止动件冲裁工艺与模具设计

知识目标：

了解冲裁变形过程掌握冲裁模间隙及刃口尺寸计算掌握冲裁件排样方法掌握冲裁力、压力中心计算方法冲裁工艺设计掌握模具设计的步骤项目五止动件冲裁工艺

与模具设计会掌握冲裁工艺分析、计算；

会设计冲裁模的结构；会查表选用冲裁模标准件；

会设计工作零件。技能目标：重点：1.掌握模具的工艺分析方法和计算；

2.

掌握模具设计的步骤；难点：如何选择合理的设计参数。

教学重点难点：一、项目提出采用冲孔和落料复合模。该零件采用什么工艺与模具生产？二、项目实施零件的工艺性分析。确定工艺方案。排样设计及计算。冲压力、压力中心计算。工作零件刃口尺寸计算。模具总体设计（模具各零部件的设计及选用）。画模具装配图、工作零件零件图。整理设计文档。三、项目讨论如何确定最终的工艺方案？如何确定冲压力，与模具结构有关吗？连续模和复合模的排样图又什么不同？冲裁工艺分析及计算

知识点落料：冲压时，材料沿封闭曲线相分离，封闭曲线以内的部分为冲裁件冲裁：利用模具使板料沿着一定轮廓形状产生分离的冲压工序冲孔：冲压时，材料沿封闭曲线相分离，封闭曲线以外的部分为冲裁件一、冲裁变形时板材变形区的受力情况F1、F2----凸、凹模对板料的垂直作用力F3、F4----凸、凹模对板料的侧压力µF1、µF2----凸、凹模端面与板料间的摩擦力µF3、µF4----凸、凹模侧面与板料间的摩擦力M----弯距punchSheetmetalmatrix二、冲裁变形过程1、弹性变形阶段：板料产生弹性压缩、弯曲、拉伸等复杂变形，导致凸模下的材料略有弯曲，凹模上的材料上翘；凸模稍许挤入材料上部，板料下部略挤入凹模洞口。2.塑性变形阶段：

板料内应力达到屈服点，刃口附近的材料由于弯曲拉深形成塌角；板料与凸模和凹模的接触产生塑性剪切变形塑性变形在切断面上形成一小段光亮且与板面垂直的断面。3.剪裂阶段：在凹模刃口附近的侧面产生裂纹凸模刃口附近的侧面上、下裂纹扩展相遇材料分离

冲裁力blankingforce曲线OA----弹性变形阶段AB----塑性变形阶段BC----断裂阶段CD----将冲件推出 凹模洞口所 需的力三、冲裁件质量及影响因素1.圆角带（1）由于板料弯曲、拉伸作用形成的。（2）材料塑性好，凸凹模间隙大，圆角大。2.光亮带（1）塑性变形状态下实现剪切变形形成的，受切应力τ和压应力σ（2）光洁平整，垂直于底面，高度占断面的3/1-1/2（3）材料塑性愈好，凸凹模之间的间隙愈小，光亮带高度愈高。3、断裂带：（1）冲裁时裂纹扩张而形成（2）表面粗糙，有4-6度的斜度（3）材料塑性差，凸凹模间隙愈大，断裂带的高度和斜度也增大4．毛刺（1）由于裂纹产生不是正对着凸凹模的刃口而是靠近刃口的侧面（2）材料塑性差，毛刺大；（3）间隙过大，或过小，都有较长的毛刺。（1）落料件尺寸=凹模尺寸（2）冲孔件尺寸=凸模尺寸问题间隙过大（或过小），冲孔件尺寸小于、小于还是等于凸模尺寸？习题一、填空题1、对于落料件，其大端尺寸等于———2、冲压工序概括起来可分成——和——两类。3、普通冲裁件的断面一般有以下四个特征区：——、——、——和——。4、当冲裁间隙较大时，冲裁后因材料弹性回复，使冲孔件尺寸()凸模尺寸，落料件尺寸()凹模尺寸。A、大于，小于B、大于，大于

