冲裁工艺设计基础教材

一.冲裁工艺概述

冲裁工艺概念

指利用装在压力机上的模具使板料沿着一定的轮廓形状产生分离的一种冲压工艺。

它可以直接冲出所需形状的零件，也可为弯曲、拉深等成形工序制备毛坯。*****冲裁加工冲裁加工示意图

1—凸模；2—凹模

冲裁加工必须使用模具。图中1为凸模，2为凹模，凸模端部及凹模洞口边缘的轮廓形状与工件形状对应，并有锋利的刃口。凸模刃口轮廓尺寸略小于凹模，其差值称为冲裁间隙。冲裁过程：板料放在凹模平面上，在压力机滑块连同凸模一起向下运动将凸模推入凹模的过程中，就会对板料实行剪切，将所需形状的工件从板料上分离下来。

一.冲裁工艺概述

冲裁工艺分类

落料冲孔切边切口落料和冲孔有何不同？落料、冲孔工序应用最多。落料和冲孔的区别：落料是从板料上冲下所需形状的工件（或毛坯）；冲孔是在工件上冲出所需形状的孔。

二.冲裁变形过程

弹性变形阶段塑性变形阶段断裂阶段*****

三.冲裁件的断面特征

断面特征：4个光亮带

断裂带

毛刺区

断面粗糙、有斜度（4°～6°）；所占比例↑，冲件质量↓；模具间隙↑，断裂带↑，模具寿命↑。断面光亮、垂直，通常占全断面的1/2～1/3；所占比例↑，冲件质量↑；模具间隙↓，光亮带↑，但模具寿命↓。圆角带（塌角区）：弹性变形时，刃口附件的板料被牵连，产生弯曲和拉深变形而形成的，是塑性变形时定形。毛刺↑，冲件质量↓；刃口钝、间隙不均匀、间隙大，毛刺↑*****

