冲裁工艺与模具设计.ppt

第3章 冲裁工艺与模具设计,3.1 冲裁变形过程分析 3.2 冲裁件质量分析及控制 3.3 冲裁工艺计算 3.4 冲裁工艺设计 3.5 冲裁模总体结构设计 3.6 模具主要零件的设计与标准的选用 3.7 冲裁设备的选择与校核 3.8 冲裁模设计举例,能力要求,能根据冲裁件的废品形式分析其产生的原因， 熟悉解决的措施。 能独立完成单工序冲裁模、23工序复合的复 合冲裁模、3工位左右的级进冲裁模模具设计。,冲裁结束的标志：凸模穿过板料进入凹模,这就是“冲裁”,冲裁的概念,冲裁的概念,冲裁就是利用模具使板料的一部分与另一部分沿着一定的轮廓形状产生分离的一种冲压工序。简单地说冲裁就是利用模具使板料产生分离的过程。,主要基本冲裁工序：落料和冲孔,落料与冲孔均是利用模具使板料的一部分与另一部分沿一封闭的轮廓线相分离。 落料的目的是得到封闭轮廓线以内的部分。 冲孔的目的是得到封闭轮廓线以外的部分。,冲裁用的模具叫冲裁模,冲裁模特点： 凸、凹模之间有间隙 刃口锋利,冲裁分类,根据冲裁变形机理的不同，冲裁可分为： 普通冲裁 精密冲裁 微冲裁,本章主要讨论普通冲裁,3.1.1 冲裁过程板料受力情况分析,3.1 冲裁变形过程分析,模具与板料开始接触瞬间,冲裁过程中,3.1.2 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,模具间隙合适时，冲裁变形过程可分为：,冲头刚接触板料的初始阶段，发生弹性变形。,1.弹性变形阶段,初始塌角（圆角） 材料翘曲,2.塑性变形阶段,更大的塌角 塑性剪切光亮带 内部应力达到极限 刃口附近出现微裂纹,3.断裂分离阶段,产生粗糙而带有锥度的断裂带 毛刺形成,重要结论 (不考虑弹性回复）,落料件尺寸= 凹模刃口尺寸 冲孔件尺寸= 凸模刃口尺寸,一、冲裁变形过程及剪切区的应力状态,2.剪切区的应力状态,图3-2 冲裁板料的变形区 ）初始冲裁 ）切入板料 变形区 已变形区,一、冲裁变形过程及剪切区的应力状态,2.剪切区的应力状态,图3-3 冲裁时板料的应力状态,凸模行程,冲裁力,Fmax,冲裁过程力的变化,3.1.3 冲裁变形区位置,冲裁变形区位于上、下刃口连线的纺锤形区,冲裁件质量指：,断面质量: 垂直、光洁、毛刺小 尺寸精度:图纸规定的公差范围内 形状误差:外形满足图纸要求；表面平直，即拱弯小,3.2 冲裁件质量分析及控制,正常间隙下，冲裁件断面由四个部分组成：,3.2.1 冲裁件断面特征及其影响因素,1.冲裁件的断面特征,塌角：也称为圆角带，是由于冲裁过程中刃口附近的材料被牵连拉入变形（弯曲和拉伸）的结果。 光面：也称为剪切面，是刃口切入板料后产生塑剪变形时，凸、凹模侧面与材料挤压形成的光亮垂直的断面。,图3-4 冲裁件断面的形状 -塌角-光面-毛面 -毛刺,毛面：毛面是由主裂纹贯通而形成的表面十分粗糙且有一定斜度的撕裂面。 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冲裁件上。,图3-4 冲裁件断面的形状 -塌角-光面-毛面 -毛刺,冲裁件断面特征实物图片,质量最好的部分：光亮带,毛刺产生的位置,裂纹不对刃尖，而是在凸、凹模侧面稍上一点的位置,2.影响冲裁件断面质量的因素,()材料性能的影响,()模具间隙的影响,间隙过小，出现二次剪裂，产生第二光亮带,间隙过大，断面质量最差,间隙合适，上下裂纹重合，断面质量好,间隙偏小，断面质量较好,间隙偏大，断面质量下降,冲裁件的断面质量主要指塌角的大小、光面约占板厚的比例、毛面的斜角大小及毛刺等。 间隙合适时，冲裁时上、下刃口处所产生的剪切裂纹基本重合，这时光面约占板厚的1/2-1/3，切断面的塌角、毛刺和斜度均很小，完全可以满足一般冲裁的要求。 间隙过小时，凸模刃口处的裂纹比合理间隙时向外错开一段距离。 间隙过大时，凸模刃口处的裂纹比合理间隙时向内错开一段距离。,2.间隙对断面质量的影响,间隙对剪切裂纹与断面质量的影响,间隙合理,间隙过小,间隙过大,()模具刃口状态的影响,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。,凸模磨钝,凹模磨钝,凸、凹模均磨钝,冲裁件的尺寸精度是指冲裁件的实际尺寸与图纸上基本 尺寸之差。,影响因素：,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。,（1）冲模的制造精度（模具零件加工和装配） （2）材料的性质 （3）冲裁间隙,3.2.2 冲裁件尺寸精度及其影响因素,冲裁件的尺寸精度是指冲裁件的实际尺寸与基本尺寸的差值，差值越小，则精度越高。从整个冲裁过程来看，影响冲裁件的尺寸精度有两大方面的因素：一是冲模本身的制造偏差；二是冲裁结束后冲裁件相对于凸模或凹模尺寸的偏差。,3.间隙对尺寸精度的影响,翘曲是指冲裁件呈曲面不平现象。,变形是由于坯料的边缘冲孔或孔距太小等原因， 因挤压而产生的。,3.2.3 冲裁件形状误差及其影响因素,3.2.4 冲裁件质量控制,1. 模具工作部分尺寸偏差的控制 2. 模具间隙的控制 3. 冲裁材料的控制 4. 