第2章 冲裁工艺

1,2.1 冲裁工艺分析2.2 冲裁模间隙2.3 冲裁模刃口尺寸计算2.4 冲裁工艺力2.5 冲裁件的排样2.6 精密冲裁,第2章 冲裁工艺,2,广义上讲，冲裁是分离工序的总称，包括落料冲孔切断、修边、剖切切舌、冲缺等工序。但一般来说，冲裁主要指落料和冲孔。,落料,冲孔,第2章 冲裁工艺,3,冲裁件,电机转子与电机定子,4,冲裁件,5,冲裁件,录音机机芯自停杆,6,1、冲裁时的力态分析,普通冲裁示意图,模具工作部分有两个基本特征：,凸、凹模有锋利刃口凸、凹模有间隙,C - 单面间隙Z - 双面间隙,2.1 冲裁工艺分析,冲裁板料受力图,7,2.1 冲裁工艺分析,变形区位置,变形区的应力状态,冲裁时板料的应力状态,8,2、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 冲裁工艺分析,9,2.1 冲裁工艺分析,10,3、冲裁分离机理,上述分离机理称作“二向裂纹扩展相迎分离机理”，要实现这种分离，需要三个条件：,“二向裂纹扩展相迎分离机理”是确定冲裁工艺参数，设计、制造模具的依据。,1）合理间隙,2）刃口锋利,3）刃口有一定硬度,2.1 冲裁工艺分析,11,4、冲裁件断面特征,4 - 塌角,3 - 光亮带,2 - 断裂带,1 - 毛刺,2.1 冲裁工艺分析,12,5、影响断面质量的因素,1）材料性能：,材料塑性好光亮带，断裂带，断面质量好,2）模具间隙：,3）刃口状态：,C光亮带，断裂带，塌角带，毛刺，断面质量好,刃口锋利毛刺，零件质量好,2.1 冲裁工艺分析,13,6、思考题,1）普通冲裁为何有毛刺，落料件、冲孔件的毛刺方向如何？为什么？2）提高冲裁件断面质量的措施？,2.1 冲裁工艺分析,14,1、间隙对冲裁工艺的影响,尺寸精度,C挤压变形，弹复后落料件变大，冲孔件变小C拉伸变形，弹复后落料件变小，冲孔件变大C合适，制件尺寸刃口尺寸,制件表面平整度,C制件穹弯，制件表面平整度差,断面质量,C塌角,光亮带,断裂带,毛刺,断面质量好。,1）间隙对冲裁件质量的影响,2.2 冲裁模间隙,C - 单面间隙 Z - 双面间隙,15,间隙对制件断面质量的影响,16,2）间隙对冲裁力的影响,C冲裁力，但影响不大。,C对卸料力推件力顶件力影响较大， C FX 、FT、 FD 。 当C=1520时，FX 、FT 、FD 近似等于0,模具寿命： 1）两次刃磨间寿命 2）总寿命,3）间隙对模具寿命的影响,C 寿命C 寿命,2.2 冲裁模间隙,17,2、间隙值的确定,合理间隙,合理间隙不是一个值，而是一个范围CminCmax，Cmin用以设计制造模具，Cmax用以控制模具寿命。,2.2 冲裁模间隙,间隙值的理论确定法,C = ( t - h0 ) tg = t( 1 - h0/t) tg,理论公式使用不便,？,18,C的经验确定法,经验公式,查表：表3-3/p40（电器仪表行业） 表3-4/p41（汽车、拖拉机行业）,2.2 冲裁模间隙,19,3、思考题,仔细分析间隙值的经验公式及间隙值表，说出普通冲裁间隙的大致取值范围？,2.2 冲裁模间隙,20,1、现象,落下的料和冲出的孔都带锥度，由于光亮带光滑垂直，故以光亮带处作为制件尺寸测量的基准。因此：,冲裁时模具磨损，凸模越磨越小，凹模越磨越大，因此：,落料件尺寸等于（或接近于）凹模刃口尺寸。冲孔件尺寸等于（或接近于）凸模刃口尺寸。,冲出的孔尺寸越来越小落料件尺寸越来越大,2.3 冲裁模刃口尺寸计算,21,2、尺寸计算原则,取min。,模具刃口制造公差的选取，要考虑制件精度； 按“最大实体原则”标注单向公差：凸模单向负，凹模单向正。,落料模，以凹模为基准，间隙取在凸模上； 冲孔模，以凸模为基准，间隙取在凹模上。,落料模：凹模刃口基本尺寸取工件尺寸公差范围内的较小尺寸； 冲孔模：凸模刃口基本尺寸取工件孔的尺寸公差范围内的较大尺寸。