劳动出版社《模具结构（第二版）》-B01-2662第二章 冷冲压模具的结构

1、第二章 冷冲压模具的结构,第一节 冲压加工与冲裁工艺及冲裁间隙 第二节 冲裁模的分类与组成 第三节 冲裁模的典型结构与特点 第四节 冲裁模常见零部件的结构形式 第五节 弯曲模、拉深模、挤压模具的结构 与 特 点,第一节 冲压加工与冲裁工艺及冲裁间隙,冲压加工简介,基本概念,冲压是利用安装在冲压设备（主要是压力机）上的模具对材料施加压力，使其产生分离或塑性变形，从而获得所需零件（俗称制件）的一种压力加工方法。,冲压加工三要素是冲压模具、冲压设备和冲压材料。,冲压加工的优点,（1）冲压加工的生产效率高，且操作方便，易于实现自动化生产。 （2）冲压时，模具保证了制件的尺寸与形状精度，也不会破坏冲压材料的表面质量，而且模具的使用寿命长，制件的质量稳定、互换性好。 （3）可以冲压出尺寸范围较大、形状复杂的零件，如小到钟表的秒针，大到汽车纵梁、覆盖件等。冲压时材料的加工硬化效应使制件的强度和刚度均较高。 （4）冲压一般没有切屑碎料生成，材料的损耗较小，也不需要其他加热设备，因而是一种省料、节能、成本较低的加工方法。,冲压设备的分类和代号,（1）冲压设备的分类,1）按驱动滑块的动力种类可分为：机械式

2、、液压式、气动式。 2）按滑块的数量可分为：单动式、双动式、三动式。 3）按滑块驱动机构可分为：曲柄式、肘杆式、摩擦式。 4）按连杆数目可分为：单连杆式、双连杆式、四连杆式。 5）按机身结构可分为：开式、闭式；单拉式、双拉式；可倾式、不可倾式。其中，开式压力机又可分为单柱式和双柱式。开式压力机按照工作台结构还可分为可倾台式、固定台式和升降台式。,压力机类型 a）开式双柱可倾台式压力机 b）闭式压力机 c）单柱固定台式压力机 d）升降台式压力机,（2）冲压设备的代号,冲裁工艺分析,冲裁就是利用模具使材料相互分离的工序，它包括落料、冲孔、切断、修边、切口等工序。但一般来说，冲裁工艺主要是指落料和冲孔工序。,落料件,冲孔件,冲裁变形过程,冲裁时，板料置于凹模上方，当凸模随压力机滑块向下运动时，便迅速冲穿板料进入凹模，使制件与板料分离而完成冲裁工作。,冲裁工作示意图,从凸模接触板料到板料相互分离的过程是在瞬间完成的。如果模具间隙正常，冲裁变形过程大致可分为弹性变形阶段、塑性变形阶段、断裂分离阶段。,冲裁变形过程 a）弹性变形阶段 b）塑性变形阶段 c）断裂分离阶段,冲裁断面质量分析,（1）切断

3、面特征,制件的切断面可分成四个具有明显特征的区域，它们是塌角、光面、毛面和毛刺。,制件的断面状况,（2）切断面特征的形成,塌角：它是由于冲裁过程中刃口附近的材料被牵拉而变形（弯曲和拉伸）的结果。 光面：它是紧邻塌角并与板平面垂直的光亮部分。在塑性变形过程中凸模（或凹模）挤压切入材料，材料受刃口侧面的剪切和挤压作用就会形成光面。 毛面：它是表面粗糙且带有锥度的部分，是由于刃口处的微裂纹在拉应力作用下不断扩展断裂而形成的。 毛刺：冲裁毛刺是在刃口附近的侧面上，材料出现微裂纹时形成的，当凸模继续下行时，便使已形成的毛刺拉长并残留在制件上，这也是普通冲裁中毛刺的不可避免性。,影响断面质量的因素,（1）材料力学性质的影响 塑性差的材料，断裂倾向严重，毛面增宽，光面、塌角、毛刺较小；反之，塑性较好的材料，光面、塌角、毛刺较大，而毛面则小一些。 （2）模具间隙的影响 模具间隙是影响制件断面质量的主要因素。模具间隙的影响主要有三种情况，如图所示。,间隙大小对制件断面质量的影响,（3）模具刃口的影响 模具刃口状态对制件的断面质量也有较大的影响。刃口越锋利，拉力越集中，毛刺越小。当刃口磨钝后，压缩力增大，

