第一课 冲裁工艺分析

1、 第一課 冲裁工艺分析 凸模和凹模在冲压力的作用下发生剪切冲材内晶体沿剪切线发生分离从而得到想要的形状和尺寸。通常有分条机开料剪板机开料和模具冲裁。这里我们只讲模具冲裁。一冲裁工艺的结构 二冲裁的过程 三冲裁件的品质分析四冲裁间隙五冲裁工艺的力学分析六冲裁工艺的各种形態一冲裁工艺的结构1.刀口分冲头刀口和凹模刀口2.冲头（凸模）3.凹模4.脫料板壓料板5.刀口直身6.刀口斜度7.冲裁间隙二冲裁的过程 整个冲裁过程从材料变形到分离大致可以分为以下三个阶段。 弹性变形阶段 刀口擠壓材料表層沿刀口周圍發生的变形有塑性變形但主要為彈性變形。 塑性变形阶段:刀口契入材料使材料形變不可恢復，沖件和沖材分階

2、。 断裂阶段 在沖裁間隙的限制下，參加滑移的晶體不斷硬化和減少，最終沖件與沖材分離。冲裁的过程局部放大弹性变形阶段圓角產生塑性变形阶段光亮帶產生断裂阶段毛剌產生二冲裁的过程三冲裁件的品質分析冲裁件斷面各狀態的名稱 冲裁件的品质標准冲裁件的断面品质分析冲裁件的形狀品质分析冲裁件的尺寸品质分析沖裁粉屑的產生和防治跳屑的產生和防治堵屑的產生和防治冲裁件斷面各狀態的名稱 圆角带（塌边）在沖裁工藝的弹性变形阶段刀口的力，使沖材靠近刀口的地方塑性變形，留下的形狀。 光亮带在沖裁工藝的塑性变形阶段這時凸模擠入沖材沖材擠入凹模沖材分別在凸模外壁，和凹模內壁上被擠光形成一個與沖材兩面垂直的光亮區域即光亮带。 断

3、裂带在沖裁工藝的断裂阶段由於塑性變形程度增大，參加滑移的晶體逐漸硬化減少晶粒進入拉應力狀態，晶面晶間相互撕扯，隨著沿凸模外形的裂紋和沿凹模內框的裂紋的發展最終使沖件和沖材分離，留下有斜度度的粗糙斷面，嚴重時甚至有裂片殘留或裂縫。 毛刺：分正常毛刺擠壓毛刺和拉斷毛刺。三冲裁件的品質分析冲裁件斷面各狀態的名稱正常毛刺在沖件與沖材分離時仍有壓應力使少量晶体滑移延伸出沖材和沖件的表面，形成毛刺。擠壓毛刺：沖材不變冲裁间隙偏小被拉入間隙中的沖材晶體壓應力就較大，因而塑性變形區域擴展，使得延伸出沖材和沖件表面的晶體增多，毛剌變長。 拉斷毛刺：沖材不變冲裁间隙越大晶體越早進入拉應力狀態斷裂階段越早到來。因而

4、沖材上沿凸模外形的裂紋和沿凹模內框的裂紋，位置差距越大，那麼兩裂紋間的沖材的體積就越大。沖材裂片在凸凹模繼續的相向運動下，受擠壓而再次塑性變形，分別被沖件和沖材粘連帶至表面，使斷面毛刺變長。圖解裂紋的產生及發展對斷面品質的影響冲裁件斷面各狀態的名稱冲裁件斷面各狀態的名稱 裂片殘留：較厚的塑性較差的金屬沖材，當冲裁间隙偏小時，沖材上沿凸模外形的裂紋和沿凹模內框的裂紋，數值大，裂紋發展的縱深也就較大紋路開叉多最終在斷面上留下重重疊疊的鱗片狀。 斷面裂縫：較厚的塑性較差的金屬沖材，當冲裁间隙太小時，沖材上沿凸模外形的裂紋和沿凹模內框的裂紋，位置差距數值也小，在凸凹模的擠壓下，裂片卻未能很好地溶合形成