,2.3 冲裁模刃口尺寸计算,22,冲模制造精度与冲裁件精度之间的关系,23,3、凸、凹模分别加工的刃口尺寸计算,落料,2.3 冲裁模刃口尺寸计算,24,冲孔,孔心距,2.3 冲裁模刃口尺寸计算,25,公差带偏移系数 x,2.3 冲裁模刃口尺寸计算,或查表3-5/P44,26,p 、d的取值,根据精度要求查取相关手册,规则形状（圆形、方形件）冲裁时凸、凹模的制造公差,或，p 0.4（Zmax-Zmin）、 d 0.6（Zmax-Zmin）,2.3 冲裁模刃口尺寸计算,27,注意：,采用该方法计算刃口尺寸，为保证合理间隙，模具制造公差必须满足：,?,2.3 冲裁模刃口尺寸计算,注意：,若制件没有标注公差，则对非圆形件按国家标准“非配合尺寸的公差数值”IT14级精度来处理，圆形件一般可按IT10级精度来处理。制件尺寸公差按最大实体原则标注为单向公差。,28,4、凸、凹模配合加工的刃口尺寸计算,设计原则：,落料时，以凹模为基准，计算凹模刃口尺寸，按Zmin配作凸模；,冲孔时，以凸模为基准，计算凸模刃口尺寸，按Zmin配作凹模。,2.3 冲裁模刃口尺寸计算,29,落料,C类尺寸，随凹模磨损，尺寸不变：,A类尺寸，随凹模磨损，尺寸：,B类尺寸，随凹模磨损，尺寸：,落料件 凹模刃口轮廓,2.3 冲裁模刃口尺寸计算,30,冲孔,C类尺寸，随凸模磨损，尺寸不变：,A类尺寸，随凸模磨损，尺寸：,B类尺寸，随凸模磨损，尺寸：,2.3 冲裁模刃口尺寸计算,31,总之,C类尺寸，随模具磨损，尺寸不变：,A类尺寸，随模具磨损，尺寸：,B类尺寸，随模具磨损，尺寸：,2.3 冲裁模刃口尺寸计算,32,5、举例,1）如图所示垫圈，材料Q235，料厚t=2mm，确定落料、冲孔模刃口尺寸？,2.3 冲裁模刃口尺寸计算,33,2）如图所示零件，材料H62，料厚t=0.5mm，确定落料凸、凹模刃口尺寸,2.3 冲裁模刃口尺寸计算,34,6、作业与思考题,1）如图所示零件，材料45钢，料厚t=2mm。确定落料、冲孔凸、凹模刃口尺寸，并计算冲裁力。,2.3 冲裁模刃口尺寸计算,35,2）如图所示硅钢片零件，材料为D42硅钢板，料厚t=0.35mm。用配做法制造模具，确定落料凸、凹模刃口尺寸。,2.3 冲裁模刃口尺寸计算,36,3）某工件的冲孔尺寸如图所示，材料为H62，料厚t=0.8mm，试确定冲孔凸、凹模刃口尺寸。,2.3 冲裁模刃口尺寸计算,37,思考题：冲裁模工作零件（凸、凹模）常用的加工方法？其相应的刃口尺寸计算方法?,2.3 冲裁模刃口尺寸计算,38,1、冲裁力 - 行程曲线,可以看出，冲裁力变化非常急剧。因此冲裁时模具和设备必然会受到冲击作用，并发生噪声。,2.4 冲裁工艺力,39,2、冲裁力计算,F KLt,F - 冲裁力,L - 冲裁周边长度,t - 料厚, - 材料抗剪强度，0.8b,K - 系数，K=1.3, Ltb,1）冲裁力,2.4 冲裁工艺力,40,2）压力中心的确定,冲模压力中心：冲压时诸冲压力合力的作用点位置。为了确保压力机和模具正常工作，应使冲模的压力中心与压力机滑块的中心相重合。否则，会使冲模和压力机滑块产生偏心载荷，使滑块和导轨间产生过大的磨损，模具导向零件加速磨损，降低模具和压力机的使用寿命。,2.4 冲裁工艺力,41,对称形状的单个冲裁件，冲模的压力中心就是冲裁件的几何中心。 工件形状相同且分布位置对称时，冲模的压力中心与零件的对称中心相重合。形状复杂的零件、多孔冲模、级进模的压力中心可用解析计算法求出。计算依据是：各分力对某坐标轴的力矩之和等于诸力的合力对该轴的力矩。求出合力作用点的坐标位置即为模具的压力中心,冲模的压力中心，可按下述原则来确定：,2.4 冲裁工艺力,42,3、降低冲裁力的方法,1）阶梯冲裁,2.4 冲裁工艺力,2）加热冲裁（热冲）,43,3）斜刃冲裁,2.4 冲裁工艺力,44,为了获得平整工件，落料时凸模应为平刃，将凹模作成斜刃。,2.4 冲裁工艺力,冲孔时凹模应为平刃，将凸模作成斜刃。