其他方面因素的控制,3.3 冲裁工艺计算,3.3.1 排样设计 1.排样与材料利用率,排样是指冲裁件在板料或条料上的布置方法。,合理的排样：提高材料利用率、降低成本，保证冲件质量 及提高模具寿命。,排样的优劣如否，如何衡量？,（1）排样,（2）材料利用率,材料利用率是指零件的实际面积与所用材料面积的百分比。,一个步距内的材料利用率,一张板料(或带料、条料)上总的材料利用率：,废料的种类： 结构废料：由工件的结构需要而产生，如冲孔废料 工艺废料：为完成冲压工艺而需要设置的废料， 包括工件与工件之间，工件与条料侧边 之间，定位孔、料头、料尾等。,（3）提高材料利用率的方法,减少工艺废料的措施,设计合理的排样方案； 选择合适的板料规格和合理的裁板法(减少料头、料尾和 边余料）； 利用废料作小零件等。,利用结构废料的措施,当材料和厚度相同时，在尺寸允许的情况下，较小尺寸的 冲件可在较大尺寸冲件的废料中冲制出来。 在使用条件许可下，也可以改变零件的结构形状，提高材 料利用率。,改变结构形状提高材料利用率,哪种结构更有利于节省材料？,2.排样类型,二、排样方法,（）有废料排样沿冲件 全部外形冲裁，在冲件周边都留有搭边，因此材料利用率低，但冲件尺寸完全由冲模来保证，因此精度高，模具寿命也高，生产中绝大多数冲裁件都是采用有废料排样。,二、排样方法,（）少废料排样 沿冲件部分外形切断或冲裁，只在冲件之间或冲件与条料侧边之间留有搭边。因受剪裁条料质量和定位误差的影响，其冲件质量稍差，同时边缘毛刺被凸模带入间隙也影响模具寿命，但材料利用率稍高，冲模结构简单。,二、排样方法,（）无废料排样 沿直线或曲线切断条料而获得冲件，无任何搭边。冲件的质量和模具寿命更差一些，但材料利用率最高。,排样形式,排样形式的选择,零件的形状 零件精度 材料利用率 模具结构 模具寿命 操作的方便与安全,搭边：排样时，工件与工件之间， 工件与条（板）料边缘 之间的工艺余料。有搭边a1和侧搭边a之分。,（1）搭边及其作用,3搭边、进距及料宽的确定,用于定位； 补偿定位误差和剪板误差，确保冲出合格零件； 增加条料刚度，方便条料送进，提高劳动生产率； 提高模具寿命。,搭边的作用,搭边值的确定,确定原则：满足作用的前提下取最小值，具体的可查阅相关的设计资料，如书中表3-3,（1）材料的力学性能： 硬材料的搭边值可小一些；软材料、 脆材料的搭边值要大一些。 （2）材料厚度： 材料越厚，搭边值也越大。 （3）冲裁件的形状与尺寸： 零件外形越复杂，圆角半径 越小，搭边值取大些。 （4）送料及挡料方式： 用手工送料，有侧压装置的搭边值 可以小一些。 （5）卸料方式：弹性卸料比刚性卸料的搭边小一些。,（2）进步距的确定,进距也称步距，是指模具每冲裁一次，条料在模具上前进的距离。,（3）料宽的确定,条料宽度的确定与条料在模具中 的定位方式有关: 导料板和挡料销定位 导料板内带侧压装置 导料板内不带侧压装置 导料板和侧刃定位,条料始终靠一边的导料板送进，故：,1）有侧压装置时条料宽度的确定,裁板误差,B条料宽度,A导料板之间宽度,C条料与导料板之间间隙度,2）无侧压装置时条料宽度的确定,理想送料状态,实际送料状态,裁板误差,B条料宽度,A导料板之间宽度,C条料与导料板之间间隙度,3）侧刃定位时条料宽度的确定,b侧刃冲切的料边宽度,a裁去料边的侧搭边值=0.75a,4）裁板方式,分别计算纵、横, 比较取大者。 实际生产中还需考虑生产效率和操作方便等。,可纵裁 , 亦可横裁,轧制方向,5）排样图的绘制,一张完整的排样图应标注条料宽度尺寸、步距S、工件间搭边和侧搭边。排样图通常画在总装配图右上角 。,排样设计实例,例 如图所示工件，材料为酚醛层压布板，料厚为1mm，请选择合理的排样方案。,图3-17 工件,图3-18 排样方案,模具装配图的绘制要求,3.3.2 冲裁工艺力与压力中心的计算,冲裁工艺力主要包括： 冲裁力F 卸料力 推件力 顶件力,F卸、KX,F推、KT,F顶、KD,冲裁力是指冲裁时凸模所承受的最大压力，包括施加给板料的正压力和摩擦阻力。,冲裁力和压力中心的计算,一、冲裁力行程曲线,图3-19 冲裁力行程曲线 塑性材料（合理间隙） 塑性材料（过小间隙） 脆性材料（合理间隙）,冲裁力是指冲裁时所需的压力。这里指冲裁过程中的最大值。,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 剪切长度； t 材料厚度；, 材料抗剪强度； K 安全系数。一般取K1.3,F,1.冲裁力的计算,二、冲裁力的计算,系数是考虑到实际生产中，模具间隙值的波动和不均匀、刃口的磨损、板料力学性能和厚度波动等因素的影响而给出的修正系数，一般取 1.3。 为计算简便，也可按下式估算冲裁力： 式中 材料抗拉强度（MPa）。,“L” 的含义剪切长度,2.卸料力、推件力和顶件力的计算,卸料力是指从凸模或凸凹模上将制件或废料卸下来所需的力 。,推件力是指从凹模内顺冲裁方向将制件或废料推出所需的力。,顶件力是指从凹模内逆冲裁方向将制件从凹模孔内顶出的力。,K卸、K推、K顶卸料力、推件力、顶件力系数，见表3-8； n同时卡在凹模刃口内的冲裁件(或废料)数。