冲裁工艺与模具设计

冲裁工艺与模具设计一、冲裁工艺概述冲裁是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。它既可以直接冲出成品制件，也可以作为弯曲、拉深等其他工序的坯料，还可以在已成形的制件上进行再加工（切边、切口、冲孔等）。1.什么是冲裁工艺？2.冲裁时板料变形区的受力情况图1冲裁时作用于板料上的力1—凹模；2—板料；3—凸模

a3.冲裁时板料的变形过程冲裁变形过程可分为三个阶段：第一阶段：弹性变形阶段。在这一阶段中，若板料内部的应力没有超过弹性极限时，当凸模卸载后，板料立即恢复原状。第二阶段：塑性变形阶段。凸模继续压人，压力增加，材料内的应力达到屈服点，产生塑性变形。第三阶段：断裂分离阶段。凸模继续压入材料，先后在凹、凸模刃口侧面产生裂纹，裂纹产生后沿最大切应力方向向材料内层发展，当裂纹相遇重合时，材料便被切断分离。图2

冲裁变形过程图3冲裁时材料的应力状态图图4冲裁力-凸模行程曲线裂纹最先产生于凹模侧面4.冲裁件的质量（1）断面质量及其影响因素冲裁件端面由圆角带、光亮带、断裂带和毛刺组成。圆角带是刃口附近的材料产生弯曲和伸长变形的部分；光亮带是板料与模具侧面挤压而形成的光亮垂直的端面；断裂带是刃口处产生的微裂纹在拉力作用下，不断拓展而形成的撕裂面；毛刺是断面上高于制件的部分，是不可避免的。图5

冲裁件的断面特征a)冲孔件b）落料件断面质量的影响因素在四个特征区中，光亮带剪切面质量最佳，而断裂带的断面粗糙，且带有斜度。各个部分在整个断面上的比例，随材料的性能、厚度、模具冲裁间隙、刃口状态及摩擦等条件有关。主要有以下几个方面：（a）材料的塑性越好，光亮带所占比例越大，圆角和穹弯较大，断裂带较窄；材料的塑性差，反之。（b）间隙过大，使凸模产生的裂纹相对于凹模产生的裂纹向里移动一个距离；间隙过小，使凸模产生的裂纹相对于凹模产生的裂纹向外移动一个距离。图6

间隙对断面质量的影响（c）模具刃口状态对断面质量的影响图7模具刃口状态对断面质量的影响

a）凹模磨钝b）凸模磨钝c）凸、凹模均磨钝凸模钝时，落料件产生较大毛刺；凹模钝时冲孔件产生较大毛刺。（2）影响冲裁件尺寸精度的因素表1冲裁件的精度（a）由表1可知，冲模的制造精度越高、材料厚度越小，冲裁件的精度越高。

图5材料的回弹理论（c）冲裁间隙间隙过大，材料的拉伸作用变大（3）形状误差冲裁件的形状误差是指翘曲、扭曲、变形等缺陷。冲裁件呈曲面不平现象称为翘曲。主要由间隙过大、弯矩增大、变形拉伸和弯曲成分增多而造成的，此外材料的各向异性和卷材未矫正也会产生翘曲。冲裁件呈扭歪现象称为扭曲。是由于材料不平、间隙不均匀、凹模后角对材料摩擦不均匀等造成的。金属冲裁件所能达到的经济精度为IT14—IT10级，要求高的可达到IT10—IT8级。二、冲裁模具的设计思路1、冲裁模设计的总原则：