5、橫向的條條縫隙。斷裂分離：塑性較差硬度較高的金屬沖材（如，熱軋碳素鋼），冲裁间隙偏大時，沖裁過程往往沒有塑性變形階段，雖然毛剌很小，但斷面不平，不齊，沖件的實際輪廓與圖紙計的輪廓偏差大。冲裁件斷面圖三冲裁件的品質分析冲裁件的品质標准 沖壓生產中沖件不僅要符合圖紙的要求還要符一般的品質要求。下面我從三個方介紹沖件的一般要求。 一，斷面品質一般要求 1光亮帶應占斷面的13以上。 2斷面不得有裂片殘留和裂縫。 3毛剌高度不大於0.05mm。 二，沖裁件平面度的一般要求 1面積5050以下，平面度小於0.20mm。 2面積100100以下，平面度小於0.30mm。 3面積150150以下，平面度小於0

6、.40mm。 4面積300300以下，平面度小於0.50mm。 5面積500500以下，平面度小於0.8mm。三冲裁件的品量分析冲裁件的品质標准三，尺寸品質的一般要求：(單位：mm) 尺寸范圍 精度等級A級B級 C級6以下0.050.10.36300.10.20.5301200.150.30.81204000.20.51.240010000.30.8210002000 0.51.23冲裁件的断面品质分析回顧前述可知，影響沖件斷面的因素有沖材品質沖材拉入沖裁間隙的阻力凸凹模的品質沖裁間隙，沖裁力。沖材塑性與斷面品質的關係：1塑性越好光亮帶越寬，但應使用較小沖裁間隙，控制毛剌和圓角帶大小。 2塑性

7、越差，斷裂帶越寬，毛剌越少。應注意避免“斷面裂紋”，“裂片殘留”，“斷裂分離”的現象也現。沖材拉入沖裁間隙的阻力與斷面品質的關係： 1刀口越利，阻力越大毛剌越少，圓角帶越小。 2壓料力越大，阻力越大，毛剌越少，圓角帶越小。3壓料力越靠近刀口才越有效。4壓料面積越小，壓料力才越有效。三冲裁件的品量分析冲裁件的断面品质分析凸凹模的品質與斷面品質的關係： 1凸凹模側面越光滑越水平無破損，斷面毛剌少，豎痕越少，粉屑越少。 2凸凹模的材質越硬，密度越大，越能提高表面越光滑度，因此也有益於斷面的品質。沖裁間隙與斷面品質的關係：1沖裁間隙越小沖材被拉入間隙的阻力就越大，斷面塌边就越小。2沖裁間隙越小，塑性變

8、形程度就越大，光亮帶就越寬。3沖裁間隙越均勻斷面品質越好。4正常的毛剌不會因減小沖裁間隙而變小，或消失。5擠壓的毛剌不會因冲裁间隙更小而增長。6拉斷毛剌會因冲裁间隙增大而增長。沖裁力與斷面品質的關係：1沖裁力垂直作用於沖材時，無用塑性變形少，斷面品質較好。 2. 只有沖裁力足夠時沖裁工藝才能在瞬間一气呵成才能獲得設想的斷面品質3沖裁力的速度越快，拉斷時越干脆，斷面品質最好。冲裁件的形狀品质分析 沖裁件的形狀品質, 主要指沖裁輪廓度和沖件平面度 輪廓度品質問題在三种情況下發生 1沖材毛坯大小不夠發生沖裁件欠料 2沖材毛坯的定位偏移發生沖裁件欠料 3沖裁時發生斷裂分離 沖件平面度品質問題是沖裁工藝

9、中的常見問題 1沖材毛坯本身平面度不良在沖裁工藝中能夠改善的成度很小厚度越薄越難改善但可以用整平機配合沖壓整平工藝改善 2沖裁工藝中彈性變形回復不完全加劇了平面度的不良 3沖裁刀口狀態的不良加劇了平面度的不良 4沖裁間隙對毛坯的擠壓加劇了平面度的不良間隙越大影響越大 5模具本身的平面度不良與毛坯貼合不平使沖裁時毛坯變形空間增大加劇了平面度的不良三冲裁件的品量分析冲裁件的尺寸品质分析影響沖裁件尺寸精度的因素：1彈性回复（回彈）。回彈後沖件外形擴張，內孔收縮，使實際尺寸與設計尺寸產生偏差。塑性好或厚度大的沖材，在壓料力的作用下，平面上的變形和回彈都少，沖件尺寸精度主要受斷面上的回彈（斷面收縮）影響

