冷冲压工艺和模具结构

冷冲压工艺和模具结构基础知识

（结合实例）

前言：随着国民经济持续高速发展,市场对模具的需求量在不断的增长。近年来，模具工业一直以15%的速度快速发展，电子信息、汽车、家电、通信、船舶、轻工塑料等行业的产品制造80%都离不开模具。

因此，现在的模具技术已成为衡量一个国家制造业水平高低的重要标志。冲压可以有效地降低零件的重量，节约大量金属，降低生产成本，被广泛应用在工业产品中。有些产品冲压件占零件总数的60%以上。

因此，在市场竞争不断加剧，产品质量、成本和新产品开发能力不断提升的现代化工业生产中，冲压工艺的先进性在很大程度上决定了企业的生存空间。并其对产品的质量、造价以及工业发展的速度和竞争能力关系极大。一、介绍各种钣金冲压工艺的原理和计算常温下利用压力机并依靠模具对金属材料加工使之变形以获得所需形状的加工称为冷冲压。冷冲压工艺可分为下列五类：１、冲裁-沿封闭的或敞开的轮廓将材料的一部分与另一部分分离的工艺。2、弯曲-对平的坯料或弯曲件的半成品，将其一部分相对另一部分转过一定的角度的变形工艺。3、拉伸-将平的坯料变成任一形状的空心件，或将空心件半成品的尺寸和形状作进一步改变的工艺。4、成形-用各种性质的局部变形，来改变零件或毛坯的形状的工艺。5、立体冲压-利用金属材料在压力作用下的塑性流动，按材料体积作重新分配的方法，使毛坯或半成品改变其形状，轮廓或厚度的工艺。今天重点讲冲裁，拉伸工艺作一般性介绍：冲裁：冲裁是利用模具使板料产生分离的冲压工序。从板料上冲下为所需的工件（或毛坯）的工序叫落料，在工件上冲出所需形状的孔（冲去的为废料）的