4、毛刺也增大。小毛刺按照磨损后的刃口形状，会变为根部很厚的大毛刺。凸、凹模刃口磨钝的状态如图所示。,凸、凹模刃口磨钝的状态（剖视图）,提高制件断面质量的途径,（1）选用塑性较好的材料 增大光面宽度的关键在于延长塑性变形阶段，推迟裂纹的产生，这就要求材料的塑性要好，硬质材料要尽量进行退火，使材质均匀。 （2）选择合理的模具间隙值 要选择合理的模具间隙值，并使间隙均匀分布，保持模具刃口锋利；要求光滑断面的部位要与板材轧制方向成直角。 （3）保证凸、凹模刃口锋利及模具结构的合理性 减小塌角、毛刺和翘曲的主要方法是：尽可能采用合理间隙的下限值；保持模具刃口的锋利；合理选择搭边值；采用压料板和顶板等。,冲裁件的排样与搭边,制件在条料上的布置方法叫制件的排样。排样的目的在于合理利用原材料，使排样更经济合理。 冲裁所产生的废料可分为两类：一类是结构废料，是由制件的形状特点产生的，由于工件内孔的存在而产生废料，它决定于制件形状，一般不能改变；另一类是工艺废料，是由制件之间和制件与条料的侧边之间的搭边，以及料头、料尾和边余料而产生的废料，它决定于冲压方式和排样方式。,冲裁产生废料的种类,排样,根据材料的利

5、用情况，条料排样方法可分为有废料排样、少废料排样、无废料排样三种。,（1）有废料排样 沿制件轮廓冲裁时，制件之间、制件与条料侧边之间（搭边）都有工艺余料，冲裁后搭边成为废料。,有废料排样,（2）少废料排样 沿制件部分轮廓切断或冲裁时，只在制件之间或制件与条料侧边之间留有搭边。,少废料排样,（3）无废料排样 沿直线或曲线切断条料而获得制件，无任何搭边。,无废料排样,搭边,排样时制件之间以及制件与条料侧边之间留下的工艺废料叫搭边。,（1）影响搭边值的因素 1）材料的力学性能。 2）制件的形状与尺寸。 3）材料厚度。 4）送料及挡料方式。 5）卸料方式。 6）排样的形式。 （2）搭边值的确定 搭边值是由经验确定的。,冲裁间隙,冲裁间隙是指冲裁模的凸模与凹模刃口之间的间隙，分单边间隙和双边间隙。凸模与凹模间每侧的间隙称为单边间隙，用C 表示；两侧间隙之和称为双边间隙，用Z 表示。如无特殊说明，冲裁间隙就是指双边间隙。,冲裁模间隙,间隙对制件质量的影响,（1）影响制件质量的因素 影响制件质量的因素有：凸、凹模间隙值的大小及间隙的分布是否均匀，凸、凹模刃口的锋利状态，模具结构的合理性与制造精度及板

6、材的塑性等。其中，间隙值大小与凸、凹模间隙分布的均匀程度是直接影响制件质量的主要因素。 （2）间隙对制件尺寸精度的影响 制件相对凸模或凹模尺寸的偏差，主要是由冲裁时材料受挤压、拉伸、弯曲等作用引起的变形在制件脱离模具时产生弹性回复而造成的。影响这个偏差值的因素有间隙值、材料性质、工件形状与尺寸等，其中间隙值起主导作用。 （3）间隙值对制件质量的影响 当间隙较大时，材料所受拉伸作用增大，冲裁后因材料的弹性回复使落料件尺寸小于凹模尺寸，冲孔件孔径大于凸模直径。间隙较小时，由于材料受凸、凹模侧向挤压力大的影响，故冲裁后材料的弹性回复使落料件尺寸增大，冲孔件孔径变小。,间隙对冲裁力的影响,（1）间隙大小对冲裁力的影响 试验证明，随着间隙的增大，冲裁力有一定程度的降低，当单边间隙介于材料厚度的5%20% 范围内时，冲裁力降低不超过5%10%。因此，在正常情况下，间隙对冲裁力并没有很大的影响。 （2）间隙对卸料力、顶件力的影响 间隙对卸料力、顶件力的影响则比较明显。随间隙增大，卸料力和顶件力都将减小。一般当单边间隙增大到材料厚度的15%25% 时，卸料力几乎降到零。间隙继续增大时，制件毛刺增大，卸

7、料力、顶件力迅速增大。,间隙对模具使用寿命的影响,（1）模具间隙过小 当模具间隙减小时，接触压力（垂直力、侧压力、摩擦力）会随之增大，摩擦距离随之增长，摩擦发热严重，加剧模具磨损，甚至使模具与材料之间产生黏结现象。而接触压力的增大，还会引起刃口的压缩疲劳破坏，使之崩刃。小间隙还会产生凹模胀裂，小凸模折断，凸、凹模相互啃刃等异常损坏，这些都是导致模具使用寿命大大降低的因素。因此，适当增大模具间隙，可使凸、凹模侧面与材料间摩擦减小，并减缓间隙不均匀的不利因素，从而提高模具使用寿命。,间隙对模具使用寿命的影响,（2）模具间隙过大 间隙过大时，板料的弯曲拉伸相应增大，使模具刃口端面上的正压力增大，容易产生崩刃或产生塑性变形使磨损加剧，降低模具使用寿命。同时，间隙过大，会使卸料力、顶件力随之增大，加剧模具的磨损，还会导致顶杆折弯及结构的损坏。另外，间隙分布不均匀，会使接触压力发生位移，以至于增加凸、凹模侧面的磨损，甚至出现崩刃、折断、啃坏等现象，所以间隙是影响模具使用寿命的一个重要因素。 为了提高模具使用寿命，一般需采用较大间隙。若制件精度要求不高时，采用合理大间隙，使2C /t （t 为材料厚