10、。2沖裁間隙及其分別在凸凹模上的放量。沖裁間隙的大小, 決定著拉沖材入間隙的多少，實際也影響了沖件出模後的回彈量。沖裁間隙如何在凸凹模上放量，直接影響沖件尺寸的大小。沖材越厚, 越硬所需沖裁間隙越大影響就越大。這些特點將在後續的各種沖裁形式中分別講述。3沖件尺寸公差在凸凹模上的放量。4凸凹模的尺寸精度。三冲裁件的品量分析沖裁粉屑的產生和防治 粉屑的產生的原因A沖壓材料中纖維組織促使沖裁時裂紋發展复雜裂片脫落形成粉屑。（如鋁合金不銹鋼磷青銅沖裁時特別易產生粉屑。）B沖裁間隙不合理毛刺偏大。毛刺在模內脫落形成粉屑。C粘著在沖頭上的金屬脫落形成粉屑。粉屑對沖裁的應響A粉屑壓入沖件表面形成花白點甚至是

11、壓傷。B粉屑進入脫板應響沖頭和脫板的壽命及模具精度。C沖頭上金屬粘著致使沖孔尺寸偏大。防治方法A設計和制造合理的沖裁間隙。B提高凸凹模的硬度及刀口周面的光滑度。(如噴沙鍍鈦等）C沖裁時添加合适的潤滑油。D掏空模內不工作處盡量減少沖件与模面的接触避免粉屑壓入沖件。E加吹風吹走粉屑。三冲裁件的品量分析防治粉屑方法圖示跳屑的產生與防治跳屑也叫“帶廢料“沖裁結束后沖頭拔出凹模時將廢料帶至模面使后繼沖件壓入廢料或壓傷。產生跳屑的原因 A廢料太過輕小容易被沖頭吸引或粘帶。B模具零件加工后退磁未盡。 C沖頭上有沖壓油或是其它液体殘留。D沖壓時沖頭刀口端面与廢料平面緊貼之間產生真空。E沖裁間隙偏大廢料在凹模穴

12、內受擠壓力小。F單邊沖裁。G沖裁深度与凹模刀口直身配合不當沒有廢料在刀口直身處逗留受擠壓廢料直接來到刀口斜位因松動翻轉被沖頭吸引或粘帶。 H刀口直身太少而刀口斜位斜度沒有做小。跳屑的防治 A減少添加沖壓油或是使用揮發性強的沖壓油。 B修改刀口直身斜度間隙。 C沖頭刀口端面作中空。D沖頭內加頂針。E沖頭內通風。F凹模刀口內設置負气壓。三冲裁件的品量分析跳屑防治圖示三冲裁件的品量分析堵屑的產生和防治堵屑也叫“廢料堵塞“是因為沖裁廢料下落不暢在凹模刀口內形成堵塞。堵屑的危害A堵屑后沖裁力突增沖孔沖頭折斷。B堵屑后廢料在沖孔沖頭的沖壓下形成向凹模刀口內壁周圍擴張巨大脹擠力最終使凹模破裂。堵屑產生的原因

13、和防治（模具設計与制造中的不良)三冲裁件的品量分析堵屑產生的原因和防治（生產使用中的不良) 1模具本身沒有墊腳架模時用現場公用墊腳墊高擋住了落屑孔。所以模具設計与制造時要完整做好墊高結构如果需要現場加墊腳架模人原一定要認真檢查落屑是否全部順暢。2連續模生產中多次發生誤送引導針与料帶發生沖裁廢屑沒法排出。所以模具設計与制造時引導孔也要做好落屑孔模具上要設計与安裝誤送檢知裝置發生誤送后要清理引導孔中的廢料不能掉以輕心。3有些沖床下床台沒有落屑孔生產時由模座下的滑板振動盤輸送帶排出。或是堆積在墊腳底板下床台上面由作業工人及時清理。這樣也容易堵塞特別是大塊的廢料。但這樣的情況作業工人比較容易發現一般不