工序叫冲孔。下面就冲裁变形过程、冲裁间隙、冲裁刃口尺寸计算等问题进行分析。

1、冲裁的变形过程由图一所示的冲裁变形过程：凸模与凹模组成上下刃口,材料放在凹模上,凸模逐步下降使材料产生变形,直至全部分离而

完成冲裁。整个冲裁过程材料的变形分为三个阶段。⑴弹性变形形阶段由于凸模模加压，，材料发发生弹性性压缩与与弯曲，，并略有有挤入凹凹模洞口口。这时时材料内内应力没没有超过过弹性极极限，若若卸压，，材料即即恢复原原状，故故称弹性性变形阶阶段。⑵塑性变形形阶段凸模续续续加压，，材料的的内应力力达到屈屈服极限限,部分金属属被挤入入凹模洞洞口，产产生塑剪剪变形，，得到光光亮的剪剪切断面面。因凸凸、凹模模间存在在间隙，，故在塑塑剪变形形的同时时还伴有有材料的的弯曲与与拉伸。。外力继继续增加加，材料料内应力不不断增大大，在凸凸、凹模模刃口处处由于应应力集中中，内应应力首先先超过抗抗剪强度度，出现现微裂。。⑶断裂阶阶段凸模继续续下压，，凸、刃刃口处的的微裂不不断向材料内部部扩展，，材料随随即被拉拉断分离离，得到到光亮的的剪切断断面。上述冲裁裁变形过过程得到到的冲裁裁面并不不是光滑滑垂直的的，断面面存在三三个区域域，即圆圆角带，，光亮带带，与断断裂带（（见图二二）。圆圆角带是是在冲裁裁过程中中塑性变变形开始时，，由于金金属纤维维的弯曲曲与拉伸伸而形成成的，软软料比硬硬料的圆圆角大。。光亮带带是在变变形过程程的第二二阶段金金属产生生塑剪变变形时形形成的，，有光滑滑垂直的的表面，，软材料料的光亮亮带宽，，硬材料料的光亮亮窄。断断裂带是是在冲裁裁第三阶阶段形成成的，由由于拉应应力的作作用，裂纹不断断扩展，，金属纤纤维被拉拉断，故故表面粗粗糙不光光滑，并并且有斜斜度。在在冲出孔孔的断面面上同样样具有上上述特征征，只是是三个区区域的分分布位置置现落料料件相反反。2.冲裁间隙隙在冲裁模模中，冲冲裁间隙隙非常重重要，冲冲裁间隙隙对冲件件质量(其中包括括切口断断面质量量、冲件件尺寸精精度、弯弯曲度和和毛刺情情况等））的影响响，对模模具寿命命的影响响、对力力能消耗耗的影响响、以及及对冲裁裁噪音的的影响等等各个方方面都有有很大的的关系，，下面我我们就从从冲裁作作用受力状态态的角度度来介绍绍如何确确定冲裁裁模具间隙以以及冲裁裁间隙对对冲裁质质量、尺尺寸精度度的影响响以及冲冲裁间隙隙对冲裁裁力、脱脱料力及及推件力力的关系系。凸模模与凹模模之间有有适当的的空隙，，称为间间隙。间间隙的两两种含义义，单面面间隙和和双面间间隙。如如果没能能特别说说明，间隙是指指双面间间隙，常常用符号号“Z”表示。⑴间隙对对冲裁质质量的影影响从冲裁变变形过程程分析中中知道，，凸、凹凹模刃口口处的裂裂纹是否否重合与与间隙大大小有关关。若间间隙合理理，材料料分离时时，在凸凸、凹模模刃口处处的两组组剪裂纹纹重合（（图三b）因因而冲冲出的的零件件断面虽具具有三三个特特征区区（见见图二二），，但是是比较较平直直、光光洁、、且无无毛刺刺。在在这种种情况况下零零件断断面质质量认认为是是良好好的。。当当间间隙过过小时时则上上下裂裂纹互互不重重合，，相隔隔一定定距离离，（（图三三a），材材料最最后分分离时时，断断裂层层出现现毛刺刺和夹夹层，，由于于凹模模刃口的挤挤压作作用，，零件件断面面又出出现第第二个个光亮亮带，，其上上部出出现毛毛刺或或锯齿齿状边边缘，，并呈呈倒锥锥形。。间隙过过大时时裂纹纹也不不重合合（图图三c），零零件断断面斜斜度增增大，，对于于厚度度则圆圆角带带增大大，对对薄料料则易易使材材料拉拉入间间隙中中，形形成拉拉长的毛刺刺。所所以间间隙过过小与与过大大冲出出来的的零件件断面面质量量都是是不好好的。。⑵间隙隙对冲冲裁件件尺寸寸精度度的影影响冲裁件件尺寸寸精度度由模模具制制造精精度和和冲裁裁后弹弹性恢恢复量量的大大小两两个因因素决决定的的。在在这里里分析析间隙隙对冲冲裁件件弱性性恢复复量的的影响响。在冲裁裁过程程中，，因为为存在在弹性性变形形，当当工件件从凹凹模中中推出出或从从凸模模上卸卸下时时，其其尺寸寸与凹凹模或或凸模模尺寸寸之间间存在在一个个偏差差，这这就是是弹性性恢复复量。。偏差差值可可能是是正也也可能能是负负。落落料和和冲孔孔弹性性恢复复量与与间隙隙的关关系如如图四四所示示。当间隙隙小于于A点的间间隙值值时，，落料料尺寸寸大于于凹模模尺寸寸，冲冲出孔孔的尺尺寸小小于凸凸模尺尺寸。。当间间隙大大于A点的间间隙值值时落落料工工件尺尺寸小小于凹凹模尺尺寸，，冲出出孔尺尺寸大大于凸凸模尺尺寸。。这是是因为为冲裁裁过程程中在在冲裁裁变形形区有有压缩缩、拉拉伸和和弯曲曲三种种变形形，当间隙隙较小小时，，压缩缩变形形与弯弯曲变变形量量大于于拉伸伸变形形量，，冲裁裁后弹弹性恢恢复使使落料料工件件胀大大，冲冲孔孔孔径缩缩小；；而间间隙较较大时时，拉拉伸变变形量量大于于压缩缩变形形量和和弯曲曲变形形量大大于拉拉伸变变形量量，冲冲裁后后弹性性恢复复使落落料工工件缩缩小，，冲孔孔孔径径胀大大。弹性恢恢复量量除了了间隙隙因素素外还还与材材料性性能，，工件件形状状尺寸寸等因因素有有关，，但间间隙是是主要要因素素。3.