,45,4、卸料力、推件力、顶件力,卸料力：FX = KX F,推件力：FT = n KT F,顶件力：FD = KD F,卸料力 推件力.wmv,顶件力.wmv,2.4 冲裁工艺力,46,5、设备选择,设备吨位 F总 =F + FX 、FT 、FD,a） FZ =F + FT,b） FZ =F + FX,c） FZ =F + FX + FT,d） FZ =F + FX + FD,2.4 冲裁工艺力,47,6、作业,如图所示冲裁件，材料为Q235钢，料厚t=2mm，模具采用弹性卸料装置和下出料方式，凹模刃口直壁高度h=6mm。试计算所需的冲压力? 并确定压力中心？选择压力机？,2.4 冲裁工艺力,7、思考题,1）如何方便快捷地计算冲模的压力中心?2）利用所学知识，巧算冲裁力？,48,1、材料利用率,在冲压零件的成本中，材料占60%以上，为提高，必须合理排样，减少工艺废料。因此，排样是冲裁工艺及模具设计中一项很重要的工作。,排样及废料,材料利用率,2.5 冲裁件的排样,排样：冲裁件在板料、带料或条料上的布置方法。,49,2、排样方法,1）根据材料的利用情况：,少废料排样：,无废料排样：,有废料排样：,有废料排样2.MPG,无废料排样.MPG,2）排样时，除考虑材料利用率外，还要考虑模具结构的复杂性，生产率，操作方便，安全等因素。,2.5 冲裁件的排样,50,3）按冲裁件在条料上的布置方式，排样又可分为直排、斜排、对排、混合排、多行排、冲裁搭边等多种形式。,直排：适用于方形、矩形零件。,斜排：适用于椭圆形、T形、形、S形零件。,2.5 冲裁件的排样,51,直对排：适用于梯形、三角形、半圆形、T形、形、形零件。,斜对排：适用于椭圆形、T形、形、S形零件。,2.5 冲裁件的排样,52,多行排：适用于大批量生产中尺寸不大的圆形、六角形、方形、矩形零件。,交叉排：适用于C形、形、形等零件。,组合排：适用于材料与厚度相同的两种以上零件。,2.5 冲裁件的排样,53,裁搭边法 - 整裁法：适用于尺寸较小且形状较简单的细长零件。,裁搭边法 - 分次裁切法：适用于尺寸较小且形状较复杂的细长零件。,2.5 冲裁件的排样,54,3、搭边,搭边：排样中相邻两工件之间或工件与条料边缘之间的余料。,a：侧搭边 a1：工件间搭边,c：切断工序的搭边,2.5 冲裁件的排样,55,搭边的作用：,补偿定位误差，保证制件质量。保证条料有一定刚度，便于送进。保护模具刃口。,搭边值的确定：根据具体情况，查表,条料宽度的确定,2.5 冲裁件的排样,56,57,4、排样设计举例,工件,排样方案,例1,2.5 冲裁件的排样,58,工件,排样方案1：单工序冲压（落料冲孔）,例2，垫圈,排样方案2：复合工序（落料-冲孔）,排样方案3：级进工序（冲孔落料）,2.5 冲裁件的排样,方案1：模具结构简单，成本低。生产效率低，不适于大批量生产，制件精度低。方案2：生产效率高，制件精度高。模具结构复杂。方案3：生产效率高，易于实现自动化，制件精度高。模具结构复杂。,59,排样方案4：复合工序，多行排,排样方案5：级进工序，多行排,2.5 冲裁件的排样,60,工件,排样方案1：单工序冲压,例3，电机转子冲片,落47.2外圆 冲10孔和定向槽口R0.3 冲12个槽口,2.5 冲裁件的排样,61,排样方案2：复合工序（落料-冲孔）,排样方案3：级进工序（落料-冲孔）,2.5 冲裁件的排样,62,排样方案4：复合工序，多行排,排样方案5：级进工序，多行排,2.5 冲裁件的排样,63,工件,排样方案1：单工序冲压,例4，电机定子冲片,落外形 冲两腰形孔和4个4孔 冲48.2孔和2个5孔,2.5 冲裁件的排样,64,排样方案2：复合工序,2.5 冲裁件的排样,65,落料式级进工序,切废式级进工序,排样方案3：级进工序,2.5 冲裁件的排样,66,排样方案4：复合工序，多行排,排样方案5：级进工序，多行排,2.5 冲裁件的排样,67,排样方案6：电机转子与电机定子套排（级进工序）,2.5 冲裁件的排样,68,例5，录音机机芯暂停杆展开件,2.5 冲裁件的排样,69,排样方案1：直排,2.5 冲裁件的排样,70,排样方案2：直对排,2.5 冲裁件的排样,71,排样方案3：斜排,2.5 冲裁件的排样,72,5、作业与思考题,作业：冲裁件接触环如图所示，材料45钢，料厚t=1mm。