三.冲裁件的断面特征

一块板料冲后形成的冲孔、落料件断面特征关系？四.冲裁件的工艺性冲裁件的结构工艺性

形状力求简单、规则，利于选取少废料、无废料排样。

冲裁件的结构、形状、尺寸和精度等，对冲裁工艺的适应性称为冲裁件的工艺性。四.冲裁件的工艺性内、外形转角处避免尖角

尖角会给模具加工、热处理带来困难和危害，模具使用中也容易损坏。

冲裁件的最小过渡圆角半径rmin零件种类黄铜、纯铜、铝合金钢软钢备注落料≥90°90°0.18t0.35t0.35t0.70t0.25t0.50t≮0.25mm≯0.50mm冲孔≥90°＜90°0.20t0.40t0.45t0.90t0.30t0.60t≮0.30mm≯6mm四.冲裁裁件件的的工工艺艺性性强调调：：特特殊殊之之处处!少废废料料、、无无废废料料排排样样或或镶镶拼拼模模具具结结构构时时，，必必须须采尖尖角角。。四.冲裁裁件件的的工工艺艺性性避免免过过长长的的悬悬壁壁与与狭狭槽槽目的的：：降降低低模模具具制制造造难难度度，，增增加加模模具具强强度度。。允许许的的悬悬壁壁与与狭狭槽槽尺尺寸寸：：有色色金金属属和和低低碳碳钢钢板板料料：：宽度度b≥≥1.5t，深深度度h≤≤5b。中、、高高碳碳钢钢钢钢板板：：b≥≥2t四.冲裁裁件件的的工工艺艺性性孔间间距距、、孔孔边边距距不不能能太太小小目的的：：增增加加模模具具强强度度。。允许许的的孔间间距距、、孔孔边边距距尺寸寸：：矩形形孔孔：：c、c′′≥≥1.5t；圆形形孔孔：：c、c′′≥≥t。在弯弯曲曲和和拉拉深深件件上上冲冲孔孔时时四.冲裁裁件件的的工工艺艺性性冲孔孔时时，，孔孔径径不不能能太太小小。。不带带保保护护套套凸凸模模冲冲孔孔的的最最小小孔孔径径四.冲裁裁件件的的工工艺艺性性带保保护护套套凸凸模模冲冲孔孔的的最最小小孔孔径径可稍稍小小一一些些冲裁裁件件尺尺寸寸精精度度和和表表面面粗粗糙糙度度四.冲裁裁件件的的工工艺艺性性尺寸寸精精度度金属属冲冲裁裁件件经经济济精精度度不低低于于IT11级。。非金金属属冲冲裁裁件件经经济济精精度度不不低低于于IT14级。。冲裁裁件件尺尺寸寸精精度度和和表表面面粗粗糙糙度度四.冲裁裁件件的的工工艺艺性性表面面粗粗糙糙度度冲裁裁件件的的尺尺寸寸标标注注四.冲裁裁件件的的工工艺艺性性原则则：符符合合冲冲压压工工艺艺要要求求标注注不不合合理理：两两孔孔位位置置尺尺寸寸会会随随模模具具磨磨损损而而增增大大，，孔孔心心距距误误差差会会随随模模具具的的磨磨损损而而增增大大。。合理理§2-3排样样设设计计排样样设设计计：指指冲冲裁裁件件在在条条料料、、带带料料或或板板料料上上的的布布置置方方式式§2-3排样样设设计计*****一.排样样设设计计原原则则1排样样设设计计原原则则在不不影影响响零零件件性性能能的的前前提提下下，，尽尽可可能能提提高高材材料料利利用用率率。。（1）提提高高材材料料利利用用率率纵裁裁：沿板板料料长长度度方方向向剪剪裁裁，，得得到到条条料料较较长长，，降降低低劳劳动动强强度度；；优优先先采采用用。横裁裁：沿板板料料宽宽度度方方向向剪剪裁裁。。一.排样样设设计计原原则则（2）改改善善操操作作性性工人人操操作作方方便便、、安安全全，，劳劳动动强强度度低低，，换换条条料料和和翻翻动动条条料料次次数数少少。。工件件宽宽、、厚厚时时，，选选用用哪哪种种排排样样形形式式？？工件件窄窄、、薄薄时时，，选选用用哪哪种种排排样样形形式式？？一.排样样设设计计原原则则（3）使使模模具具结结构构简简单单、、合合理理（4）保保证证冲冲裁裁件件质质量量冲裁裁件件断断面面质质量量（（要要搭搭边边））弯曲曲件件纤纤维维方方向向一次次冲冲两两个个，，模模具具结结构构复复杂杂，，凹凹模模璧璧薄薄，，寿寿命命低低。。一.排样样设设计计条料料在在板板料料中中的的布布置置、、裁裁剪剪形形式式：：尽量量采采用用纵纵裁裁（（减减少少裁裁板板次次数数和和换换条条料料次次数数））。。在以以下下情情况况时时，，采采用用横横裁裁：：①条料太太重，，超过过12kg时；②横裁的的材料料利用用率明明显高高于纵纵裁时时；③纵裁不不能满满足弯弯曲件件坯料料对纤纤维方方向要要求时时。2排样的的分类类有废料料排样样：材料利利用率率低，，冲裁裁件断断面质质量最最好一.排样设设计原原则少废料料排样样：材料利利用率率中等等，冲冲裁件件断面面质量量稍差差无废料料排样样：材料利利用率率最高高，冲冲裁件件断面面质量量最差差一.排样设设计原原则3排样的的形式式见书表表2-9二.排样设设计1搭边冲裁件件之间间、冲冲裁件件与条条料侧侧边之之间的的工艺艺废料料称为为搭边边。概念：：二.排样设设计补偿送送料和和定位位误差差，避避免制制件缺缺角角、缺缺边。。搭边搭边作作用：：保证条条料有有一定定刚性性，便便于送送料。。提高冲冲裁件件断面面质量量使凸、、凹模模受力力均衡衡，减减少磨磨损，，延长长寿命命。二.排样设设计搭边取取值：：经验取取值二.排样设设计2送料进进距（（A）概念：：模具每每冲裁裁一次次，条条料在在模具具上前前进的的距离离称为为送料料进距距。送料进进距的的计算算：当单个个进距距内只只冲裁裁一个个零件件时注：D为送料料方向向上冲冲裁件件的最最大宽宽度，，mm二.排样设设计3条料宽宽度（（B）的确确定有侧压压装置置时的的条料料宽度度：无侧压压装置置时的的条料料宽度度：式中：：δ—条料下下料宽宽度公公差（表2-12选取））；c—条料与与导料料板间间隙a—搭边值值二.