在满足制件尺寸精度和形状精度的前提下力求使模具结构简单、操作方便、材料消耗少、制件成本低。2、冲裁模设计思路三、冲裁工工艺性分析析冲裁件的工艺性性是指该工工件在冲裁裁加工中的的难易程度度。良好的的冲裁工艺艺性应保证证材料消耗耗少、工序序数少、模模具结构简简单且寿命命长、产品品质量稳定定、操作安安全方便等等。1、冲裁工艺艺性要求1）应避免冲冲裁件上有有过窄的悬悬臂和狭槽槽。2）冲裁件的的孔与边缘缘间距离b1、孔与孔之之间的距离离b2不能太小。。3）冲裁件的的外形或内内孔的转角角处，应避避免有锐角角的清角，，应采用圆圆弧过渡。。4）冲孔的尺尺寸不能太太小。2.冲裁件的尺尺寸精度和和粗糙度普通冲裁件件1）尺寸精度度一般在IT10~IT11级以下2）剪切断面面表面粗糙糙度Ra<6.3μm（冲裁厚度度在2mm以下）3）冲孔精度度比落料精精度高一级级3、典型案例例分析制件结构简简单对称，，外形近似似圆形，有有一宽2mm的槽口，不不是狭槽。。槽口处存存在近似90°的转角。。圆孔间距距b1=2t，方形孔的的孔边距b=1.8mm>2t。，制件上上内孔Φ4与Φ6的公差为0.07mm（由附录K可知为IT10级），其他他尺寸无精精度要求（（视为IT13级），因此此，制件总总体精度为为IT10级。因该制制件为电子子器材的外外观配件，，制件内外外轮廓相对对尺寸精度度要求较高高，同时要要求冲压材材料表面光光洁、平整整,无氧化皮、、裂纹、锈锈斑、划痕痕等缺陷。。所用材料料为纯铝(1200)，冲裁性能能较好，但但容易产生生毛刺。综综上所述，，制件具有有较好的冲冲裁性能，，适宜采用用冲裁加工工。四、冲裁模刃口尺寸计计算1、冲裁间隙隙冲裁间隙Z是指冲裁模模中凹模刃刃口横向尺尺寸Dd与凸模刃口横横向尺寸Dp的差值。Z表示双面间间隙，单面面间隙用Z/2表示，如无无特殊说明明，冲裁间间隙就是指指双面间隙隙。Z值可为正，，也可为负负，但在普普通冲裁中中，均为正正值。1）.冲裁间隙对对冲裁力、、卸料力、、推料力、、顶料力的的影响间隙越小，，冲裁力就就越大；反反之，间隙隙越大，冲冲裁力就小小。间隙越小，卸料料力和推料料力随之增增加；间隙隙越大，卸卸料力和推推料力随之之减小。间隙对卸料料力、推料料力的影响响大于对冲冲裁力的影影响。2）.冲裁间隙对对冲模寿命命的影响较小的间隙可提提高模具的的使用寿命命。过小的的间隙对模模具的寿命命极为不利利。3）.合理间隙值值的确定合理间隙是是一个范围值，这个范围的的最小值称称为最小合合理间隙（（Zmin），最大值值称为最大大合理间隙隙（Zmax）。确定合理间间隙值有理理论法和经经验确定法法两种。a）理论确定法法主要是根据据凸、凹模模刃口产生生的裂纹相相互重合的的原则进行行计算算。。根据据图图中中几几何何关关系系可可求求得得合合理理间隙隙为为Z。中硬硬钢钢硬钢钢b）经验验确定定法根据据研研究究与与实实际际生生产产经经验验，，间间隙隙值值可可按按要要求求分分类类查查表表确确定定。。对对于于尺尺寸寸精精度度、、断断面面质质量量要要求求高高的的冲冲裁裁件件应应选选用用较较小小间间隙隙值。。这时时冲冲裁裁力力与与模模具具寿寿命命作作为为次次要要因因素素考考虑虑。。对于于尺尺寸寸精精度度和和断断面面质质量量要要求求不不高高的的冲冲裁裁件件，，在在满满足足冲冲裁裁件件要要求求的的前前提提下下，，应应以以降降低低冲冲裁裁力力、、提提高高模模具具寿寿命命为为主主，，选选用用较较大大的的双双面面间间隙隙值。2、凸、凹模模刃口尺寸计计算的原则影响冲裁件尺尺寸精度的首首要因素是模模具刃口尺寸寸的精度，合合理间隙值也也需要刃口尺尺寸及其制造造公差来保证证。在确定刃口尺寸寸及制造公差差时应遵循的的原则：1）落料件尺寸取决于凹模刃口尺寸，冲孔件尺寸取决于凸模刃口尺寸。