8、度）达到15%25%，模具使用寿命可提高35 倍。若采用小间隙，就必须提高模具硬度与模具制造精度，在冲裁刃口进行充分的润滑，以减少磨损。,降低冲裁力的方法,阶梯凸模冲裁,在多凸模冲模中，将凸模设计成不同高度，使凸模工作端面呈阶梯式布置。这样，各凸模冲裁力的最大峰值不同时出现，可以降低总的冲裁力。,凸模的阶梯布置法,斜刃冲裁,用平刃口模具冲裁时，沿刃口整个周边同时冲切材料，故冲裁力较大。可将凸模（或凹模）刃口平面做成与其轴线倾斜一个角度的斜刃，平刃部分的宽度取0.53 mm。,凸、凹模斜刃的主要形式 a）凸模 b）凹模,斜刃主要参数：斜刃角 和斜刃高度H 与板料厚度t 有关，一般可按下表选用。,第二节 冲裁模的分类与组成,冲裁模的分类,按冲裁工序性质分,（1）落料模,落料模的工序特征 a）模具简图（剖视图） b）材料分离状态,冲裁模的分类,按冲裁工序性质分,（2）冲孔模,冲孔模的工序特征 a）模具简图（剖视图） b）材料分离状态,冲裁模的分类,按冲裁工序性质分,（3）切断模,切断模的工序特征 a）模具简图（剖视图） b）材料分离状态,冲裁模的分类,按冲裁工序性质分,（4）切口模,切口模的

9、工序特征 a）模具简图（剖视图） b）材料分离状态,冲裁模的分类,按冲裁工序性质分,（5）切边模,切边模的工序特征 a）模具简图（剖视图） b）材料分离状态,冲裁模的分类,按上、下模导向形式分类,（1）敞开模,敞开模,冲裁模的分类,按上、下模导向形式分类,（2）导板模,导板模,冲裁模的分类,按上、下模导向形式分类,（3）导柱模,导柱模,冲裁模的分类,按工序的组合形式分类,（1）单工序冲裁模,单工序冲裁模,冲裁模的分类,按工序的组合形式分类,（2）复合冲裁模,复合冲裁模,冲裁模的分类,按工序的组合形式分类,（3）级进冲裁模,级进冲裁模,冲裁模的组成和基本结构,冲裁模的组成,冲裁模的主要组成部分,冲裁模在压力机上的安装示意图 a）冲裁模的安装状态 b）冲裁模的合模冲压状态,冲裁模的基本结构组成,冲裁模基本结构分解图,第三节 冲裁模的典型结构与特点,单工序冲裁模,单工序落料模,（1）敞开模,敞开模（刚性卸料）基本结构（剖视图）,敞开模工作状态示意图,敞开模的卸料形式（剖视图） a）弹性卸料（橡胶） b）刚性卸料,单工序冲裁模,单工序落料模,（2）导板模,导板式落料模的基本结构（剖视图）,导板模定位零件的作用（剖视图）,导板模板料定位的工作状态（剖视图）,（3）导柱模,导柱式刚性卸料落料模的基本结构（剖视图）,1）导柱式刚性卸料落料模,导柱、导套的装配形式（剖视图）,钩形挡料销的形式,导柱模板料定位的工作状态（剖视图）,2）导柱式弹顶落料模,导柱式弹顶落料模的基本结构（剖视图）,导柱式弹顶落料模的冲裁状态图（剖视图）,导柱式弹顶落料模的卸料状态图（剖视图）,导柱式弹顶落料模的定位示意图（剖视图）,单工序冲孔模,（1）导柱式冲孔模,导柱式冲孔模的结构组成（剖视图）,导柱式冲孔模的定位原理,单工序冲孔模,（2）内导柱凸模导板小孔冲孔模,内导柱凸模导板小孔冲孔模外形,内导柱凸模导板小孔冲孔模的结构（剖视图）,内导柱、导套的结构（剖视图）,复合模,冲床一次行程内，在模具同一位置上能完成几个不同的冲裁工序，这种模具称为复合冲裁模。复合模属于多工序模，它可在同一个位置上，同时实现对板料内孔及外形的冲裁。复合模在结构上的特点是具有一个既为落料凸模又为冲孔凹模的凸凹模。 根据凸凹模在模具中的装配位置不同，分为正装复合模和倒装复合模两种。,正装复合模

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