,式中 h凹模洞口的直刃壁高度； t板料厚度。,卸料力、推件力及顶件力的计算公式,压力机公称压力的确定,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,在多凸模的冲模中，可将凸模设计成不同长度，使各凸模冲裁力的最大峰值不同时出现，以降低总的冲裁力。,降低冲裁力的方法,（）阶梯凸模冲裁,图3-21 凸模的阶梯布置法,降低冲裁力的方法,（2）斜刃冲裁,斜刃冲裁是将凸模（或凹模）刃口平面做成与其轴线倾斜一个角度，冲裁时刃口就不是全部同时切入，而是逐步地将材料切离，因而能显著降低冲裁力。,图3-22 各种斜刃的形式 ）、）落料用 ）、）、）冲孔用 ）切舌用,材料加热后抗剪强度显著降低，例如10钢在加热到700时的抗剪强度约为室温状态下的1/3，因此加热冲裁能够降低冲裁力。但加热带来的问题很多，不仅增加工序和能源消耗，而且加热后产生很厚的氧化皮，给后续加工带来很多麻烦。因此加热冲裁一般只适用于厚板或表面质量及精度要求不高的零件。,降低冲裁力的方法,（3）加热冲裁,3.压力中心的计算,压力中心就是冲压合力的作用点。 形状对称的冲裁件，其压力中心 位于冲裁轮廓的几何中心上。 复杂形状工件或多凸模冲裁件的冲裁压力中心，可按力矩平衡原理进行解析计算。,冲模压力中心的确定,冲压力合力的作用点称为模具的压力中心。,冲裁形状对称的冲件时，其压力中心位于冲件轮廓图形的几何中心。冲裁直线段时，其压力中心位于直线段的中点。冲裁圆弧线段时，其压力中心的位置按下式计算：,冲模压力中心的确定,图3-23 圆弧段的重心,或,式中 l弧长； 半径； 弦长。,根据理论力学，对于平行力系，合力对某轴之力矩等于各分力对同轴力矩之和，而冲裁力与冲裁的周边长度成正比，由此可得压力中心坐标（0、0）。,冲模压力中心的确定,（）多凸模冲裁时的压力中心,）选定坐标轴和。 ）将组成图形的轮廓线划分为若干简单的线段，求出各线段长度和各线段的重心位置。 ）然后按上面公式算出压力中心的坐标。,冲模压力中心的确定,（）冲裁复杂形状零件时的压力中心,1）按比例将冲裁工件的冲裁轮廓画出。 2）建立直角坐标系xoy。 3）将冲裁件的冲裁轮廓分解为若干直线段和圆弧段L1、L2、 L3Ln等基本线段。 4）计算各基本线段的长度及其重心到坐标轴x、y的距离y1、y2、y3yn和x1、x2、x3xn。 5）计算压力中心坐标xc、yc。,单凸模冲压复杂形状冲裁件压力中心计算,多凸模冲压时压力中心的计算,1）按比例将各凸模的轮廓画出 2）建立直角坐标系xoy 3）求出每个凸模的重心坐标（xi，yi） 4）计算各凸模的冲切长度Li 5）计算压力中心坐标xc、yc,模具装配图的一般画法：,明细表 标题栏,技术要求,3.5.2 冲裁模的典型结构,3.4 冲裁工艺设计,冲裁件的工艺性分析 冲裁工艺方案确定,冲裁件的工艺性分析,冲裁件的工艺性是指冲裁件对冲裁工艺的适应性。是从产品设计角度提出的要求。 冲裁工艺性好是指能用普通冲裁方法，在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。 冲裁件的工艺性由其结构形状、精度要求、形位公差和技术要求等方面决定。,1.冲裁件的结构工艺性,（1）冲裁件的结构尽可能简单、对称，尽可能有利于材料 的合理利用。,对比两 种结构,（2）冲裁件的外形和内孔应避免尖锐的清角，宜有适当的 圆角。,（3）冲裁件上应避免窄长的悬臂和凹槽。一般凸出 和凹入部分的宽度B 应大于或等于板厚t 的1.5 倍，即B1.5 t。 （4）孔边距、孔间距 应大于或等于板厚t 的1.5 倍。,（5）在弯曲件或拉深件上冲孔时，孔边与直壁之间应保持 一定距离。 （6）冲孔时，孔的尺寸不应太小。,2.冲裁件的尺寸精度（表3-11部分） （ GB/T13914-2002 ）,共分为11级，用符号ST表示，从ST1到ST11逐级降低 。,）普通冲裁件内外形尺寸的经济公差等级一般不高于IT11级，落料件公差等级最好低于IT10级，冲孔件最好低于IT9级。 ）冲裁件的断面粗糙度与材料塑性、材料厚度、冲裁模间隙，刃口锐钝以及冲模结构等有关。当冲裁厚度为mm以下的金属板料时，其断面粗糙度a一般可达12.5-3.2。,冲裁件的公差等级和断面粗糙度,表3-12 普通冲裁件公差等级选用 （GB/T13914-2002）,3.冲裁件的断面粗糙度,例3-3 图示冲裁件，材料Q235，料厚2mm，试分析其冲裁 工艺性。,分析： （1）该冲裁件结构对称，无凹槽、悬臂、尖角等，符合冲裁 工艺要求 （2）由表3-11和表3-12可知，内孔和外形尺寸的精度以及孔 心距的精度等级均属于一般精度要求，采用普通冲裁即 可冲出。 （3）由图3-42和表3-9可知，所冲孔的尺寸及孔边距和孔间 距尺寸均满足最小值要求,可以采用复合冲压。 （4）Q235是常用的冲压用材料，具有良好的冲压工艺性。,综上所述，该冲裁件的冲裁工艺性良好，适合冲压。,在工艺分析的基础上，从结构、精度、尺寸、批量等方面综合考虑，需解决： 基本冲压工序 基本冲压工序的组合 冲裁顺序的安排,3.4.2 工艺方案的确定,1.