排样设设计一个步步距内内冲件件的材材料利利用率率：考虑料料头、、料尾尾消耗耗，计计算板板料总总利用用率η：4材料利利用率率不准确确准确二.排样设设计5排样图图二.排样设设计排样图图是排排样设设计的的最终终表达达形式式，是是编制制冲裁工艺艺与设设计冲冲裁模模具的的基础础；排样图图应在在冲裁裁模具具装配配图右右上角角画出出。排样图图包含含内容容：条条料宽宽度及及偏差差、送送料进进距、、搭边值值，送送料方方向应应和装装配图图中送送料方方向一一致。。二.排样设设计条料宽宽度及及偏差差；送料进进距；；搭边值值；送料方方向应应和装装配图图中送送料方方向一一致。。排样图图二.排样设设计§2-4冲裁工工艺计计算一、冲冲裁间间隙；；二、凸凸、凹凹模刃刃口尺尺寸的的计算算；三、冲冲裁工工序力力的计计算；；四、压压力中中心的的计算算。一.冲裁间间隙概念冲裁间间隙：指冲裁裁模具具中凸凸、凹凹模刃刃口部部分的的尺寸寸之差差，用用“Z”表示。。指双面面间隙隙Z=D凹-d凸冲裁间间隙是是冲裁裁模设设计的的一个个重要要参数数，多多方面面影响响冲裁裁过程程，设设计中中要综综合考考虑，，合理理选取取。*****一.冲裁间间隙冲裁间间隙对对冲裁裁过程程的影影响一.冲裁间间隙合理冲冲裁间间隙的的确定定合理冲冲裁间间隙的概念念使模具具寿命命高、、冲裁裁件质质量好好的冲冲裁间间隙范范围，，称为为合理理冲裁裁间隙隙。间隙范范围的的上限限为最最大合合理间间隙Zmax;间隙范范围的的下限限为最最小合合理间间隙Zmin。注意：考虑虑到刃刃口磨磨损，，设计计制造造新模模具时时，应应选用最小小合理理间隙隙Zmin，使用用过程程中＞＞Zmax时，需需修理理模具具。一.冲裁间间隙经验确确定法法:Z=ct软材料料：t＜1mm，c=3%～4%t＜1-3mm，c=5%～8%t＜3-5mm，c=8%～10%硬材料料：t＜1mm，c=4%～5%t＜1-3mm，c=6%～8%t＜3-5mm，c=8%～13%注意：1、行业业不同同，经经验公公式及及数值值不同同；2、没经经验时时，取取中间间值。。3、经验验公式式及数数值都都不是是准确确数值值，需需经过过具体体生产产情况验验证、、修正正后确确定。。确定合合理冲冲裁间间隙的的方法法一.冲裁间间隙查表确确定法法二.冲裁模模刃口口尺寸寸计算算刃口尺尺寸计计算的的原则则基准问问题落料件件尺寸寸决定定于凹凹模刃刃口尺尺寸，，以凹凹模为为基准准；冲孔件件尺寸寸决定定于凸凸模刃刃口尺尺寸，，以凸凸模为为基准准。二.冲裁模模刃口口尺寸寸计算算刃口磨磨损规规律刃口磨磨损后后：凹凹模刃刃口尺尺寸扩扩大，，凸模刃刃口尺尺寸减减小。。为使模模具有有一定定使用用寿命命，磨磨损到到一定定程度度仍能能冲出出合格格制件件：落料时时凹模模刃口口尺寸寸接近近制件件尺寸寸的下下限值值；冲孔时时凸模模刃口口尺寸寸接近近制件件尺寸寸的上上限值值。二.冲裁模模刃口口尺寸寸计算算凸、凹凹刃口口制造造公差差凸、凹凹制造造精度度比冲冲裁件件高2～3级，可可参考考下表表二.冲裁模模刃口口尺寸寸计算算配作时时，基基准件件公差差按冲冲裁件件公差差的1/4即：δ=ΔΔ/4凸、凹凹模制制造公公差:凸模为为轴类类尺寸寸，公公差为为凹模为孔孔类尺寸寸，公差差为中心距类类尺寸公公差为±0.5Δ二.冲裁模刃刃口尺寸寸计算凸、凹模模刃口尺尺寸计算算冲裁件的的公差标标准规范范落料件为为轴类尺尺寸，公公差为冲孔件为为孔类尺尺寸，公公差为中心距类类尺寸公公差为±0.5Δ凸凹模刃刃口尺寸寸计算以以冲裁件件尺寸、、公差为为基础。。计算方法法互换加工工法（分分开加工工法）①落料时：：冲裁件件尺寸公公差为，，则：：基准件凹凹模计算算公式为为：非基准件件凸模计计算公式式为：二.冲裁模刃刃口尺寸寸计算二.冲裁模刃刃口尺寸寸计算互换加工工法（分分开加工工法）②冲孔时：：冲裁件件尺寸公公差为，，则：：基准件凸凸模计算算公式为为：非基准件件凹模计计算公式式为：二.冲裁模刃刃口尺寸寸计算二.冲裁模刃刃口尺寸寸计算注意：为保证初初始间隙隙值小于于最大合合理间隙隙，必须须满足下下列条件件：δp＋δd≤Zmax－Zmin若不满足足，应提提高制造造精度，，以减小小δp、δd值，取：δp＝0.4（Zmax－Zmin）δd＝0.6（Zmax－Zmin）二.冲裁模刃刃口尺寸寸计算同时加工工，不分分先后顺顺序；装配简单单；凸、凹模模加工精精度高，，加工难难度大，，成本高高。③互换加工工法特点点：④互换加工工法适用用场合：：单套模具具的大批批量生产产；圆形和形形状规则则的零件件。配合加工工法先作基准准件，然然后以基基准件实实际尺寸寸来配作作非基准准件，保保证Zmin的方法。非基准件件凸模按按凹模的的实际尺寸寸配制，保保证最小小冲裁间间隙Zmin。二.冲裁模刃刃口尺寸寸计算①落料：冲冲裁件尺尺寸公差差为，，则：基准件为为凹模，，计算公公式为：：②冲孔时：：冲裁件件尺寸公公差为，，则：：基准件为为凸模，，计算公公式为：：二.冲裁模刃刃口尺寸寸计算非基准件件凹模按按凸模的的实际尺寸寸配制，保保证最小小冲裁间间隙Zmin。③复杂冲裁裁件凸、、凹模刃刃口尺寸寸计算二.冲裁模刃刃口尺寸寸计算如图冲裁裁件为落落料件，，基准件件为凹模模。二.冲裁模刃刃口尺寸寸计算配作关系系：非基基准件按按基准件件实际尺寸寸配制，保保证最小小冲裁间隙隙Zmin。复杂形状状凸、凹凹模刃口口存在三三种不同同类型的的尺寸：：随磨损增增大的尺尺寸，设设工件尺尺寸为：：随磨损减减小的尺尺寸，设设工件尺尺寸为：：随磨损不不变的尺尺寸，设设工件尺尺寸为：二.