冲裁模模刃口口尺寸寸计算算⑴尺寸寸计算算原则则由于凸凸、凹凹模之之间存存在间间隙，，因此此工件件都都是带带有锥锥度的的。一一般来来说落落料工工件尺尺寸是是指大大端尺尺寸，，冲孔孔孔径径尺寸寸是指指小端端尺寸寸。虽虽然落落料件件和冲冲孔件件的尺尺寸与与凹模模或凸凸模尺尺寸之之间存存在偏偏差，，但采采用合合理间间隙时，这这个偏偏差会会比较较小，，可以以忽略略不计计。冲冲裁模模刃口口尺寸寸计算算要区区别落落料和和冲孔孔两种种情况况：a.落料时时，先先确定定凹模模刃口口尺寸寸。凹凹模刃刃口尺尺寸取取接近近或等等于工工件的的最小小极限限尺寸寸，以以保证证凹模模磨损损在一一定范范围内内也能能冲出出合格格的工工件。。凸模模刃口口的尺尺寸则则按凹凹模刃刃口尺尺寸减减去最最小间间隙值值。b.冲孔时时，先先确定定凸模模刃口口尺寸寸。凸凸模刃刃口尺尺寸取取接近近或等等于孔孔的最最大极极限尺尺寸，，以保保证凸凸模磨磨损在在一定定范围围内仍仍可使使用。。而凹凹模的的尺寸寸则按按凸模模刃口口尺寸寸加上上最小小间隙隙值。。⑵尺寸计计算方方法刃口尺尺寸计计算与与公差差标注注基本本上分分二类类a.落料：：设制制件的的尺寸寸为D-△△,凹模尺尺寸D凹=（D-X△）+δ凹凸凸模尺尺寸D凸=（D-X△-Zmin）-δ凸b.冲孔：：设制制件的的尺寸寸为d+△△凸模尺尺寸d凸=（d+X△）-δ凸凸凸模模尺寸寸d凹=（d+X△+Zmin）+δδ凸、式式中：：D凸、D凹-分别为为落料料凸、、凹模模公称称尺寸寸；d凸、d凹-分别为为冲孔孔凸、、凹模模公称称尺寸寸；D、d-分别为为落料料工件件或孔孔的公公称尺尺寸；；△△-工件的的制造造公差差；Zmin-最小初初始间间隙值值；δ凸、δ凹-分别为为凸、、凹模模的制制造公公差。。X-磨损系系数：：制制件件精度度在5级以上上X=1制件精精度在在6-7级以上上X=0.75制件精精度8级以下下X=0.5除以上上所介介绍的的一般般性模模具间间隙的的取值值方法法外，，对冲冲裁间间隙的的取值值还要要按质质取隙隙、分档归归类、、酌情情增减减、合合理选选用。。下面面我们们结合合电机机转、、定子子冲片片来讲讲一下下冲裁裁间隙隙与材材料的的关系系以及及冲裁裁间隙隙对模模具磨磨损、、毛刺刺形成成所造造成的的影响响。电机转转、定定子的的各向向异性性对冲冲裁间间隙的的影响响在风扇扇公司司的电电机转转、定定子冲冲片，，广泛泛采用用0.5-0.6毫米厚的SPCC牌号的冷板板。一般冲冲裁间隙大大小的确定定是按冷板板的厚度来来确定的，，也就是说说，不论材材质是冷轧轧还是热轧轧，是国产产的还是进进口的，0.5毫米的双面面间隙均为为0.07毫米左右,而对于材料料的机械性性能及其同同一种材料料的机械性性能各向异异性对其间隙大大小的选择择，考虑得得就不多了了。如果在冲压压过程中，，由于间隙隙的选择不不当或因模模具刃口的的磨损，使使工件产生生毛刺，在在电机里毛毛刺大是不不允许的，，必须控制制在0.05毫米以下，，一般控制制在0.03毫米以下，，冲压毛刺大大的主要原原因在于材材料本身的的机械性能能各向异性性。下面就材料料机械性能能各向异性性产生的主主要原因归归咎于在轧轧制过程中中，晶格结结构发生变变化的结果果，其机理理阐述如下下：钢板经过卷卷筒加工后后，塑性和和韧性有一一定的下降降，同时强强度和硬度度将有一定定的上升。。在材料冷冷轧过程中中塑性变形形对金属性性能的主要要影响是造造成加工硬硬化，随着着塑性变形形程度的增增加，金属属的强度、、硬度提高高而塑性下下降。塑性性是金属产产生塑性变变形而不遭遭到破坏的的能力，金金属的塑性性可用允许许最大变形程程度，延伸伸率、断面面收缩率，，弯曲次数数及冲击韧韧性等指标标直接或间间接表示。。由于板材本本身的机械械性能各向向异性，使使模具磨损损不均匀,垂直于钢板板轧制方向向磨损严重重，刃口较较其它部位位过早的磨磨钝,对冷板的机机械性能而而言，抗拉拉强度，屈屈服点，延伸率等都都是各向异异性的，特特别是延伸伸率和弯曲曲次数，沿沿轧制方向向和垂直方方向的差别别很大，因因此，塑性性和韧性，，强度和硬硬度都各不不相同，显显然在冲裁裁加工时冲冲裁间隙的的选择,结合实际可可有以下规规律供参考考：1.同一个工件件周边间隙隙的选择，，圆形的取横向间隙值。横横向间隙和和纵向间隙隙是不一一致的，即即凸凹模刃刃口所对轧轧制方向和和垂直于轧轧制方向的的间隙大小小选择应不不相同，即即：沿轧制制方向由于于材质硬而而脆，间隙隙可取得大大一些，垂垂直于轧制制方向由于于韧性和塑塑性好一些些，材质较较软，所以以间隙要比比纵向选取择得得小一些。。2.同一种厚度度的冷板材材料，国产产的和进口口的，冷轧轧的和热轧轧的由于机机械性能不不同和机械械性能的各各向异性，，所以间隙隙的选择是是不相同的的，具体可可从金属的的塑性指标标延伸率的的大小来确确定间隙的的大小，即即延伸率大的证明材材质较软，，间隙可选选择小一些些，延伸率率差的材质质较硬，间间隙可选择择的大一些些。这就是我们们强调的：：对冲裁间间隙的取值值还要：““按质取隙隙、分档归归类、酌情情增减、合合理选用””二.典型模具结结构和工艺艺分析1.冲裁模按结结构类型可可按以下几几个主要特特征来分类类:

⑴.按工序性质质分类：落落料模、、切断模、、冲孔模、、切口模、、切边模等等

⑵.按工序的组组合程度可可以分为：：单工序模、、复合模、、级进模等等

⑶.按模具结构构型式分：：a.按上、下模模的导向方方式分为敞敞开模、导导板模和导导柱模；b.按凹模的位位置分正装装式（凹模模在下模））和倒装式式（凹模在在上模）；；c.按卸料形式式分为固定定卸料、弹弹压卸料和和废料切刀刀卸料等；；d.按出料形式式分为弹压压顶料,刚性推料和和自然漏料料。以以上各种冲冲裁模的冲冲压方式，，可以相互互组合；也也可以与弯弯曲、拉深深等工序组组合。图五示为为一典型的的落料模，，由凹模7和凸模4完成落料工工序。凸模模进入材料料后，被材材料紧紧包包住，因而而凸模回升升时，材料料随之上升升。当凸模模通过板5的孔时，材材料被阻止止而与凸模模脱离。这这样的板称称为卸料板板。图中板5的两个孔与与凸模滑配配合，对凸凸模的运动动起导向作作用，所以以称为导板板。依靠导板引引导凸模运运动方向的的冲模，称称为导板模模。凸模4与固定板3的孔紧配合合，凸模上上端铆开以以免卸料力力将其拉下下。垫板2经热处理淬淬硬，避免免凸模陷入入上模座1内。用螺钉钉及圆销将将上模座、、垫板、固固定板联在在一起。导导板、导料料板、凹模模用螺钉及及圆销与下模座8固定在一起起。承料板板10接长了凹模模面，使送送料平稳。。材料第一次次送进时，，由始用挡挡料销9定位。第一一次只冲下下一个工件件，以后释释放手指，，挡料销9外移，由钩钩式挡料销销6定位，每次次落下两个个工件。三.模具设计方方法和参数数设计质量的的好坏直接接影响模具具质量的好好坏。在具具备了一定定的模具基基础知识以以后，如何何才能设计计好一付模模具，须做做到如下几几点：1.根据加工对对象、技术术要求、使使用条件及及生产批量量等用最经经济的工艺艺方法加工工出合格的产品品零件。在单件或小小批生产中中应使用成成本低结构构简单的模模具，而大大批生产时时就要考虑虑用生产效效率高的但但结构较复复杂的模具具。2.了解使用设设备性能及及有关技术术数据。这这是设计模模具必不可可少的工作作，决不能只仿仿照别人结结构或典型型结构，而而不甚了解解所使用设设备和模具具之间的相相互制约关关系。这会会造成成使使用中的不不便，严重重的还会造造成无法使使用。如冲冲模的闭合合高度超过过所使用冲冲床的最大大闭合高度度就会造成成装不进去去而不能使使用。3.经济分析模具的简繁繁和精度的的高低与成成本是直接接相关的，，工装越复复杂，精度度越高，模模具成本就就越高，但但生产效率率也越高。。作为模具设设计人员必必须具有经经济观点。。因为采用用了复杂模模具或提高高了模具寿寿命所多耗耗费的钱必必须在降低低了生为工工时费和一定定数量的产产品的条件件下才能到到补偿，到到临界点之之后才能见见到效益。。这就是大大批量生产产的自动化化生产的自自动化程度度高于小批批量生产水水平的原因因所在。所所以说批量量大小是选选用模具结结构简单或或复杂的重重要依据。。4.结构设计结构设计是是在上述工工作之后进进行的,因这样基本本上就可订订出框框了了。在结构构设计中要要做好以