基本工序数的确定,冲裁件所需的基本工序数可由其形状作直接判断。,落料 冲孔,落料,落料 冲孔,基本工序数确定举例,2.基本冲压工序的组合,单工序冲裁：在冲床的一次行程中，只能完成一道冲压工序 复合冲裁：只有一个工位，并在压力机的一次行程中，同时 完成两道或两道以上的冲压工序。 级进冲裁：在压力机一次行程中，在送料方向连续排列的多 个工位上同时完成多道冲压工序。,与之对应的模具分别是单工序冲裁模、复合冲裁模和级进冲裁模,只有一个工位，并在压力机的一次行程中，同时完成两道或两道以上的冲裁工序的模具。,复合冲裁模,在压力机一次行程中，在送料方向连续排列的多个工位上同时完成多道冲裁工序的模具。,级进冲裁模,三种类型模具的比较,工序是否复合，如何选择？,结构、尺寸 生产效率 精度 操作方便、安全 生产批量 模具成本,一般原则是： 大量生产时采用复合或级进冲 压，小批量生产时宜采用单工 序模生产。 大型尺寸宜采用单工序或复合模 小尺寸且精度要求高，即使批量 小也宜采用复合或级进模生产,（1）级进冲裁的顺序安排 1）先冲孔（缺口或工件的结构废料），最后落料或切断， 将工件与条料分离。 2）采用定距侧刃时，侧刃切边工序一般安排在前，与首次 冲孔同时进行，以便控制送料进距，采用两个定距侧刃 时，也可安排成一前一后。,3.冲裁顺序的安排,级进冲压的工序顺序安排举例,4. 冲裁工艺方案确定的基本步骤,分析产品的冲裁工艺性 列出所需的基本冲压工序 列出可能的若干个方案 分析比较得出最佳方案,冲压方案确定方法举例,例3-4 冲制图示零件，年产量300万件，要求制定其冲压 工艺方案。,1）该冲裁件结构对称，无凹槽、悬臂、尖角等，符合冲裁 工艺要求。 2）由表3-11和表3-12可知，内孔和外形尺寸的精度以及孔 心距的精度等级均属于一般精度要求，采用普通冲裁即 可冲出。 3）由图3-42和表3-9可知，所冲孔的尺寸及孔边距和孔间 距尺寸均满足最小值要求,可以采用复合冲裁。 4）Q235是常用的冲压用材料，具有良好的冲压工艺性。 综上所述，该冲裁件的冲裁工艺性良好，适合冲压。,（1）分析冲压工艺性,该零件需要落料、冲孔两个基本冲裁工序，根据上述工艺分析可 以列出以下三种工艺方案： 方案一：采用单工序模生产，即先落料，后冲孔。 方案二：采用复合模生产，即落料-冲孔同时进行。 方案三：采用级进模生产，即冲孔-落料连续完成。,（2）确定冲压工艺方案,（3）分析比较,方案一模具结构简单，但需两道工序、两副模具，生产率较低， 难以满足大量生产时对效率的要求。方案二只需一副模具，冲 裁件的形位精度和尺寸精度容易保证，生产率比方案一高，但 模具结构较方案一复杂，操作较不方便。方案三也只需要一副 模具，操作方便安全，生产率最高，模具结构较方案一复杂， 冲出的零件精度介于方案一和方案二之间，但由于产品本身的 精度要求不高，因此能满足产品的精度要求。通过对上述三种 方案的分析比较，该件的冲压生产采用方案三为佳。,3.5 冲裁模总体结构设计,3.5.1 冲裁模具的分类,模具装配图的一般画法：,明细表 标题栏,技术要求,3.5.2 冲裁模的典型结构,看图方法与步骤：,模具结构图的看图方法,看标题栏，了解模具名称 看工件图 看排样图，了解送料方向，进而知道定位零件的大概位置 看主视图 找涂黑的料和工件 找使板料成形的工作零件 找定位零件，结合俯视图 找出件零件 找导向零件 找固定零件,单工序模也叫简单模，是指在压力机的一次行程中只 完成一道冲压工序的模具。,1单工序模典型结构,带刚性卸料装 置的落料模,带弹性卸料装 置的落料模,带有弹性卸料和顶料装置的单工序落料模,有分离现象产生,冲孔模,斜楔式水平侧向冲孔模,侧向冲孔模,2.级进模的典型结构,级进模又称连续模或跳步模，是指在压力机一次行程中， 在送料方向连续排列的多个工位上同时完成多道冲 压工序的模具,冲孔、落料级进模,)零件的精度对排样的要求 )模具结构对排样的要求 )模具强度对排样的要求 )零件成形规律对排样的要求,级进模排样设计,图3-29 级进模的排样设计,用导正销定距的冲孔落料级进模,双侧刃定距的冲孔落料级进模,侧刃和导正销联合定距的级进冲裁模,复合模是指只有一个工位，并在压力机的一次行程中，同时 完成两道或两道以上的冲压工序的模具 倒装复合模 正装复合模,3.复合模的典型结构,正、倒装复合模比较,正装式复合模,1-打杆 2-模柄 3-推板 4-推杆 5-卸料螺钉 6-凸凹模 7-卸料板 8-落料凹模 9-顶件块 10-带肩顶杆 11-冲孔凸模 12-挡料销 13-导料销,1-下模座 2-卸料螺钉 3-导柱 4-固定板 5-橡胶 6-导料销 7-落料凹模 8-推件块 9-固定板 10-导套 11-垫板 12、20-销钉 13-上模座 14-模柄 15-打杆 16、21-螺钉 17-冲孔凸模 18-凸凹模 19-卸料板 22-挡料销,倒装式复合模,切边冲孔复合模,带有刚-弹性推件装置的倒装复合模,3.5.3 冲裁模的类型选择,对于单工序模，由于正装结构的模具出件方便，优先采用正装结构； 对于复合模，由于倒装复合模操作方便安全，实际生产中优先考虑倒装结构。