冲裁模刃刃口尺寸寸计算如何判断断基准件件刃口尺尺寸类型型呢？引入入“磨损损图图”概念念二.冲裁裁模模刃刃口口尺尺寸寸计计算算冲裁裁图图1工件件内内形形，，基基准准件件为为凸凸模模，，凸模模磨磨损损图图如如图图2所示示二.冲裁裁模模刃刃口口尺尺寸寸计计算算例1：计计算算如如图图所所示示冲冲裁裁件件的的凸凸模模、、凹凹模模刃刃口口尺尺寸寸及及制制造造公公差差。。料料厚厚t=1mm，材材料料为为10号钢钢，，尺尺寸寸如如下下：：解：：分分为为5个步步骤骤。。⑴确确定定基基准准件件：：此工工件件为为落落料料件，，以以凹凹模模为为基基准准件件。。⑵画出出基基准准件件磨磨损损图图：凹凹模模刃刃口口磨损损情情况况如如图图所所示示。。二.冲裁裁模模刃刃口口尺尺寸寸计计算算⑶对基基准准件件尺尺寸寸进进行行分分类类计计算算：：根据据凹凹模模刃刃口口的的磨磨损损情情况况，，其其尺尺寸寸变变化化可可分分为为三三类类：：①凹模模刃刃口口磨磨损损后后，，尺尺寸寸a、b、c增大大，，按按落落料料凹凹模模类A尺寸寸处处理理。。查查表表2.15，得得：：尺寸寸80mm，选选x=0.5；尺寸寸15mm，选选x=1；尺寸40、35mm，选x=0.75。取：δ＝0.25△△二.冲裁模刃口口尺寸计算算②凹模刃口磨磨损后，尺尺寸d减小，按冲冲孔凸模类类B尺寸处理。查表表2.15，得：尺寸寸22mm，选x=0.75；③凹模刃口磨磨损后，尺尺寸e不变，按中中心距类C尺寸处理。。二.冲裁模刃口口尺寸计算算⑷选取最小冲冲裁间隙查表2.13，取Zmin＝0.13mm⑸注明配制关关系凸模刃口尺尺寸按凹模模刃口的实实际尺寸配配制，保证最小冲冲裁间隙为为0.13mm。二.冲裁模刃口口尺寸计算算注意：非基准件件基本尺寸寸与基准件件相同，不不必标注公差，在技技术要求中中注明配作作关系即可可二.冲裁模刃口口尺寸计算算例2、冲裁如图图a所示制件，，材料为Q235A，料厚4mm，试用配制法法确定冲孔孔模的刃口口尺寸及制制造公差。。解：⑴确定基准件件：此冲裁模模为冲孔模模，以凸模模为基准件件。⑵画出基准件件的磨损图图：凸模刃口口磨损情况况如图b所示.二.冲裁模刃口口尺寸计算算⑶对基准件的的尺寸进行行分类（A、B、C三类）计算算:根据凸模刃刃口磨损情情况，其尺尺寸变化可可分为三类类：①凸模刃口口磨损后，，尺寸A增大，按落落料凹模类类尺寸计算。查表2.15，得：X＝0.5；取：δ＝△/4，则：二.冲裁模刃口口尺寸计算算②凸模刃口磨磨损后，尺尺寸B1、B2减小，按冲冲孔凸模类类尺寸计算。查表2.15，得：X1＝X2＝0.5取：δ＝△/4，则：③凸模刃口磨磨损后，尺尺寸C不变，按中中心距类尺尺寸处理。。二.冲裁模刃口口尺寸计算算⑷选取最小冲冲裁间隙查表2.15，取Zmin＝0.50mm⑸注明配制关关系凹模刃口尺尺寸按凸模模刃口实际际尺寸配制制，保证最小冲裁间间隙为0.50mm。三.冲裁工序力力计算冲裁工序力力：冲裁力Fc：冲裁时需要要的压力（（板料厚度度方向分离离的剪切力力），最重重要。卸料力Fx从凸模上将将零件或废废料卸下来来所需的力力。推件力Ft顺冲裁方向向将零件或或废料从凹凹模型腔中中推出的力力。顶件力Fd逆冲裁方向向将零件或或废料从凹凹模型腔中中顶出的力力三.冲裁工序力力计算冲裁力Fc：实为剪切切力式中:Fc——冲裁力，N；k——系数，常取取k＝1.3；A——冲裁断面面面积，mm；τ——材料的抗剪剪强度，MPa；L——冲裁断面的的周长，mm；t——材料厚度（（即冲裁件件的厚度）），mm。三.冲裁工序力力计算卸料力Fx：式中:Fx——卸料力，N；Fc——冲裁力，N；kx——卸料力系数数，经验数数值；指冲裁后，，从凸模上上将零件或或废料卸下下来所需的的力。三.冲裁工序力力计算推件力Ft：式中:Ft——推件力，N；Fc——冲裁力，N；kt——推件力系数数，经验数数值；n——同时卡在凹凹模内的冲冲落部分制制件或废料的数数量，n＝h/t；h——凹模洞口的的直刃壁高高度，mm；t——板料厚度，，mm。指顺冲裁方方向将零件件或废料从从凹模型腔腔中推出的的力。三.冲裁工序力力计算顶件力Fd：式中:Fd——推件力，N；Fc——冲裁力，N；kd——推件力系数数，经验数数值；指逆着冲裁裁方向将零零件或废料料从凹模型型腔中推出出的力。三.冲裁工序力力计算三.冲裁裁工工序序力力计计算算总冲冲裁裁工工序序力力（F）的计计算算应根根据据冲冲裁裁模模具具的的具具体体结结构构进进行行计计算算。。采用用弹弹压压卸卸料料装装置置和和下出出件件时：：三.冲裁裁工工序序力力计计算算采用用弹弹压压卸卸料料装装置置和和上出出件件时：：三.冲裁裁工工序序力力计计算算采用用刚刚性性卸卸料料装装置置和和下下出出件件时时：：三.冲裁裁工工序序力力计计算算冲裁裁模模用用压压力力机机公公称称压压力力的的选选取取：：冲裁裁模模选选择择压压力力机机的的条条件件：：四.冲裁裁压压力力中中心心的的计计算算冲裁裁压压力力中中心心：：指冲冲裁裁力力的的合合力力作作用用点点。。为避避免免冲冲裁裁中中模模具具与与压压力力机机滑滑块块产产生生偏偏斜斜及及凸凸、、凹凹模模之之间间间间隙隙不不均均匀匀，，保保证证压压力力机机和和模模具具正正常常工工作作，，须须使使冲冲裁裁模模具具的的压压力力中中心心和和压压力力机机滑滑块块的的中中心心线线相相重重合合。。