在计算落料模模时，以凹模模为基准，间间隙取在凸模模上；在计算算冲孔模时，，以凸模为基基准，间隙取取在凹模上。。2）根据磨损规规律，设计落落料模时，凹凹模基本尺寸寸应取制件尺尺寸公差范围围内的较小尺尺寸；设计冲冲孔模时，凸凸模基本尺寸寸则应取制件件孔尺寸公差差范围内的较较大尺寸。冲裁间隙一般采用用最小合理间间隙值。3）确定冲模刃口口制造公差时时，应考虑制制件的公差要要求。制造公公差太小，会会增加模具的的成本和制造造难度；公差差太大，会降降低模具的使使用寿命3、凸、凹模刃刃口尺寸的计计算方法冲裁模加工方方法的不同，，其刃口尺寸寸的计算方法法也不同。冲冲裁模的加工工方法分为互互换加工法和和配做加工法法两种。凸、凹模互换换加工时，凸凸、凹模刃口口尺寸的计算算（1）落料根据计算原则，落落料时以凹模模为设计基准准。首先确定定凹模尺寸，，使凹模的基基本尺寸接近近或等于工件件轮廓的最小小极限尺寸；；将凹模尺寸寸减小最小合合理间隙值即即得到凸模尺尺寸。（2）冲孔（3）孔心距孔心距属于磨损损后基本不变变的尺寸。或取：：δA=0.6(Zmax-Zmin)δT=0.4(Zmax-Zmin)足以下下条件件例题：：冲制图图2.4.2所示零零件，，材料料为Q235钢，料料厚t=0.5mm。计算算冲裁裁凸、、凹模模刃口口尺寸寸及公公差。。解：由由图可可知，，该零零件属属于无无特殊殊要求求的一一般冲冲孔、、落料料。凸、凹模模配合合加工工时，，凸凹凹模刃刃口尺尺寸的的计算算配合加加工方方法，，是先先按照照工件件尺寸寸计算算出基基准件件凸模模（或或凹模模）的的公称称尺寸寸及公公差尺尺寸，，然后后配做做另一一个相相配件件凹模模（或或凸模模）。采用配配作法法，计计算凸凸模或或凹模模刃口口尺寸寸，首先判判断出模具具刃口口各个个尺寸寸在磨磨损过过程中中是变变大，，变小小还是是不变变这三三种情情况，，然后后分别别按不不同的的公式式计算算。(1）凸模模或凹凹模磨磨损后后会增增大的的尺寸寸——第一类类尺寸寸A(2）凸模模或凹凹模磨磨损后后会减减小的的尺寸寸——第二类类尺寸寸B(3）凸模模或凹凹模磨磨损后后会基基本不不变的的尺寸寸——第三类类尺寸寸C号钢。。试计计算冲冲裁件件的凸凸模、、凹模模刃口口尺寸寸及制制造公公差。。解：：该该冲冲裁裁件件属属落落料料件件，，选选凹凹模模为为设设计计基基准准件件，，只只需需要要计计算算落落料料凹凹模模刃刃口口尺尺寸寸及及制制造造公公差差，，凸凸模模刃刃口口尺尺寸寸由由凹凹模模实实际际尺尺寸寸按按间间隙隙要要求求配配作作。。由表2.3.3查得：。。由公差表表查得工件件各尺寸的的公差等级级，然后确确定X，对于尺寸寸80mm，选x=0.5；尺寸15mm，选x=1；其余尺寸寸均选x=0.75。落料凹模的的基本尺寸寸计算如下下：第三类尺寸寸：磨损后后基本不变变的尺寸落料凸模的的基本尺寸寸与凹模相相同，分别别是79.79mm，39.75mm，34.75mm，22.07mm，14.94mm，不必标注注公差，但但要在技术术条件中注注明：凸模模实际刃口口尺寸与落落料凹模配配制，保证证最小双面面合理间隙隙值。落落料凹模、、凸模的尺尺寸如图2.4.4。五、凸凹模结构构设计1、凸、凹模结结构设计凸模的结构形式按其工作断面面的形式可可分为圆形形和非圆形形凸模。（1）圆形凸模模：工作断断面为圆形形凸模设计（2）非圆形凸凸模：近似似分为圆形形类和矩形形类圆形类凸模注意意凸模定位位，常用骑骑缝销来防防止凸模的的转动。如果用线切割加加工非圆形形凸模，则则固定部分分和工作部部分的尺寸寸及形状一一致，即为为直通式凸凸模。凸模长度的的确定在满足使用用要求的前前提下，凸凸模尽量减减短。