当所冲板料较薄、孔间距稍小、对工件的平面度又有要求时，应选择正装结构的复合模。 在大批量生产中小型件时，广泛采用带有自动送料的级进模，以节省人工并提高生产效率。,（1）根据制件的生产批量来决定模具类型 一般来说，小批量生产时，应力求模具结构简单、生产周期短、成本低，宜采用单工序模；大批量生产时，模具费用在冲裁件成本中所占比例相对较小，可选用复合模或级进模。 （2）根据制件的尺寸精度要求来决定模具类型 复合模的冲压精度高于级进模，而级进模又高于单工序模。 （3）根据制件的形状大小和复杂程度来决定模具类型 一般情况下，大型制件，为便于制造模具并简化模具结构，采用单工序模；小型制件，而且形状复杂，常用复合模或级进模。,3.5.3 冲裁模的类型选择,4.三类模具的特点与选用,模具的零件分类 (根据功用的不同可分为),3.6 模具主要零件的设计与标准的选用,工艺结构零件： 工作零件：凸模、凹模、凸凹模、侧刃 定位零件：导料板、挡料销、导正销等 卸料及推件零件：卸料板、推件块、顶件块、废料切断刀,辅助结构零件： 导向零件：导柱、导套、导板 固定零件：固定板、垫板、模柄、上模座、下模座、螺钉、 销钉等,3.6.1 工作零件的设计与标准的选用,凸模 凹模 凸凹模 侧刃,作用是使材料产生分离，得到所需冲裁件形状和尺寸,（这里根据习惯仍将侧刃放在定位零件一节讲授）,1模具间隙的确定,冲裁模具间隙是指冲裁模具中凹模与凸模刃口侧壁之间的距离，用符号c表示，是指单面间隙 。（GB/T16743-2010）,（1）间隙对冲裁过程的影响,1）间隙C对零件质量的影响 适当降低间隙值，可有效提高冲裁件的断面质量。 2）间隙C对冲裁工艺力的影响 C增大 ，冲裁力F 冲有一定程度降低。 C增大，F卸、 F推 、 F顶减小，则总的冲压力下降。 反之，当 Z 减小时，各冲裁工艺力都会增加，则总 冲压力增加。,模具的失效形式：磨损、凹模刃口涨裂、崩刃、变形等。 间隙C主要影响模具的磨损、刃口涨裂。,C 增大时，由于冲裁工艺力均减小，使得模具的磨损减小，凹模刃口涨裂减小，因此寿命提高。反之寿命缩短。,3）间隙C对模具寿命的影响,冲裁件的断面质量主要指塌角的大小、光面约占板厚的比例、毛面的斜角大小及毛刺等。 间隙合适时，冲裁时上、下刃口处所产生的剪切裂纹基本重合，这时光面约占板厚的1/2-1/3，切断面的塌角、毛刺和斜度均很小，完全可以满足一般冲裁的要求。 间隙过小时，凸模刃口处的裂纹比合理间隙时向外错开一段距离。 间隙过大时，凸模刃口处的裂纹比合理间隙时向内错开一段距离。,冲裁模间隙,一、间隙对冲裁件质量的影响,1.间隙对断面质量的影响,冲裁件的尺寸精度是指冲裁件的实际尺寸与基本尺寸的差值，差值越小，则精度越高。从整个冲裁过程来看，影响冲裁件的尺寸精度有两大方面的因素：一是冲模本身的制造偏差；二是冲裁结束后冲裁件相对于凸模或凹模尺寸的偏差。,冲裁模间隙,一、间隙对冲裁件质量的影响,2.间隙对尺寸精度的影响,试验证明，随间隙的增大冲裁力有一定程度的降低，但当单面间隙介于材料厚度的5%-20%范围内时，冲裁力的降低不超过5%-10%。因此，在正常情况下，间隙对冲裁力的影响不很大。,二、间隙对冲裁力的影响,冲裁模常以刃口磨钝与崩刃的形式而失效。凸、凹模磨钝后，其刃口处形成圆角，冲裁件上就会出现不正常的毛刺。凸模刃口磨钝时，在落料件边缘产生毛刺；凹模刃口磨钝时，所冲孔口边缘产生毛刺；凸、凹刃口均磨钝时，则制件边缘与孔口边缘均产生毛刺。,三、间隙对模具寿命的影响,分析结果：,提高制件质量需要较小的模具间隙。 降低冲压力需要较大的模具间隙。 提高模具寿命需要较大的模具间隙。,？,在冲压实际生产中，主要根据冲裁件断面质量、尺寸精度和模具寿命这几个因素给间隙规定一个范围值。只要间隙在这个范围内，就能得到合格的冲裁件和较长的模具寿命。这个间隙范围就称为合理间隙，合理间隙的最小值称为最小合理间隙，最大值称为最大合理间隙。设计和制造时应考虑到凸、凹模在使用中会因磨损而使间隙增大，故应按最小合理间隙值确定模具间隙。,四、冲裁模间隙值的确定,1.间隙值确定原则,（2）合理间隙值的确定,1）合理间隙值的理论计算 依据：上下刃口处产生的裂纹重合，模具间隙合理,2）查表确定法 表3-19 表3-20,表3-19 金属板料冲裁间隙分类,表3-20 金属板料冲裁间隙值 （GB/T16743-2010）,（3）冲裁间隙选用方法,选用金属板料冲裁间隙时，应针对冲裁件技术要求、使用特点和特定的生产条件等因素，首先按表3-19确定拟采用的间隙类别，然后按表3-20相应选取该类间隙值。,新模具的间隙应取间隙值中的最小值,2.凸、凹模刃口尺寸及公差的确定,（1）凸、凹模刃口尺寸的计算原则 ）落料时，选凹模作基准，首先设计凹模刃口尺寸，间隙通过减小凸模刃 口尺寸得到。 2）冲孔时，选凸模作基准，首先设计凸模刃口尺寸，间隙通过增大凹模刃 口尺寸得到。 3）取磨损后尺寸增大的基准模刃口尺寸等于或接近于工件的最小极限尺寸；取磨损后尺寸减小的基准模刃口尺寸等于或接近于工件的最大极限尺寸。对磨损前后尺寸不发生变化的刃口尺寸取其等于工件的尺寸。 