因因此此，，设设计计模模具具时时，，须须确确定定模模具具压压力力中中心心，，并并使使之之与与模模柄柄轴轴线线重重合合。。四.冲裁裁压压力力中中心心的的计计算算冲裁裁压压力力中中心心计计算算：：简单单形形状状压压力力中中心心的的计计算算直线线的的压压力力中中心心在在中中点点；；圆弧弧的的压压力力中中心心计计算算：：如图图所所示示，，对对任任意意角角2αα：单凸凸模模压压力力中中心心的的确确定定四.冲裁裁压压力力中中心心的的计计算算图形形对对称称的的单单凸凸模模：：压力力中中心心在在图图形形几几何何中中心心上上四.冲裁裁压压力力中中心心的的计计算算图形形不不对对称称的的单单凸凸模模：：根据据“力矩矩定定理理”，用用解解析析法法确确定定压压力力中中心心。。步骤骤：：（1）按按比比例例画画出出凸凸模模刃刃口口的的轮轮廓廓形形状状；；（2）建建立立坐坐标标系系（（应应简简化化计计算算））。。（3）将将凸凸模模刃刃口口轮轮廓廓线线分分为为若若干干线线段段（（直直线线或或圆圆弧弧段段））L1、L2……Ln，计算算各段段长度度代表表各自自的冲冲载力力。（4）确定定凸模模刃口口各线线段的的压力力中心心位置置及其其坐标标值（X1，Y1）、（（X2、Y2）……（Xn、Yn）。四.冲裁压压力中中心的的计算算（5）根据据力矩矩平衡衡原理理，计计算压压力中中心坐坐标（（xc、yc）。四.冲裁压压力中中心的的计算算例题：确定定如图图所示示落料料凸模模的压压力中中心位位置四.冲裁压压力中中心的的计算算解：（（1）按比比例画画出凸凸模刃刃口的的轮廓廓形状状；（2）建立立坐标标系。。（3）将凸凸模刃刃口轮轮廓线线分为为若干干线段段或圆圆弧段段L1、L2……L7。四.冲裁压压力中中心的的计算算（4）确定定凸模模刃口口各段段的压压力中中心位位置及及其坐坐标值值（X1，Y1）、（（X2、Y2）……（Xn、Yn）。计算数数据表表线段长度压力中心坐标XYL1＝12.5L2＝21.5L3＝4L4＝3.93L5＝4L6＝6L7＝28010.7521.522.42628146.2512.510.56.9630四.冲裁压压力中中心的的计算算（5）计算算凸模模压力力中心心坐标标（xc、yc）。多凸模模压力力中心心的确确定四.冲裁压压力中中心的的计算算形状相相同、、分布布对称称的多多凸模模：压力中中心在在图形形对称称中心心上四.冲裁压压力中中心的的计算算形状不不对称称的多多凸模模：步骤：：（1）按比比例画画出各各凸模模刃口口的位位置、、轮廓廓形状状；（2）建立立坐标标系（（应简简化计计算））。（3）计算算各凸凸模周周长、、压力力中心心坐标标值L1（X1，Y1）、L2（X2、Y2）……Ln（Xn、Yn）。（4）计算算压力力中心心坐标标（Xc、Yc）四.冲裁压压力中中心的的计算算例题：：确定定如图图所示示冲孔孔模的的压力力中心心位置置。四.冲裁压压力中中心的的计算算解：（（1）按比比例画画出各各凸模模刃口口的位位置、、轮廓廓；（2）建立立如图图所示示的坐坐标系系。四.冲裁压压力中中心的的计算算（3）计算算各凸凸模周周长、、压力力中心心坐标标，填填入表表格。。计算算数数据据表表（（mm）凸模名称凸模刃口周长各凸模压力中心坐标XY凸模1πd＝3.14X24=75.43020凸模2（70+10）X2=1604550凸模3（24+15）X2=786624合计313.4四.冲裁压压力中中心的的计算算（4）计算算总合合力的的压力力中心心坐标标四.冲裁压压力中中心的的计算算注意：：1、多凸凸模的的压力力中心心也可可以在在一个个坐标标系里里分解解成多多个线段进进行计计算，，但形形状复复杂时时计算算繁杂杂，易易出错错。2、所分分解的的各个个凸模模必须须是独独立的的。（（各自自有一一个完完整的外形形轮廓廓）3、要利利用力力矩平平衡的的原理理进行行简化化计算算。如：①①当当一个个凸模模或者者多凸凸模沿沿某一一直线线对称称时，，其压压力中中心必必定在在这条条对称称线上上。因因此只只需计计算压压力中中心的的另一一坐标标即可可。四.冲裁压力中中心的计算算②多凸模冲裁裁时，如果果几个凸模模完全对称称于X轴和Y轴，则其力矩之之和为零，，其压力中中心在坐标标原点上。。如图所示，，5个圆形冲孔孔凸模中有有4个完全对称称于坐标系系XOY的原点O，因此这4个圆形凸模模的压力中中心必在原原点O上。计算时时，可把5个圆形冲孔孔凸模分成成两组，完完全对称于于坐标系XOY的原点O的4个凸模一组组，剩下的的一个单独独一组。四.冲裁压力中中心的计算算例题：确定定如图所示示冲孔落料料复合模的的压力中心位置。四.冲裁压力中中心的计算算解：（1）按比例画画出各凸模模刃口的位位置、轮廓廓；（2）建立如图图所示的坐坐标系。四.冲裁压力中中心的计算算（3）计算各凸凸模周长、、压力中心心坐标，填填入表格。。计算数数据表表（（mm）凸模名称凸模刃口周长各凸模压力中心坐标XY落料凸模2×（100＋74）＝348004－ф4.5冲孔凸模4×л×4.5＝56.500ф18冲孔凸模л×18＝56.53013合计461四.冲裁压力中中心的计算算（4）计算总合合力的压力力中心坐标标练习题2、在材料为为Q235、料厚2mm的钢板上，，冲裁如图图所示形状状的孔，试试用配制法法确定冲孔孔模的凸、、凹模刃口口尺寸及制制造公差。。练习题3、确定如图图所示制件件（厚度2mm）的冲裁模模的压力中中心位置。。（规定坐坐标系为XOY）一.弯曲工艺弯曲和弯曲模概念弯曲是指把金属属坯料弯成成一定角度度或形状的的过程。