14、會造成太大的危害。四冲裁间隙沖裁間隙對沖壓生產的影響1沖裁間隙對沖件品質的影響有三個方面尺寸外觀形狀。2沖裁間隙對影響沖裁工藝力。3沖裁間隙影響模具壽命。沖裁間隙越大模具越耐磨損。4沖裁間隙越大凹模孔壁對沖落件的擠壓力就越小生產中就越容易出現跳料。沖裁間隙的確定主要靠積累的經驗值。常用材料普通冲裁间隙經驗值。材料名称材料代号材料厚度(mm) 單邊间隙算法(mm)冷軋電解板冷軋低碳鋼SPCC, SECC0.3-1.20.05料厚1.5-2.00.06料厚2.5-3.00.07料厚拉深電解板深拉深電解板馬口鐵純鐵SECDSECESPCDSPCE0.3-1.20.04料厚1.5-2.00.05料厚2

15、.5-3.00.06料厚熱軋鋼(黑皮) 不繡鋼A1050PA3004P等2.0-3.00.1料厚3.50.12料厚不繡鋼, 軟鋼(硬度HV310)例如SUS301-3/4HSUS304-H0.8以下0.06料厚0.8-1.20.07料厚1.5-2.00.08料厚黃銅例如C2600C26800.8以下0.03料厚0.8-1.50.04料厚1.5-2.00.05料厚軟鋁5A02, 3A210.02料厚非金屬沖材紙皮塑料等 0.005料厚沖裁間隙与凹凸模尺寸的計算設計時如何依沖裁間隙的數值對凹模內孔尺寸和凸模的外形尺寸加以縮放就先要弄清礎沖件尺寸与凹凸模尺寸的關系。歸納起來有四种形式1凸模外形為沖件

16、所要尺寸。2凹模內孔為沖件所要尺寸。 3單邊沖裁 4不等厚沖裁。 圖示凸凹模與沖裁間隙1凸模外形為沖件所要尺寸。凸模（沖針沖頭）從沖件上拔出在沖件上留下的孔洞缺口的尺寸是由凸模的外形尺寸來決定的。在實際生產中凸模的外形尺寸因為下列原因不可以直接等于沖件所要尺寸。A凸模的外形尺寸會因沖壓磨擦而逐漸減小為了提高凸模壽命凸模的外形尺寸應加上沖件尺寸公差的上偏差值。B沖裁時凸模擠入材料周圍有少量材料被迫壓縮凸模拔出沖件后沖件必然回彈使沖件尺寸有所縮小縮量一般在0.01mm0.03mm之間。對与公差值很小的沖件而言凸模外形尺寸就有必要加上适當的“回彈補償”。因此 凸模外形尺寸沖件基本尺寸公差上偏差值回彈

17、補償 凹模內孔加工時以凸模外形尺寸為基數內孔向周圍均勻放大放大值為“單邊沖裁間隙“。因此 凹模內孔尺寸凸模外形尺寸沖裁間隙值 下圖舉例說明假設沖件為SECC材料t=1.0mm。2凹模內孔為沖件所要尺寸。 沖壓材料被凸模擠入凹模孔內擠入的材料依凹模形狀形成沖件的全部（如開料）或沖件的局部（如半沖凸台）這樣的沖件尺寸由凹模內孔尺寸決定。 在實際生產中凹模的內孔尺寸因為下列原因不可以直接等于沖件所要尺寸。A凹模的內孔尺寸會因沖壓磨擦而逐漸加大為了提高凹模壽命凹模的內孔尺寸減去沖件尺寸公差的下偏差值。B沖裁時凹模內孔周圍擠壓沖件沖件出模后必然回彈使沖件尺寸有所加大。在有必要的情況下凹模的內孔尺寸應減去