4）工件尺寸公差与冲模刃口尺寸的制造公差原则上按“入体”原则标注为单向偏差，即落料件和凸模刃口尺寸标注成单向负偏差，冲孔件和凹模刃口尺寸标注成单向正偏差，磨损后无变化的尺寸，一般标注双向偏差。,（2）刃口尺寸计算方法,刃口尺寸计算方法与模具加工方法有关，模具加工方法常见的有两种：,分别加工法 配合加工法,两种模具加工方法比较,1）凸模与凹模分别加工,凸、凹模刃口尺寸的计算方法,1.凸模与凹模分别加工法,图3-6 落料、冲孔时各部分尺寸与公差分布情况 ）落料 ）冲孔,凸、凹模刃口尺寸的计算方法,1.凸模与凹模分别加工法,落料,冲孔,孔心距,磨损系数x值,表2.12 磨损系数x,刃口尺寸计算举例,例3-7 冲制图3-73所示零件，材料Q235，料厚t=2mm。计 算冲裁凸、凹模刃口尺寸及公差。,解：由图3-73可知，该零件需要落料、冲孔两道冲裁工序完成， 下面分别计算其模具刃口尺寸及公差。 1）落料 以凹模为基准，由于形状规则，其模具采用分别加工法进行 加工。 查表3-19和表3-20得c=（7%10%）t，即： cmin =7%t=0.072=0.14mm； cmax=10%t=0.102=0.2mm； 查表3-24得磨损系数为：x=0.5； 查表3-25得凸、凹模的制造偏差分别为：p=0.014mm, d=0.02mm； 由表3-23公式计算得：,即,故模具精度合适,2）冲孔 以凸模为基准，因孔形简单，选用分别制造法加工其模具。 查表3-24得：=0.75 查表3-25得：p =0.012mm,d =0.017mm 由表3-23公式计算得：,即,故模具精度合适,2）凸模与凹模配合加工,落料件,落料凹模,配合加工时落料模刃口尺寸计算公式,冲孔件,冲孔凸模,配合加工时冲孔模刃口尺寸计算公式,凸、凹模刃口尺寸的计算方法,2.凸模与凹模配合加工法,（）落料,图3-8 落料凹模刃口磨损后的变化情况 )工件 ）凹模刃口轮廓,）凹模磨损后变大的尺寸（图中1、2、3），按一般落料凹模尺寸公式计算，即,凸、凹模刃口尺寸的计算方法,2.凸模与凹模配合加工法,（）落料,（max）,+,4,）凹模磨损后变小的尺寸（图中、），按一般冲孔凸模尺寸公式计算，因它在凹模上相当于冲孔凸模尺寸，即,凸、凹模刃口尺寸的计算方法,2.凸模与凹模配合加工法,（）落料,（minx）,-,4,）凹模磨损后无变化的尺寸（图中、），随工件尺寸的标注方法不同，又可分为三种类型计算刃口尺寸：,凸、凹模刃口尺寸的计算方法,2.凸模与凹模配合加工法,（）落料,工件尺寸为 时,（0.5）,）凹模磨损后无变化的尺寸（图中、），随工件尺寸的标注方法不同，又可分为三种类型计算刃口尺寸：,凸、凹模刃口尺寸的计算方法,2.凸模与凹模配合加工法,（）落料,工件尺寸为 时,-,（-0.5）,）凹模磨损后无变化的尺寸（图中、），随工件尺寸的标注方法不同，又可分为三种类型计算刃口尺寸：,凸、凹模刃口尺寸的计算方法,2.凸模与凹模配合加工法,（）落料,工件尺寸为 时,4,（）冲孔 冲孔时应以凸模为基准件来配作凹模。凸模刃口尺寸的计算情况与落料相似，可参照以上公式自行分析。配制凹模的图样上须标明：“凹模刃口尺寸按凸模实际尺寸配制，保证双面间隙值minmax”。,凸、凹模刃口尺寸的计算方法,2.凸模与凹模配合加工法,凸、凹模刃口尺寸的计算方法,.配作法的刃口尺寸换算,图3-9 凹模刃口尺寸的换算 ）凹模类换成凸模B 类 ）凹模类换成凸模类,凸、凹模刃口尺寸的计算方法,.配作法的刃口尺寸换算,落料凹模刃口的类尺寸换算为凸模刃口类尺寸的计算公式：,(d min,),4,同理可得落料凹模刃口的类尺寸换算为凸模刃口类尺寸的计算公式：,(d +min,),4,+,对于C 类尺寸，由于刃口磨损后其值基本不变，故不存在尺寸换算问题。,配合加工法时凸、凹模零件图绘制示例,落料件,落料凹模基准模,落料凸模非基准模,注意刃口尺寸公差的标注,3.工作零件的结构设计及标准的选用,（1）凸模的结构形式及其固定方法,设计凸模需解决的问题,结构形式 固定方式 尺寸设计 材料选用 热处理要求 校核,按截面形状分有圆形截面凸模和异形截面凸模,1）标准圆凸模的结构形式及固定方法 （JB/T5825-2008JB/T5829-2008 ）,圆柱头直杆圆凸模（杆部直径D=136mm） 圆柱头缩杆圆凸模（杆部直径D=536mm） 锥头直杆圆凸模（刃口直径D=0.515mm） 60锥头缩杆圆凸模（杆部直径D=23mm） 球锁紧圆凸模（直径D=6.032mm）,材料推荐采用：Cr12MoV、Cr12、Cr6WV、CrWMn 硬度要求：Cr12MoV、Cr12、Cr6WV刃口5862HRC，头部固定部分4050HRC；CrWMn刃口5660HRC，头部固定部分4050HRC,圆柱头缩杆圆凸模的结构及固定方式,圆柱头缩杆圆凸模标准尺寸及标记示例（JB/T5826-2008）,标记示例：D=5mm，d=2mm，L=56mm的圆柱头缩杆圆凸模标记为：圆柱头缩杆圆凸模 5256 JB/T5826-2008,大、中型圆凸模的结构形式及固定方法,冲小孔凸模结构形式与固定方法,2）异形凸模的结构形式及固定方法,台阶式结构：固定部分为圆形或矩形 