弯曲时所使使用的模具具成为弯曲模。一.弯曲工艺弯曲方法压弯折弯滚弯拉弯本章介绍二.弯曲变形过过程弯曲变形过过程：以简单V形件为例弹性变形，，R大，力矩小小。R和l减小，弹塑塑性弯曲。。力矩增大大塑性弯曲，，弯曲完成成二.弯曲变形过过程弯曲工序分分类自由弯曲校正弯曲弯曲结束时时，凸模、、凹模、毛毛坯三者相相吻合，凸凸模不再下下压。当弯曲中，，凸模、凹凹模、毛坯坯三者相吻吻合后，凸凸模继续下下压，使毛毛坯产生进进一步的塑塑性变形。。三.弯曲变形分分析采用网格法法分析弯曲曲变形特点点弯曲变形区区：长度变化外R处：伸长内内r处：缩短内内有一层层中性层：：长度不变变弯曲圆角部部分的正方方形网格变变成扇形，，靠近圆角角部分有少少量的变形形，其余直直角部分网网格保持原原状。弯曲曲变形主要要区域发生生在弯曲圆圆角区。三.弯曲变形分分析中性层长度度计算公式式式中：ρ——中性层弯曲曲半径，mm；r——弯曲半径，，mm；t——材料厚度，，mm；x——中性层位移移系数。三.弯曲变形分分析变形情况厚度变化∵内R由凸模压紧紧，基本不不增厚；外外R拉长减薄∴变形区内厚厚度t↓长度变化由于厚度变变薄，根据据体积不变变，长度略略有增加。。三.弯曲变形分分析变形区横断断面变化窄板（毛坯宽度与与厚度之比比b/t≤3）弯曲时：宽宽度方向变变形不受约约束，外侧侧受拉引起起宽度方向向收缩；内内侧受压宽宽度方向增增厚，总体体结果是内内宽外窄。。宽板（毛坯宽度与与厚度之比比b/t＞3）弯曲时：在在宽度方向向变形受到到相邻金属属限制，变变形不明显显。四.弯曲件的结结构工艺性性材料要求：：最适宜弯曲曲的材料：：低碳钢（08、10）、紫铜、、黄铜、软软铝、1Cr18Ni9Ti不锈钢等。。足够的塑性性，较低的的屈服极限限较硬材料弯弯曲时，需需增加工序序改变性能能：①先退火处处理后弯曲曲，最后淬淬火。②加热后弯弯曲。四.弯曲件的结结构工艺性性形状尺寸弯曲件的形形状：弯曲件形状状一般应对对称，对应应r相等。不对称，受受力不平衡衡产生滑动动，影响工工件精度。。四.弯曲件的结结构工艺性性最小弯曲半半径弯曲半径弯曲件弯曲曲部分的内内角半径，，用r表示。最小弯曲半半径弯曲件弯曲曲时外R处不弯裂的的最小内角角半径，用用rmin表示。四.弯曲件的结结构工艺性性最小弯曲半半径的经验验取值四.弯曲件的结结构工艺性性四.弯曲件的结结构工艺性性弯曲件的直直边高度弯曲直边高高度直边高度的的要求指弯曲件件非变形形区的直直边的长长度，用用H表示。H≥2t四.弯曲件的的结构工工艺性当直边高高度H＜2t时：①加工艺余余料②在弯曲内内R处压凹坑坑四.弯曲件的的结构工工艺性弯曲件的的孔边距距当孔处于于弯曲变变形区之之外：先冲孔后后弯曲不满足上上述要求求时：必必须先弯曲，，再冲孔孔。要求：当当t＜2mm时，s≥t；当t≥2mm时，s≥2t。四.弯曲件的的结构工工艺性弯曲线位位置弯曲线不不应位于于弯曲件件宽度的的突变处处，以免免发生撕撕裂现象象。四.弯曲件的的结构工工艺性纠正措施施①将弯曲线线移动一一定距离离，避开开宽度突突变处。。四.弯曲件的的结构工工艺性②事先冲出出止裂孔孔或止裂裂槽，以以免发生生撕裂现现象。槽的要求求：满足足b≥t，h＝t＋r＋b/2的条件四.弯曲件的的结构工工艺性定位工艺艺孔采用孔定定位能有有效防止止毛坯在在弯曲中中产生偏偏移，有有利于保保证制件件质量。。如果毛毛坯上没没有适合合于定位位的孔，，最好能能增添定定位用的的工艺孔孔。四.弯曲件的的结构工工艺性弯曲件尺尺寸标注注弯曲件精精度一般不高高于IT13级，角度度公差大大于±15′′。原则：应应有利于于减少冲冲压工序序a)-孔无装配配要求，，先冲孔孔后弯曲曲b),c)，孔有装装配要求求，冲孔孔在弯曲曲后进行行。§3-3弯曲件的的质量分分析弯裂回弹滑移弯曲件质质量问题题一.弯裂弯裂：指弯曲变变形区外外侧R处出现裂裂纹。相对弯曲曲半径（（r/t）过小原因:板料塑性性差模具间隙隙小润滑不良良板厚严重重超差弯曲线与与材料纤纤维方向向平行最主要原原因防止措施施使用塑性性好和表表面质量量好的板板料。采用合理理模具间间隙，改改善润滑滑条件。。增大相对对弯曲半半径r/t（使r/t＞rmin/t）。若满足不不了，应应分两次次或多次次弯曲。。对塑性差差或加工工硬化严严重的毛毛坯，先先退火后后弯曲一.弯裂例：1mm厚铝板、、65Mn板，弯曲曲时易裂裂，退火火后再弯弯，则弯弯曲正常常。把毛坯有有毛刺的的一面置置于变形形区的内内侧。一.弯裂改变弯曲曲毛坯的的排样方方式，使使弯曲线线与材料料纤维方方向垂直直退火、正正火、淬淬火和回回火四种种基本工工艺退火是将工件件加热到到适当温温度，根根据材料料和工件件尺寸采采用不同同的保温温时间，，然后进进行缓慢慢冷却，，目的是是使金属属内部组组织达到到或接近近平衡状状态，获获得良好好的工艺艺性能和和使用性性能，或或者为进进一步淬淬火作组组织准备备。正火是将工件件加热到到适宜的的温度后后在空气气中冷却却，正火火的效果果同退火火相似，，只是得得到的组组织更细细，常用用于改善善材料的的切削性性能，也也有时用用于对一一些要求求不高的的零件作作为最终终热处理理。淬火是将工件件加热保保温后，，在水、、油或其其它无机机盐、有有机水溶溶液等淬淬冷介质质中快速速冷却。。淬火后后钢件变变硬，但但同时变变脆。回火为了降低低钢件的的脆性，，将淬火火后的钢钢件在高高于室温温而低于于710℃℃的某一适适当温度度进行长长时间的的保温，，再进行行冷却，，这种工工艺称为为回火。。