁功可按下式计算： A=mPt1000式中 A-冲裁功 牛顿米； t-材料厚度 毫米； P-冲裁力 牛顿； m-系数，与材料有关，一般取m=0.630。37图2.9 斜刃冲模与阶梯凸模斜刃冲模：斜刃冲裁力Ps：式中 P 用平刃冲模冲裁时所需的力，KN; K斜刃冲裁的减力系数(查表)。38阶梯凸模减力时应注意：(1)阶梯高度差H稍大于断面光亮带b。(2)各阶梯凸模的分布要注意对称（原因）。(3)先工作的凸模应是端部带有导正销的凸模。一般先冲大孔，后冲小孔（原因）。392.4.2卸料力、推件力与顶件力

12、卸料力：推件力：顶件力：图2.10 卸料力、推件力与顶件力40经验公式计算：式中 K卸、K推、K顶分别为卸料系数、推件系数和顶件系数； P冲裁力，牛顿； n卡在凹模孔内的工件数。影响因素：材料的机械性能和厚度、工件形状和尺寸大小、凸凹模间隙、排样的搭边大小及润滑情况等 412.5 排样排样 ：工艺废料 ：结构废料 ：图2.11 废料分类422.5.1 排样方法(1)有废料排样(2)少废料排样(3)无废料排样图2.12 排样方法a)有废料排样；b)少废料排样；c) 无废料排样4344452.5.2 搭边搭边 ：作用：影响搭边 值大小的因素：（1）材料的机械性能；（2）工件的形状与尺寸；（3）材料

13、厚度；（4）送料及挡料方式。462.5.3 条料宽度的确定进距 ：决定挡料销位置的依据。宽度原则：最小宽度保证冲裁时工件周边有足够的搭边值；最大宽度保证冲裁时在导料板之间顺利地送进，并与导料板之间有一定间隙。47(1)无侧压装置的条料宽度 ： (2)有侧压装置的条料宽度： 模具导料板之间的距离： A=B+b0 B条料公称宽度，mm； D垂直于送料方向的工件尺寸，mm； al侧搭边，mm； b0条料与导料板间的间隙； 条料宽度的公差，图2.12.2 条料宽度B和导料间距离A(a)无侧压装置；(b) 有侧压装置1-导料板；2-凹模48(3)有侧刃的条料宽度导料板间距离：A=B+b0 AD十2a1十

14、b1 n侧刃数；c侧刃冲切的料边宽度，mm；b1 冲切后的条料宽度与导料板间的间隙。492.6其他冲裁方法2.6.1整修1.外缘整修外缘整修的质量与整修次数、整修余量以及整修模结构等因素有关。 厚度小于3 mm的外形简单的工件，只需一次整修。厚度大于3 mm或工件有尖角时，需进行多次整修。 尖角的整修 1-第一次整修；2-第二次整修50整修前落料凸、凹模的尺寸应为凸模： 凹模： 式中 D-工件公称尺寸，mm； z-双面间隙值，mm y-整修余量，mm。51整修时所需的力可按下式近似计算：L-整修周边长度； S-总的金属切削量； n-同时卡在凹模内的零件个数； t-材料厚度； 0-抗剪强度。52

15、2内孔整修目的：校正孔的坐标位置、降低粗糙度和孔的尺寸精度。对余量的要求：修正余量 ：图3.33 小孔的整修 图2.32 整修模双面间隙 1-凹模；2-工件；3-切去的部分 532.6.2 精密冲裁方法： （1）采用极小的间隙，甚至负间隙；（2）采用带有小圆角或椭圆角的凹模(落料)和凸模(冲孔)刃口。作用：（1）；（2）；（3）54 1小间隙圆角凹模冲裁 落料，凹模刃口椭圆角或小的圆角，凸模普通形式，双面间隙值小于0.010.02mm，且与材料厚度无关。圆角凹模冲裁适用于塑性较好的材料。冲孔时要采用带有圆角的凸模，而凹模为普通形状。55 2负间隙冲裁562.7其它冲裁法其它冲裁法（1）聚氨酯冲

16、裁用聚氨酯橡胶代替钢质冲模中的凸模、凹模或凸凹模。落料时用橡胶作为凹模，凸模仍用金属材料；冲孔时用橡胶作为凸模，凹模仍用金属材料。 57（2）锌基合金模冲裁锌基合金冲模采用以锌为基体的锌、铝、铜三元素合金材料，通过铸造方法制成的。落料时用锌基合金做凹模，用工具钢组凸模。冲孔时，采用锌基合金做凸模，用工具钢做凹模。 （3）硬质合金模冲裁硬质合金是一种或多种难熔金属的碳化物（如碳化钨WC，碳化钛TiC等），采用粉末冶金方法制造的合金材料。优点： 582.8冲裁的工艺设计冲裁的工艺设计2.8.1 冲裁的工艺性分析冲裁件的工艺性 ：要求：（1）冲裁件的形状应尽可能简单、对称、排样废料少。 59（2）冲

17、裁件的外形或内孔的交界处，应避免尖锐的清角，其交角处用适宜的圆角相连。 60（3）冲裁件局部凸出或凹入部分的宽度不宜太小，应避免有窄长的切口和过窄的切槽。 B应不小于1.5t；材料为黄铜、软钢时B1.3t；材料为高碳钢时B1.39t；材料厚度t1毫米时，按t=1毫米计算。切口与槽长L5B。61（4）孔径太小时，凸模易折断或压弯。（5）孔与孔、孔与边缘之间的距离不应过小，否则会产生孔与孔间材料的扭曲，或使边缘材料变形 。 62(6)尺寸基准应尽可能与制造及制模时的定位基准重合，并选择在不参加变形的面或线上。 632.8.2 冲裁工艺方案的确定2.8.2.1冲裁工序的组合单工序冲裁 ：复合冲裁 ：连续冲裁 ：642.8.2.2冲裁顺序的安排（1）连续冲裁的顺序安排1）先冲孔或切口，最后落料或切断，将工件与条料分离。 652)采用定距侧刃时，定具侧刃切边工序安排与首次冲孔同时进行，以便控制送料进距。（2）多工序工件用单工序冲裁时的顺序安排1）先落料使毛坯与条料分离，再冲孔或冲缺口。2)冲裁大小不同、相距较近的孔时，为减少孔的变形，应先冲大孔，后冲小孔。 66676869