直通式结构,异形凸模采用台阶式结构及固定方式,用压板固定侧面开槽异形凸模,用横销固定异形凸模,用挂台固定异形凸模,3）凸模尺寸的确定与模具结构有关,L=h1h2h3h附加,L=h1h2th附加,（3）凸模的强度校核,承压能力的校核 抗失稳能力校核,（2）凹模结构设计及标准的选用,凹模结构形式及固定方式 凹模刃口设计 凹模外形设计 凹模材料选用 凹模热处理要求,1）凹模的结构形式及固定方式,整体式 组合式 镶块式,整体式凹模有矩形和圆形两种,整体式凹模普通冲压模里常用的结构,（JB/T7643.1-2008和JB/T7643.4-2008）,标记示例：L=125mm，B=100mm，H=20mm的矩形凹模标记为： 矩形凹模板12510020 JB/T7643.1-2008,整体式凹模固定方式,推荐材料： T10A， 9Mn2V， Cr12， Cr12MoV 热处理硬度： 6064HRC,固定方式螺钉、销钉直 接紧固于下模座中,组合凹模结构及固定方式,推荐材料： Cr12MoV、 Cr12、 Cr6WV、 CrWMn， 热处理硬度： 5862HRC。,镶块式凹模,2）凹模的刃口形式,3）凹模的外形设计外形形状和尺寸,外形形状：圆形或矩形,凹模外形尺寸设计经验公式,由此得到凹模外形的计算尺寸为：,冲裁凹模的设计步骤：,凹模外形设计举例,例3-9 试设计图3-92所示工件落料凹模的外形及尺寸。 解：由于所冲形状接近于长方形，因此其凹模外形选择矩形。 根据工件的最大外形尺寸b=40+20=60mm和材料的厚度2mm查表3-29得：K=0.28，则可计算出凹模的各尺寸如下： H=Kb=0.2860=16.8mm c=（1.52）H=（1.52）16.8=25.2mm33.6mm， 取c=30mm。 则：L=40+19.88+302=119.88mm B=19.88+302=79.88mm 这是计算出来的凹模外形尺寸，依据计算出来的尺寸查表3-31可知实际的凹模尺寸应该是： LBH=125mm80mm18mm,矩形凹模板的部分数据 （JB/T7643.1-2008）,凸凹模是复合模中同时具有落料凸模和冲孔凹模作用的工作零件。它的内外缘均为刃口，内外缘之间的壁厚取决于冲裁件的尺寸,（3）凸凹模的设计,凸凹模的最小壁厚,求图示零件模具刃口尺寸及公差。已知材料Q235，未注尺寸公差按m级查表。,练习1,未注公差的线性尺寸极限偏差,未注公差的冲裁圆角线性尺寸极限偏差,作用：确定送进模具中的毛坯在模具中的准确位置,送进模具中的毛坯有两种形式：,条料（带料或卷料） 单个毛坯,3.6.2 定位零件的设计与标准的选用,单个毛坯是被 “放进”模具指定位置,条料是沿着一定方向 被“推进”模具,单个毛坯定位举例,条料定位举例,1导料零件,常见的导料零件有： 导料板 导料销 侧压装置,作用是保证条料沿正确的方向送进模具,（1）导料板,通常为2块，分布在条料送进方向的2侧，利用螺钉销钉直接 固定在凹模上，有两种形式： 标准结构：推荐材料45钢，热处理硬度2832HRC 非标准结构 ：导料板和卸料板为一整体,作用是控制条料的送进方向,标准结构导料板的固定方式,导料板与凹模板外形平面尺寸相同,非标准结构导料板,导料板与卸料板做成一个整体,有承料板的结构,导料板比凹模板长,（2）导料销,一般至少需设两个，并位于条料的同侧，为标准结构，材料推荐采用45钢，热处理硬度4348HRC,（3）侧压装置,挡料销,圆头挡料销 钩形挡料销,固定挡料销,始用挡料销 回带式挡料销 弹顶挡料销,活动挡料销,作用是控制条料送进模具的距离，即控制进距的. 常见的结构有挡料销，侧刃，导正销等。,2挡料零件,（1）固定挡料销,标准件，在送料的前方，直接固定于凹模上，操作不方便，适用于手工送料的模具。 选用依据：所冲板料厚度t，见表3-34,作用是控制条料的送进距离，即控制进距,固定挡料销工作原理,钩型挡料销,始用挡料销 回带式挡料销 弹顶挡料销,活动挡料销,（2）活动挡料销,均为标准结构，挡料块或销材料推荐选用45钢，热处理硬度4348HRC,始用挡料装置,常装于导料板内，多用于级进模的首次送料,始用挡料装置工作原理,有三种形式： 弹簧弹顶挡料装置 橡胶弹顶挡料装置 扭簧弹顶挡料装置,弹顶挡料装置,装于弹性卸料板内，多用于倒装式复合模中,弹簧弹顶挡料装置,橡胶弹顶挡料装置,扭簧弹顶挡料装置,回带式挡料装置,装于刚性卸料板内，多用于手工送料的模具中,送料,将料往回带,回带式挡料装置工作原理,侧刃：在级进模中，为了限定条料送进距离，在条料侧边冲切出一定形状缺口的工作零件。 侧刃有标准件，推荐选用T10A，热处理硬度5660HRC。 标准侧刃选用方法：依据进距，侧刃的刃口长度进距,（3）侧刃,作用是控制条料的送进距离，即控制进距。,标准侧刃,侧刃定距原理,双侧刃定距的冲孔落料级进模,1-内六角螺钉 2-销钉 3-模柄 4-卸料螺钉 5-垫板 6-上模座 7-凸模固定板 8、9、10-凸模 11-导料板 12-承料板 13-卸料板 14-凹模 15-下模座 16-侧刃 17-侧刃挡块,侧刃磨钝后产生的毛刺位置,非标准件，由冲件的形状决定。