C、小于，小于D、小于，大于

四、冲裁间隙

冲裁间隙是冲裁凸模和凹模之间工作部分的尺寸之差（双边间隙）。

Z=D凹-D凸Z=2(t-h0)tan=2t(1-h0/t)tan1、合理间隙的理论依据：

保证在塑性剪切变形结束后，由凸凹模刃口处所产生的上下剪切裂纹重合。2、间隙计算公式3间隙值的取决因素：板料厚度和材料性质（塑性）板料愈厚，塑性愈差，间隙愈大

４、实际生产中冲裁间隙的确定（1）尺寸精度、断面质量要求高冲裁件（IT10-IT8)，选用小间隙。

（2）尺寸精度、断面质量要求不高冲裁件（IT14-IT10)，选用大间隙，以提高模具寿命。五、尺寸计算的原则

1、落料以凹模为设计基准，冲孔以凸模为设计基准

2、凸模和凹模应考虑磨损规律

落料尺寸=凹模尺寸冲孔尺寸=凸模尺寸落料模凹模基本尺寸接近工件的最小极限尺寸冲孔模凸模基本尺寸接近工件的最大极限尺寸

3、凸模和凹模之间保证合理间隙

4、凸模和凹模的制造公差应与冲裁件的尺寸精度相适应

冲裁间隙一般选用最小合理间隙值Zmin一般冲模精度高工件精度2-4级；形状简单，模具制造精度按IT6-7级形状复杂的刃口，制造偏差按工件相应公差的1/4；刃口磨损后不变的尺寸，制造偏差按工件相应公差的1/8。

5、工件公差与冲模刃口尺寸的制造偏差原则按“入体” 工件凹模

六、凸凹模尺寸的计算1、分别加工法

（1）定义：分别规定凸模和凹模的尺寸和公差，并在图纸上标出；（2）特点：模具制造难度大；（3）应用：冲裁件形状简单（如圆形或方形）（4）优点：凸模和凹模具有互换性，制造周期

短 。

（5）公式：

落料冲孔 孔心距Ld=L+1/8

工件的制造公差凹模孔心距的公称尺寸工件孔心距凹模尺寸凸模尺寸磨损系数凹模制造公差落料件的最大极限尺寸、最小合理间隙冲孔件的最小极限尺寸、

为了保证可能的初始间隙不超过Zmax，即

凸、凹模的制造公差，可按ＩＴ６～ＩＴ７级来选取，也可查表2.4.1选取，但需校核或取。≤≤≤+Zmin≤Zmax，选取必须满足以下条件：2、配作法（1）定义：用凸模和凹模相互单配的方法来保证； （2）特点：落料件以凹模为基准模，冲孔件以凸模 为基准，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。

（3）应用：用于形状复杂、薄料且间隙较小的模具；（4）优点：互换性差；（5）公式：落料凹模或冲孔凸模在磨损后增大尺寸冲孔凸模或落料凹模在磨损后减小的尺寸

冲孔凸模或凹模磨损后基本不变的尺寸

例1冲制图示零件，材料为Q235钢，料厚。计算冲裁凸、凹模刃口尺寸及公差。解：由图可知，该零件属于无特殊要求的一般冲孔、落料。

外形和18±0.09由冲孔同时获得。查表2.3.3得，由落料获得，

公差表由公差表查得：为IT12级，取x=0.75；设凸、凹模分别按IT6和IT7级加工制造，则冲孔：

≤校核：

0.008+0.012≤0.06-0.040.02=0.02（满足间隙公差条件）为IT14级，取x=0.5；孔距尺寸：=L±=18±0.125×2×0.09=(18±0.023)mm校核：（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：≤=0.4×0.02=0.008mm

落料：≤例2如图所示的落料件，其中板料厚度t=1mm，材料为10号钢。试计算冲裁件的凸模、凹模刃口尺寸及制造公差。落料凸、凹模尺寸

a)落料凹模尺寸b)落料凸模尺寸

排样设计的工作内容：

选排样方法 确定搭边值 计算条料宽度 送料步距 画排样图冲裁件在条料上的布置方法七、排样1．材料利用率板料的裁剪方法：一个步距内零件的实际面积与所用毛坯面积的百分率表示（1）一个步距内材料利用率

=A/BS

（2）、条料总利用率

=nA1/LBn---条料上实际冲裁的零件数L---条料长度B---条料宽度A1---一个零件的实际面积A--一个步距内零件的实际面积B--一个步距内所需毛坯面积S---一个步距（2）冲裁所产生的废料：一类是结构废料；另一类是工艺废料。

2．提高材料利用率的方法（1）板料的裁剪方法：(1)、有废料排样

优点：冲裁件质量高，模具寿命高；

缺点：材料利用率低在冲裁件与冲裁件之间以及冲裁件与条料侧边之间，有搭边存在3、排样方法(2)、少废料排样

优点：材料利用率高 降低冲裁力。缺点：模具单面受 力易磨损，且边缘毛刺易被带入冲裁间隙，降 低模具寿命，冲裁件精 度相对低。沿冲件部分外形切断或冲裁，在冲件与冲裁件之间或冲裁件与条料侧边有搭边。(3)、无废料排样