二.滑移滑移：指在弯曲曲过程中中，毛坯坯沿凹模模口滑动动时由于于两边所所承受摩摩擦阻力力不同而而出现的的毛坯向向左或向向右滑动动的现象象。原因形状不对对称，使使移动时时两边所所受摩擦擦阻力不不等。二.滑移防止措施施设计对称称的冲裁裁件形状状。保证模具具间隙均均匀。二.滑移采用有压压料装置置的弯曲曲模结构构。采用定位位装置。。弹性变形形的恢复复。三.回弹回弹原因材料在弯弯曲中，，伴随着着塑性变变形总存存在着弹弹性变形形，弯曲曲力消失失后，塑塑性变形形部分保保留下来来，而弹弹性变形形要恢复复，使弯弯曲件与与弯曲模模形状不不完全一一致，这这种现象象称为弯弯曲件的的回弹。。三.回弹回弹量大大小的表表示角度回弹弹量Δθ曲率回弹弹量ΔrΔr＝r0－rΔθ＝θ0－θ其中：θ、r--模具在闭闭合状态态时工件件弯曲角角；θ0、r0--弯曲后工工件的实实际角度度三.回弹影响回弹弹的主要要因素材料的力力学性能能材料的相相对弯曲曲半径r/tr/t↓↓→塑性变形形成分↑↑→回弹弹量↓屈服强度度Rm↑，变形区区应力↑↑，则则弹性变变形↑，，回弹↑↑；弹弹性模量量E↑，则抵抗抗弹性变变形的能能力↑，，回弹↓↓。三.回弹弯曲校正正力凸、凹模模之间的的间隙Z↓→回弹量↓Fj↑→塑性变形程程度↑，回回弹量↓弯曲件的形形状因材料的相相互牵制，，形状复杂杂的弯曲件件回弹小，，如：U形件比V形件的回弹弹小三.回弹减少回弹的的措施从选材上采采取措施从工艺上采采取措施采取热处理理措施：先先退火，弯弯曲后再淬淬火；条条件许可可时，可加加热后弯曲曲选用屈服强强度Rm小，弹性模模量E大的材料。。增加校正工工序从模具结构构上采取措措施补偿法:模具设计时时使弯曲件件变形量超超过原设计计的变形量量。校正法：模具设计时时让校正压压力集中施施加在弯曲曲变形区，，使塑性变变形成分增增加，弹性性成分减小小，从而使使回弹减小小。三.回弹弹从弯曲件结结构设计上上考虑在弯曲区压压制加强筋，以提高零零件的刚度度，抑制回回弹。三.回弹§3-4弯曲工艺计计算弯曲件展开开长度的计计算弯曲力的计计算弯曲工艺计计算一.弯曲件展开开长度的计计算弯曲件展开开长度----指弯曲件在在弯曲之前前的展平尺尺寸当弯曲半径径r＞0.5t时：中性层尺寸寸基本不发发生变化，，按中性层层不变原理理：坯料总总长度应等等于弯曲件件直线部分分和圆弧段段长度之和和。即：一.弯曲件展开开长度的计计算一.弯曲件展开开长度的计计算当弯曲半径径r＜0.5t时：中性层变化化复杂，按体积不变变原则进行计算。。一.弯曲件展开开长度的计计算注意：∵弯曲件展开开长度公式式为经验公公式或中中t的公差、r、α、x的微小误差差∴展开长度计计算数据不不准确∴弯曲模的制制作顺序：：先作弯曲模模→通过弯弯曲件实际际尺寸调整整展开长度度数据→确确定展开毛毛坯准确落落料刃口尺尺寸→制作作落料模。。自由弯曲力力的计算U形件：二.弯曲力的计计算V形件：式中：FZ——自由弯曲力力；（冲压压结束时的的弯曲力））k——安全系数；；（一般取取k＝1.3）b——弯曲件宽度度t——弯曲件厚度度；Rm——材料的抗压压强度；r——弯曲半径校正弯曲力力的计算：：二.弯曲力的计计算Fj＝ｑＡ式中：Fj——校正弯曲力力；ｑ——单位校正力力；Ａ——工件被校正正部分的投投影面积。。顶件力或压压料力FQ的计算FQ＝（0.3～0.8）FZ校正弯曲在在自由阶段段弯曲之后后进行的，，2个力并非同同时存在，，且校正弯弯曲力比自自由弯曲力力大得多。。在校正弯弯曲时，只只需计算校校正弯曲力力。二.弯曲力的计计算例：V型弯曲件，材材料H68，厚t=3mm，宽b=100mm，抗拉强度Rm=400N/mm2，弯曲内侧圆角r=3mm，工件被校校正部分在在凹模上的的投影面积积为10000mm2求：自由弯弯曲力及校校正弯曲力力解：Fj＝ｑＡ=35×10000=350000=350kN∴校正弯曲力力远大于自由弯曲力力二.弯曲力的计计算总工艺力F的确定自由弯曲时时：F＝FZ＋FQ校正弯曲时时：∵校正弯曲时时，Fj远大于Fz∴校正弯曲时时的Fz忽略不计∴F＝Fj＋FQ≈Fj选择压力机机时，一般般应使压力力机的公称称压力大于于1.3F第4章拉深深工艺及拉拉深模§4-1拉深工艺及及拉深件工工艺性一.拉深工艺拉深概念利用模具将将平板毛坯坯冲压成各各种开口的的空心零件件，或将已已制成的开开口空心件件压制成其其他形状和和尺寸空心心件的一种种冲压加工工方法。一.拉深工艺生活中的拉拉深件直壁类拉伸伸件曲面类拉伸伸件一.拉深工艺拉深工艺分分类按壁厚变化化情况分：：按使用的毛毛坯的形状状分：①一般拉深（（工件壁厚厚不变）②变薄拉拉深（工件件壁厚变薄薄）①第一次拉深深（使用平平板毛坯））②以后的的各次拉深深（以开口口空心件为为毛坯）二.拉深变形过过程如图a圆形薄片，，剪去图中中阴影部分分，再将剩剩余部分沿沿直径d圆周弯折，，然后焊接接，就得到到一个图b的直径为d，高度为（D－d）/2的直圆筒形形件。这说明圆形形平板毛坯坯，在成为为筒形件的的过程中，，必须去除除多余金属属。二.拉深变形过过程拉深变形过过程：用相同直径径大小的圆圆形平板毛毛坯，在拉拉深成直圆圆筒形件的的过程中，，并没有去去除多余材材料，多余余材料流向向哪里？由此进一步步说明只能能多余的材材料在拉深深过程中发发生了流动动，流向了了拉深件的的口部。动画二.拉深变形过过程方法：拉深深网格试验验二.