,特殊侧刃,侧刃挡块,杆部,导正部分,导入部分,（4）导正销,主要用于级进模中条料的精确定位。是标准件，由头部和杆部两部分组成，导正销杆部用于固定， 头部由导入部分和导正部分组成。导正销推荐选用9Mn2V 选用依据是预冲孔的孔径d。,h,d,导正销的导正原理先冲孔再导正,送料方向,在有导正销的模具中，注意 模具的工作顺序。,标准A型导正销的结构及固定方式,A型导正销,B型导正销,标准B型导正销的结构及固定方式,导正销是活动的，可以上、下移动,C型导正销,标准C型导正销的结构及固定方式,D型导正销,标准D型导正销的结构及固定方式,直接导正即是利用工件上的孔进行导正，导正销常装 于落料凸模内。 间接导正即是利用预先冲出的工艺孔进行导正，导正 销常装于凸模固定板内。,直接导正,间接导正,导正销的两种导正方式：,导正销可以直接导正，也可以间接导正。,与挡料销的位置关系：,导正销通常与挡料销、侧刃和自动送料装置配合使用。,导正销不能独立使用！,（3）定位板和定位销,利用毛坯外形进行定位,利用毛坯内形进行定位,3.6.3 压料、卸料、送料零件设计与标准的选用,卸料装置（废料切断刀） 推件装置 顶件装置,作用是压住板料和卸下或推出制件与废料的零件,1卸料装置,根据卸料力的来源不同分为： 刚性卸料装置 弹性卸料装置 废料切断刀（拉深件切边时卸料用）,作用是卸下箍在凸模或凸凹模外面的制件或废料。,卸料板,（1）刚性（固定）卸料装置,由一块板(称为卸料板）组成，利用螺钉、 销钉直接固定在凹模上，卸料力是由于板料毛坯与卸料板的刚性撞击而产生。主要适用于所需卸料力较大、对板平面度无要求的厚板卸料。,刚性卸料装置卸料原理,卸料板与料刚性撞击产生的力进行卸料,（刚性）卸料板的设计,外形的形状及尺寸一般与凹模相同 孔形取决于本次冲压的凸模外形，两者之间留有间隙。若同时起导板作用，则与凸模之间采用H7/h6间隙配合。 卸料板的厚度由板料厚度决定，见下表。 材料推荐选用45钢，淬火处理硬度4348HRC,（2）弹性卸料装置,由卸料板、弹性元件和卸料螺钉三部分组成，通常装于上模，也可装于下模。卸料力是由于弹性元件的被压缩所产生的。这种卸料板常用于料较薄、所需卸料力不大，板平面度有要求的冲压。,弹性卸料装置的工作过程,弹性卸料装置的几种结构形式,导料销导料,导料板导料,卸料装置装在上模,卸料装置装在下模,一般情况下，卸料板的外形和尺寸与凹模一致，如果弹性元件过多或过大，允许将卸料板尺寸加大，以便于安置弹性元件。卸料板的孔型与本次冲压的凸模外形相吻合，两者之间留有一定间隙，卸料板的厚度取决于所冲板料的厚度。 卸料螺钉是标准件（不同于固定用螺钉，是模具中专用的），可直接从标准中选用。 常用的弹性元件有弹簧和橡皮，均为标准件，可按条件选用。,需要设计：卸料板，弹性元件和卸料螺钉。,弹性卸料装置的连接卸料螺钉,（3）废料切断刀,对拉深件切边时，应用废料切断刀进行卸料。 废料切断刀通常装于切边凸模边上，其刃口约低于凸模刃口23个料厚，利用冲裁时，凹模向下压废料于切刀刀刃上把废料切断进行卸料。,废料切断刀标准结构形式,2.推件装置,刚性推件装置 弹性推件装置,作用是顺着冲压方向推出卡在凹模孔内的制件或废料。,根据推件力的来源不同有：,（1）刚性推件装置,刚性推件装置组成零件,打料横杆,挡块,滑块,刚性推件装置推件原理,刚性推件装置结构形式,刚性推件装置的设计,1-打杆：由模柄孔尺寸确定其直径 2-推板：标准件 3-推杆：依模具结构设计 4-推件块：外形与本次冲压凹模孔 型一致，孔型与本次冲 压凸模外形一致。,推件块的设计,推板结构：可选用标准件,弹性推件装置,需要设计： 推件块和弹性元件。,由弹性元件和推件块组成,3.顶件装置,作用是逆着冲压方向顶出卡在凹模洞口内的料。,顶件装置工作过程,导柱导套 导板,滑动导柱导套 滚珠导柱导套,3.6.4 导向零件的设计与标准的选用,作用是保证运动导向和确定上、下模相对位置，目的是使凸模能正确的进入凹模，并尽可能的使凸、凹模周边间隙均匀。,（1）导柱、导套导向,滑动导柱导套,滑动导柱形式,滑动导套形式,滑动导柱导套是标准件,滑动导柱和导套的装配,H模具闭合高度,滚珠导柱导套,滚珠导向装置,滚珠导向装置 钢球保持架,滚珠导向装置实物图片,滚珠导柱导套在模具中的安装位置,（2）导板导向,导板就是刚性卸料板，不同的是，导板与凸模之间采用的是H7/h6间隙配合，为保证导板起导向作用，导板应与凸模有足够的接触长度，其厚度H一般取： H=（0.81）H凹（H凹为凹模厚度） 同时保证在模具的整个工作过程中（含模具回程），凸模与导板孔始终不脱离。,模具闭合状态,模具开启状态,模座（架） 模柄 垫板 固定板 螺钉 销钉,3.6.5 连接与固定零件的设计与标准的选用,作用是将凸模、凹模固定于上、下模，以及将上、下模固定在压力机上。,包括：,（1）模座,有上模座和下模座，作用是用于装配和支撑上模或下模所用零部件。,标准模架,滑动导向模架 滚动导向模架,上模座 下模座 导柱 导套,标准模架,根据导柱导套的配合不同，标准模架有：,对角导柱模架 后侧导柱模架 中间导柱模架 四角导柱模架,标准模架 上模座