优点：材料利用率高， 送料步距为两倍 零件宽度时，一 次切断能获得两 个零件。缺点：冲裁件精度低。冲裁件与冲裁件之间以及冲裁件与条料侧边无搭边。凸模排样图例4、搭边a1作用:（1）补偿条料的裁剪误差；（2）使条料有一定得刚度，保证条料的连续送进；（3）使凸、凹模刃口双边受力，避免毛刺拉入间隙，模具寿命和工件断面质量提高；影响因素:（1）材料力学性能板料愈厚，材料愈软，搭边值愈大；（2）材料厚度板料愈厚，搭边值愈大；（3）冲裁件尺寸和形状尺寸大，形状复杂，搭边愈大；（4）送料、卸料档料方式排样时冲裁件与冲裁件之间以及冲裁件与条料侧边之间留下的工艺余料例题：如图1所示的工件，在有侧压装置下，请分别决定排样方法和搭边值，并计算其材料的利用率。画出排样图。材料：08钢解：排样方法：直排侧面搭边值

工件间搭边值a1

步距S=80+a1

条料宽度B0=80+2a=850-1

一个步距内的材料利用率

=3.14*40*40/82.2*85=71.9%导料板间的距离

A=B+C=85+5=90

冲裁力F=2*3.14*40*3*3005.条料宽度B(1)、有侧压装置或用手将条料紧贴单边导料板时

D------冲裁件与送料方向垂直的最大尺寸

a-----冲裁件与条料侧边之间的搭Δ-----板料冲裁时的下偏差

(2)、无侧压装置时D------冲裁件与送料方向垂直的最大尺寸

a-----冲裁件与条料侧边之间的搭边

Δ-----板料冲裁时的下偏差

C-----导料板与最宽条料之间的间隙

6、排样图

(1)一张完整的模具装配图在其右上角应画出冲裁件图和排样图。

(2)在排样图上标注条料宽度、公差、送料步距、搭边。

工件图材料：０８钢厚2.5a1a=2S=32

工件图材料：10钢厚1.5a1a=2B=171八、冲裁力计算压力中心1、冲裁力计算（１）冲裁力：板料作用在凸模上的最大抗力（２）冲裁力计算

L—冲裁件周长（毫米）

t—板料厚度（毫米）

K—安全系数，常取为

ҭ—抗剪强度

σb—抗拉强度2、卸料力、推件力、顶件力计算卸料力：从凸模上卸下箍着的料所需要的力推件力：从梗塞在凹模内的料顺冲裁方向推出所需的力；顶件力：从梗塞在凹模内的料逆冲裁方向推出所需的力；F—冲裁力（毫米）n—同时卡在凹模内的冲裁件（废料）数KxKTKD—卸料力，推件力,顶件力系数3、压力机公称压力的确定

采用弹压卸料装置和下出件模具时

采用弹压卸料装置和上出件模具时采用刚性卸料装置和下出件模具时Fz=F+FX+FT

Fz=F+FX+FD

Fz=F+FT

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5、冲模压力中心的确定

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。

冲压力合力的作用点。（1）．简单几何图形压力中心的位置

1）对称冲件的压力中心，位于冲件轮廓图形的几何中心上。2）冲裁直线段时，其压力中心位于直线段的中心。3）冲裁圆弧线段时，其压力中心的位置，按下式计算：

（2）．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。（3）．复杂形状零件模具压力中心的确定

课堂练习此零件是落料件,全部尺寸为自由公差,可看作IT14,对于尺寸１3，则该尺寸为凸凹模以单配法制作，选凹模为设计基准，只需要落料凹模刃口尺寸及制造公差，凹模尺寸由凸模实际尺寸按间隙要求配作。

由表查得Zmin,,Zmax,根据零件的精度，所有尺寸对应磨损系数X=1。落料凸模的基本尺寸与凹模相同，不必标注公差，但要在技术要求中说明，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Zmin。排样方法：直对排由表查得：侧面搭边值工件间搭边值

步距条料宽度:模具采用条料板导料，无侧压，由表查得，由表2.5.3查得条料宽度偏差

一个步距内的材料利用率=2A/BS=2(2826514)/45.3*29.8=71.9%

冲裁力：模具采用刚性卸料，下出件方式punchpress冲床，（冲裁）压力机blankingdie

冲裁模

blankingclearance,dieclearance

冲裁间隙blankingforce冲裁力

blankingdie

冲裁模centerofdie,centerofload

压力中心layo