采用用固定卸料料板的冲裁裁模凸模长长度为：L=h1+h2+h3+(15~20)mm式中h1——凸凸模固固定板板厚度度；h2——卸卸料板板厚度度；h3——导导料板板厚度度；L——凸凸模长长度；；15~20mm——包包括凸凸模进进入凹凹模的深度度、凸凸模修修磨量量、冲冲模在在闭合合状态态下卸卸料板板到凸凸模固固定板板间的的距离离。采用弹弹压卸卸料板板的冲冲裁模模凸模模（包包括凸凸凹模模）长长度：：L=h1+h2+h4+t式中，h1——凸凸模（（包括括凸凹凹模））固定定板厚厚度；；h2——弹弹压卸卸料板板厚度度；h4——凸凸模修修模量量（一一般取取4~6mm）、凸凸模进进入凹凹模深深度（（0.5~2mm，且大大于毛毛刺高高度））、预预压状状态下下凸模模固定定板与与弹压压卸料料板之之间的的距离离（大大于卸卸料板板工作作行程程）；；t——冲冲压材材料厚厚度；；L——凸凸模长长度。。2）凹模模结构构设计计凹模的刃刃口形形式2.凹模外外形尺尺寸凹模厚厚度：：H=Kb凹模壁壁厚：：小凹凹模C=(1.5~2)H大凹模模C=(2~3)H式中b———凹模孔孔的最最大宽宽度（（mm）；K———系数，，见表表2-27；H———凹模厚厚度，，其值值为15~20mm；C———凹模壁壁厚，，其值值为26~40mm。3.凸凹模模的最最小壁壁厚凸凹模模的内内、外外缘均均为刃刃口，，内、、外缘缘之间间的壁壁厚取取决于于冲裁裁件的的尺寸寸，为为保证证凸凹凹模的的强度度，凸凸凹模模应具具有一一定的的壁厚厚。凸凹模模的最最小壁壁厚C一般按按经验验数据据确定定，，不积积聚废废料的的凸凹凹模（（正装装复合合模））最小小壁厚厚值为为：冲冲裁硬硬材料料时C=1.5t冲裁软软材料料时C≈t，积聚聚废料料的凸凸凹模模（倒倒装复复合模模），，由由于胀胀力大大，故故最小小壁厚厚只要要比上上述数数据适适当加加大。。a）有效效刃口口以下下壁厚厚的增增加b）增加加壁厚厚且废废料反反向顶顶出凸凹模模壁厚厚的增增加六、冲裁模模主要要零部部件的的设计计1、冲压力力的计计算（a）冲裁裁力（b）卸料力、、推料料力、、顶料料力2、模具具压力力中心心的计计算冲裁模模的压力力中心心是指指冲压压合力力的作作用点点。简简单对对称的的工件件的压压力中中心为为它的的几何何中心心，复复杂的的用软软件计计算。。在设计冲冲模时必必须确定定模具的的压力中中心，并并使其通通过模柄柄的轴线线，从而而保证模模具压力力中心与与冲床滑滑块中心心重合。。3、定位方方式确定定在送料方向向上的定定位，用用来控制制送料的的进距；；在与送送料方向向垂直方方向上的的定位，，通常称称为送进进导向。。定位板与与定位销销用于单个个毛坯进进行冲压压加工时时定位。。挡料销保证条料料送进时时有准确确的送进进距。4、卸料方式式确定分为刚性卸料料板和弹弹性卸料料板两种种形式。。封闭式式适用于于冲压厚厚度在0.5mm以上的条条料；悬悬臂式适适用于窄窄而长的的毛坯；；钩形适适用于简简单的弯弯曲模和和拉深模模。工作空间间敞开，操操作方便便，生产产效率高高，冲压压前对毛毛坯有压压紧作用用，冲压压后又使使冲压件件平稳卸卸料，从从而使冲冲裁件较较为平整整。但受受弹簧、、橡胶等等零件的的限制，，卸料力力较小，，且结构构复杂，，可靠性性与安全全性不如如刚性卸卸料板。。推件装置置刚性推件装置置，推力力大，推推件可靠靠，但不不具有压压料作用用。弹性性推件装装置，在在冲压时时能压住住工件，，冲出的的工件质质量较高高，但推推力有限限。5.压边圈防止在拉拉深过程程中材料料起皱。。6.导柱和导导套保证上、、下模的的精确导导向。（1）滑动导导柱、导导套加工方便，容容易安装装，是应应用最广广的导向向装置。。（2）滚珠导导柱、导导套适用于高速冲模模、精密密冲裁模模以及硬硬质合金金模具。。7.上、下模模座模座分带带导柱和和不带导导柱两种种。四导柱模座座导向性性能最好好，适用用于冲制制比较