拉深变形过过程（1）底部（d内）网格不不变形，说说明筒底金金属没有流流动；（2）拉深前等等距同心圆圆不不等等距水平圆圆周线（3）拉深前等等角度射线线等等距距、平行于于底面的平平行线（4）拉深前筒壁壁上的扇形形网格，拉拉深后变成成矩形网格格。a1.>a2>a3>a4靠近外部，，金属径向向流动越大大，多余金金属量越大大。金属有切向向缩小的应应变，且越越往外部应应变量越大大。应力应变分分析在拉深过程程中主要受受到凸模作作用传递过过来的径向向拉应力和和由于直径径缩小相互互挤压而产产生的切向向压应力作作用。在拉应应力和和切压压应力力作用用下，，网格格由扇扇形变变成矩矩形；；多余的的金属属流向向金属属的口口部，，使其其高度度增加加；越到口口部，，多余余的金金属越越多，，相互互挤压压越严严重，，切向向压应应力越越大。。二.拉深变变形过过程拉深过过程中中毛坯坯各部部分特特征①平面凸凸缘部部分（（主要要变形形区））②凹模圆圆角部部分（（过渡渡区））③筒壁部部分（（传力力区））④凸模圆圆角部部分（（过渡渡区））⑤筒底部部分（（小变变形区区）二.拉深变变形过过程厚度变变化二.拉深变变形过过程硬度变变化三.拉深件件的结结构工工艺性性材料要要求：：最适宜宜拉深深的材材料：：低碳钢钢（08、10）、紫紫铜、、黄铜铜、1Cr18Ni9Ti不锈钢钢等。。足够的的塑性性，较较低的的屈服服极限限较硬材材料拉拉深时时，需需增加加工序序改变变性能能：①先退退火处处理后后拉深深，最最后淬淬火。。②加热热后拉拉深。。三.拉深件件的结结构工工艺性性拉深件件结构构工艺艺性拉深件件的形形状：：简单、、对称称，对对应r相等尽量避避免半半敞开开及非非对称称的空空心件件，否否则应应设计计成对对称组组合的的拉深深，然然后剖剖开。。三.拉深件件的结结构工工艺性性拉深件件高度度：尽量小小一些些一次成成形零零件的的拉深深高度度应满满足：：①无凸缘缘筒形形件：：h≤（0.5～0.7）d式中：：d——拉深件件壁厚厚中径径。②带凸缘缘筒形形件：：当dt/d≤≤1.5时，h≤（0.4～0.6）d式中：：d——拉深件件壁厚厚中径径；dt——拉深件件凸缘缘直径径。三.拉深件件的结结构工工艺性性拉深件件圆角角半径径满足足：圆角：：R≥2t，最好好R≥（4～8）t；r≥t，最好好r≥（3～5）t；当R＜2t或r＜t时，需需增加加整形形工序序。r’≥3t三.拉深件件的结结构工工艺性性拉深件件结构构工艺艺性拉深件件底或或凸缘缘上的的孔边边到侧侧壁距距离应应满足足：ａ≥ＲＲ+0.5ｔ三.拉深件件的结结构工工艺性性拉深件件尺寸寸标注注①直径尺尺寸应应根据据使用用要求求明确确标注注内形形尺寸寸或外外形尺寸，，不得得同时时标注注内形形尺寸寸和外外形尺尺寸；；②高度尺尺寸最最好以以底部部为基基准进进行标标注；；③圆角角半径径只能能标注注在内内形；；④材料料厚度度尺寸寸，最最好标标注在在筒底底部位位或标标题栏栏中。。三.拉深件件的结结构工工艺性性拉深件件尺寸寸精度度拉深件件尺寸寸精度度应大大于T11级，否否则增增加校校形工工序。。高度方方向要要有修修边余余量，，才能能满足足较高高精度度要求求。§4-3拉深件件的起起皱与与破裂裂拉深件件的起起皱与与破裂裂是拉拉深过过程中中最主主要的的质量量问题题。一.起皱起皱概概念在拉深深时，，凸缘缘材料料存在在着切切向压压应力力，当当这个个压应应力大大到一一定程程度时时，板板料切切向将将因失失稳而而拱起起，这这种现现象称称为起起皱。。起皱原原因：：切向向压应应力σ3起皱危危害：：①折皱不不能通通过凸凸、凹凹模之之间的的拉深深间隙隙，强强行拉入，，使工工件拉拉破。。②折皱后后材料料强行行拉入入模具具，加加大模模具磨磨损，，降低模具具寿命命。起皱部部位：：凸缘缘处一.起皱防止措措施：：在拉深深模结结构上上加压压边圈圈7；（最常常用））减小切切向压压应力力σ3降低拉拉深件件的高高度，，减小小变形形程度度，减减小小σ3大小。。加大平平面板板料厚厚度，，降低低σ3的影响响。一.起皱皱二.破裂裂破裂裂概概念念破裂裂原原因因：：径向向拉拉应应力力σ1破裂裂部部位位：：筒壁壁与与筒筒底底圆圆角角相相切切处处稍稍靠靠上上位位置置防止止措措施施：：增加加工工序序，，加加大大拉拉深深系系数数；；增大大凹凹模模圆圆角角半半径径；；在凹凹模模入入口口处处进进行行合合理理的的润润滑滑；；采用用退退火火处处理理。。减小小压压边边力力，，以以降降低低所所需需的的拉拉深深力力。。二.破裂裂§4-4拉深深工工艺艺计计算算毛坯坯尺尺寸寸设设计计拉深深件件次次数数的的确确定定半成成品品尺尺寸寸的的确确定定拉深深工工艺艺计计算算毛坯坯形形状状和和尺尺寸寸确确定定的的依依据据：：一.毛坯坯尺尺寸寸计计算算若拉拉深深前前后后料料厚厚不不变变，，则则拉拉深深前前坯坯料料表表面面积积与与拉拉深深后后冲冲件件表表面面积积近近似似相相等等。。注意意：：当t＜1mm时，，按按工工件件标标注注尺尺寸寸计计算算；；当t≥≥1mm时，，按按工工件件中中线线尺尺寸寸计计算算。。体积积不不变变原原则则（（等等表表面面积积原原则则））:一.毛坯坯尺尺寸寸计计算算∵拉深深中中板板料料存存在在各各向向异异性性∵实实际际生生产产中中毛毛坯坯中中心心和和凸凸、、凹凹模模中中心心不不完完全全重重合合，，∴∴拉拉深深件件口口部部出出现现凸凸凹凹不不平平，，需需要要修修边边工工序序切切去去口口部部不平平部部分分∴在在计计算算毛毛坯坯时时，，应应加加上上修修边边余余量量。。加修修边边余余量量:修边边余余量量的的确确定定：：根据据经经