冷冲压工艺与模具设计经典课件(共135页).ppt

第第2 2章章 冲冲 裁裁本章内容 冲裁是冷冲压最基本的工序之一 本章介绍了冲裁基础、冲裁工艺、冲裁模具结构以及典型冲裁模设计实例涉及冲裁变形过程分析、冲裁件质量及影响因素、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本章重点1冲裁变形规律及冲裁件质量影响因素；2刃口尺寸计算原则和方法；3冲裁工艺性分析与工艺方案制定；4冲裁模典型结构及特点；5冲裁模结构设计及模具标准应用；6冲裁工艺与冲裁模设计的方法和步骤本章难点1冲裁变形规律及冲裁件质量影响因素；2刃口尺寸计算原则和方法；3模具结构设计及模具标准应用；4冲裁工艺与冲裁模设计的方法和步骤 2 .1 冲裁基础 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包括落料、冲孔、切断、修边、切舌、剖切等分类：普通冲裁、精密冲裁 落料:若使材料沿封闭曲线相互分离，封闭曲线以内的部分作为冲裁件时，称为落料；落料工序中使用的模具叫落料模工件的尺寸由冲裁凹模尺寸决定冲孔:若使材料沿封闭曲线相互分离，封闭曲线以外的部分作为冲裁件时，则称为冲孔。

冲孔工序中使用的模具叫冲孔模工件的尺寸由冲孔凸模尺寸决定 1.冲裁变形时板料变形区力态分析 四对力凸、凹模间隙存在，产生弯矩 1-凸模 2-板材 3-凹模2.1.2 2.1.2 冲裁变形过程冲裁变形过程 2.冲裁变形过程(1)弹性变形阶段(2)塑性变形阶段(3)断裂分离阶段2.1.2 2.1.2 冲裁变形过程冲裁变形过程 3.冲裁件质量及其影响因素指断面状况、尺寸精度和形状误差垂直、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2.1.2 2.1.2 冲裁变形过程冲裁变形过程 3.冲裁件质量及其影响因素（1）冲裁件断面质量及其影响因素圆角带a：光亮带b：断裂带c：毛刺区d：刃口附近的材料产生弯曲和伸长变形塑性剪切变形质量最好的区域通常占全断面1/3 1/2 裂纹形成及扩展间隙存在，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2.1.2 2.1.2 冲裁变形过程冲裁变形过程 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。

(2)冲裁件尺寸精度及其影响因素冲裁件的尺寸精度： 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 影响因素：（1）冲模的制造精度（零件加工和装配）（2）材料的性质（3）冲裁间隙 (3)冲裁件形状误差及其影响因素冲裁件的形状误差：指翘曲、扭曲、变形等缺陷翘曲：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Z=DAdT2.1.3 2.1.3 冲裁间隙冲裁间隙 (1)间隙对冲裁件质量的影响：间隙是影响冲裁件质量的主要 因素 (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 (3)间隙对模具寿命的影响：小间隙将使磨损增加，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。

为了延长模具寿命，在保证冲裁件质量的前提下适当采用较大的间隙值是十分必要的2.冲裁模间隙值的确定 主要根据冲裁件断面质量、尺寸精度和模具寿命这三个因素综合考虑，给间隙规定一个范围值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 Zmin1）理论法确定法（2）表格法（表2.3）（3）经验公式法刃口尺寸计算的作用：凸模和凹模的刃口尺寸和公差，直接影响冲裁件的尺寸大小模具的合理间隙值也靠凸、凹模刃口尺寸及其公差来保证 1.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 2.1.4 2.1.4 凸模和凹模的刃口尺寸计算凸模和凹模的刃口尺寸计算 ()由于凸模在使用中越磨越大，凹模在使用中则越磨越小，因此在设计落料模时，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 ()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，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 2.凸、凹模刃口尺寸计算方法（1）分开加工 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 （3）凸模与凹模分开加工=L 为了保证可能的初始间隙不超过Zmax，即+ZminZmax，选取必须满足以下条件： 凸、凹模的制造公差，可按级来选取但需校核或取 例2-1 如图所示零件，材料Q235钢，料厚t=0.5mm计算冲裁凸、凹模刃口尺寸及公差 解：该零件属于无特殊要求的一般冲孔、落料件 外形由落料获得，和180.09由冲孔同时获得查表2-4得，则例2-1（续）由公差表查得：为IT12级，取x = 0.75；为IT14级，取x = 0.5；设凸、凹模分别按IT6和IT7级加工制造，则冲孔： 校核：0.02 = 0.02（满足间隙公差条件）例2-1（续）孔距尺寸：=L=180.12520.09 = (180.023)mm落料：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，提高制造精度，才能保证间隙在合理范围内，由此可取： =0.40.02=0.008mm =0.60.02=0.012mm故：（4）凸模与凹模配合加工 配合加工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。