试确定排样图?,思考题：1）分析搭边值的表，说出搭边值的大致范围？2）搭边太大或太小的危害？,2.5 冲裁件的排样,73,2.6 精密冲裁,普通冲裁所得制件精度在 IT11以下，切断面粗糙度 ，有锥度。当制件质量要求高时，可采用精冲和半精冲工艺，精冲件尺寸精度可达 IT6 IT9，切断面粗糙度可达 。,1.6,0.4,12.5,6.3,74,2.6.1 精冲（齿圈压板冲裁）,1、工艺原理与特点,在冲裁过程中使毛坯变形区处于三向压应力状态，增加变形区的静水压效应，抑制材料的断裂，使其在不出现裂纹的条件下以塑性变形的方式实现材料的分离，从而获得断面质量好，尺寸精度高的精密零件。,1）V形齿圈压板,2）凹模（或凸模）刃口小圆角,3）很小的间隙，一般Z1%t,4）反向顶杆,75,2.6.1 精冲（齿圈压板冲裁）,2、工艺过程,精冲.mpeg,76,2.6.1 精冲（齿圈压板冲裁）,3、精冲力的计算,F b,1）冲裁力：,FY （0.30.6）F,2）压料力：,FF AP (P=2070MPa),3）反压力：,Fz + F +FY + FF,4）总压力：,77,4、精冲模的设计,1）凸、凹模间隙： Z（0.5% 1%）t,2）刃口尺寸, 落料时：,其中，p 、d 取/4或外形按IT5、内形按IT6制造 。,，配作凸模, 冲孔时：,，配作凹模, 孔心距：,2.6.1 精冲（齿圈压板冲裁）,78,3）凸、凹模刃口圆角：,4）齿圈压板,落料时，凹模带圆角，R0.01 0.03,冲孔时，凸模带圆角，R0.01 以下,2.6.1 精冲（齿圈压板冲裁）,79,5）精冲模结构,专用的三动精冲压力机上的精冲模；,普通压力机上使用的精冲模，需要一套液压模架。,2.6.1 精冲（齿圈压板冲裁）,精冲液压机,80,精冲模1,81,精冲模2,82,5、精冲的效果,切断面 ,制件精度 IT6IT9,1.6,0.2,精冲的汽车零件,控制凸轮：,原工艺：毛坯铸造清理车外圆拉削键槽铣削凸轮外廓去毛刺,新工艺：板料毛坯精冲（落料冲孔复合）去毛刺,接合器盘：,原工艺：普通冲裁（落料冲孔）校平拉削内齿形去毛刺滚齿（外齿形）去毛刺,新工艺：板料毛坯精冲（落料冲孔复合）去毛刺,2.6.1 精冲（齿圈压板冲裁）,83,精冲件,84,精冲件,85,精冲件,86,齿圈压板冲裁所得制件质量好，但需要专用设备，且模具结构复杂。采用下面介绍的几种半精冲工艺，模具结构简单，在普通压力机上即可实现，因此广为中小厂使用。,2.6.1 精冲（齿圈压板冲裁）,87,2.6.2 小间隙圆角刃口冲裁（光洁冲裁）,Z0.010.02mmR=1020,切断面 ,制件精度 IT8IT11,1.6,0.4,效果:,88,2.6.3 负间隙冲裁,切断面 ,制件精度 IT8IT11,0.8,0.4,效果:,89,2.6.4 对向凹模冲裁,90,2.6.5 上、下冲裁,91,2.6.6 整修,整修是以普通冲裁件为毛坯，在通用压力机上利用整修模具沿毛坯外缘或内孔切去一层薄薄的切屑，消除断面上的塌角、断裂带、毛刺，获得高质量制件，其加工机理与冲裁完全不同，而与切削加工类似。,切断面 ,制件精度 IT6IT7,0.8,0.4,效果:,92,2.6.6 整修,1、外缘整修,93,2.6.6 整修,2、内孔整修,94,2.6.6 整修,3、挤光整修,95,本章掌握,冲裁分离机理。冲裁断面特征。提高冲裁件断面质量的措施。间隙对冲裁工艺的影响。冲裁模凸、凹模刃口尺寸计算方法。降低冲裁力的方法。冲模