18、适當的回彈補償。因此凹模內孔尺寸沖件基本尺寸公差下偏差值回彈補償凸模外形加工時以凹模內孔尺寸為基數周圍均勻縮小縮小值為“單邊沖裁間隙“。因此凸模外形尺寸凹模內孔尺寸沖裁間隙值下圖舉例說明 假設沖件為SECC材料t=1.0mm。3單邊沖裁 在上述的案例中沖裁工作發生在凸凹模形狀的周圍呈封閉狀態凸模每一條邊所受到的沖裁側推力都有對應從而使凸模保持穩定始終和凹模垂直相向。下面要講的沖裁案例卻呈開放狀態因為凸模單邊沖裁側推力沒有對應為了保証凸模不被側推力推歪在模具的設計与制造時就要對刀口形的狀和沖裁間隙作出修改。4不等厚沖裁。通常沖壓材料（板料卷料）是板平等厚的要設計時要求沖裁沿線間隙均等。但是在多姿

19、多彩的工作歲月里你可也能會遇到象鐵棒斜楔鐵塊這樣不等厚的材料。見下圖五冲裁工艺的力学分析 沖裁工藝力（P）及沖床吨位（Pto） 沖裁力（P1）的計算 壓料脫料力（P2）的計算 推出力（P3）的計算 平刃沖裁沖床吨位選擇實例 減少沖裁力的方法沖裁工藝力（P）及沖床吨位（Pto） 沖裁工藝力（P）沖裁工作中完成沖件和沖材分離脫模等所需作用力的總稱。它包括沖裁力（P1）, 壓料脫料力（P2）,頂出（P3）。沖裁力（P1）凸凹模對沖材毛坯進行沖裁分離所需的壓力壓料脫料力（P2）合模沖裁時壓緊沖材毛坯不變形區減少不必要的變形所需的力。開模時還可以脫料。所以所用的彈力构件必須選擇能滿足壓料力和脫料力之中最

20、大的荷重需要。推出力（P3）指沖裁時凸模同時頂出前一片工件或廢料所需的力。沖壓工藝力（P）P1P2P3沖壓工藝的原動力都來自壓力機（沖床）。在選擇沖床吨位時應考慮計算誤差和其他因素對功力的消耗以及對沖床的荷載保護。所以應在沖壓工藝力P基礎上在加上保護力。一般用下式計算沖床吨位（Pto）1.3（P1P2P3）見下圖進一步詮釋五冲裁工艺的力学分析沖床吨位計算圖解沖裁工藝力（P）及沖床吨位（Pto）沖裁力（P1）的計算沖裁力的大小受下列條件影響K系數是考慮對刀口磨損間隙不均勻材料 机械性能及厚度等因素將可能發生的變化 進行的提前修正量。一般取值K1.3。L沖裁周長（mm）t材料厚度（mm）M1材料的

21、抗剪強度（MPa）當刀口水平狀態沖裁時用下公式計算沖裁力 沖裁力（P1）KLtM1（1MPaN /mm 1kg9.8N）五冲裁工艺的力学分析常用沖材抗剪強度取值范圍分類抗剪強度（MPa) 對應牌號 經驗取值純鐵18025Kg/mm低碳鋼200300SPCDSPCESPCCA330 35Kg/mm中碳鋼260500C4535 40Kg/mm硅鋼190560不銹鋼320480SUS301SUS30435 45Kg/mm彈簧鋼60072065Kg/mm軟呂8010020Kg/mm硬呂105150未硬化25 30 Kg/mm黃銅240300半硬28Kg/mm青銅240 48035 40Kg/mm非金屬150紙皮膠木云母15Kg/mm沖裁力（P1）的計算 在實際生產中模具沖裁開模脫料所需的力還受其它多种因素的影響為了方便計算我們可以依下表取值。各位也可以自已收數据積累經驗繪制成表格。壓料脫料力（P2）的計算 影響P2取值的因 素很多但在實際設 計計 算中只需依沖裁 力（P1） 為基數乘以 經驗系數值Ke。 （通常同一模具里會有多個P2） 五冲裁工艺的力学分析料厚 Ke值0.10.350.150.10.50.150.060.51.00.06 0.051.01.50.050.041.52.00.040.0352.02.