设计时，基准模的刃口尺寸及制造公差应详细标注，而配制件上只标注公称尺寸，不注公差，但在图纸技术要求上注明:“凸（凹）模刃口按凹（凸）模实际刃口尺寸配制，保证双面合理间隙值 ZminZmax” 特点： 模具的间隙由配制保证，工艺比较简单，不必校核 的条件，并且还可放大基准件的制造公差，使制造容易 A.根据磨损后轮廓变化情况，正确判断出模具刃口尺寸类型：即：磨损后变大，变小还是不变 B.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 C.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（）例2-2 如图所示零件，材料10钢，料厚t=1 mm计算冲裁凸、凹模刃口尺寸及制造公差d = 220.14 mm 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 由表2-4查得：例2-2（续）由公差表查得： 尺寸80 mm，选x=0.5；尺寸15 mm，选x=1；其余尺寸均选x =0.75。

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 例2-2（续）第二类尺寸：磨损后减小的尺寸第三类尺寸：磨损后基本不变的尺寸 落料凸模的基本尺寸与凹模相同，分别是79.79 mm，39.75 mm，34.75 mm，22.07 mm，14.94 mm，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例2-2（续）用普通平刃口模具冲裁时，冲裁力F一般按下式计算：注:F冲裁力； L冲裁周边长度； t材料厚度； 材料抗剪强度；K系数一般取K1.3 2.1.5 2.1.5 冲裁力计算和模具压力中心的确定冲裁力计算和模具压力中心的确定从凸模上卸下箍着的料所需要的力推件力：将梗塞在凹模内的料顺 冲裁方向推出所需要的力顶件力：逆冲裁方向将料从凹模 内顶出所需要的力 卸料力：卸料力推件力顶件力 卸料力、推件力、顶件力系数 n同时卡在凹模内的冲裁件(或废料)数式中 h凹模洞口的直刃壁高度； t板料厚度 上式中压力机的公称压力必须大于或等于各种冲压工艺力的总和Fz采用弹性卸料装置和下出料方式的冲裁模时：采用弹性卸料装置和上出料方式的冲裁模时：采用刚性卸料装置和下出料方式的冲裁模时：(1)阶梯凸模冲裁(2 )斜刃冲裁 （3）加热冲裁（红冲）模具的压力中心：冲压力合力的作用点。

为了保证压力机和模具的正常工作，应使模具的压力中心与压力机滑块的中心线相重合 5.确定模具的压力中心（续）（1）简单几何图形压力中心的位置对称冲件的压力中心，位于冲件轮廓图形的几何中心上冲裁直线段时，其压力中心位于直线段的中心冲裁圆弧线段时，其压力中心的位置，按下式计算： 5.确定模具的压力中心（续）（2）复杂形状零件模具压力中心的确定用解析计算法 ， 求出冲模压力中心解析法的计算依据是:合力对某轴之力矩等于各分力对同轴力矩之代 数和，则可得压力中心坐标（ ）计算公式 5.确定模具的压力中心（续）（3）确定多凸模模具的压力中心 确定多凸模模具的压力中心，是将各凸模的压力中心确定后，再计算模具的压力中心 冲裁件的工艺性是指冲裁件对冲裁工艺的适应性 即冲裁件的结构、形状、尺寸及公差等技术要求是否符合冲裁加工的工艺要求工艺性是否合理，对冲裁件的质量、模具寿命和生产率有很大的影响 冲裁工艺性好是指能用普通冲裁方法，在正常模具寿命和生产率较高、成本较低的条件下得到质量合格的冲裁件 2 .2 2 .2 冲裁工艺冲裁工艺 2.2.1 2.2.1 冲裁件的工艺性冲裁件的工艺性（1）冲裁件的形状（2）冲裁件内形及外形的转角（3）冲裁件上凸出的悬臂和凹槽（4）冲裁件的孔边距与孔间距（5）在弯曲件或拉深件上冲孔时1.1.冲裁件的结构工艺性（续）冲裁件的结构工艺性（续） （6）冲孔时，因受凸模强度的限制，孔的尺寸不应太小，否则凸模易折断或压弯。

用无导向凸模和有导向的凸模所能冲制的最小孔径，分别为无导向凸模最小尺寸d: 钢: d（1.01.5）t 铜、铝: d（0.80.9）t t冲裁件材料厚度 有导向的凸模最小尺寸d: 钢: dt 铜、铝: d（0.30.35）t t冲裁件材料厚度 1.1.冲裁件的结构工艺性（续）冲裁件的结构工艺性（续）冲裁件的精度一般可分为精密级与经济级两类1）冲裁件的经济公差等级不高于IT11级，一般要求落料件公差等级最好低于IT10级，冲孔件最好低于IT9级 3.2 m 2 2冲裁件的尺寸精度和表面粗糙度冲裁件的尺寸精度和表面粗糙度 冲裁件尺寸的基准应尽可能与其冲压时定位基准重合，并选择在冲裁过程中基本上下不变动的面或线上 1材料利用率材料利用率：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一个步距内的材料利用率2.2.2 2.2.2 冲裁件的材料利用率冲裁件的材料利用率一张板料(或带料、条料)上总的材料利用率1 1材料利用率（续）材料利用率（续）一张。