第二章冲裁工艺与冲裁模设计二

内容提要在分析冲裁变形过程、冲裁件质量及影响因素基础上，介绍冲裁间隙确定、刃口尺寸计算原则和方法、排样设计、冲裁力与压力中心计算、冲裁工艺性分析与工艺方案制定、冲裁模典型结构、零部件设计及模具标准应用、冲裁模设计方法与步骤等。

MD&M第二章冲裁工艺与模具设计2.1概述分类:冲裁模：冲裁：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。基本工序：落料和冲孔。既可加工零件，也可加工冲压工序件。冲裁所使用的模具叫冲裁模，它是冲裁过程必不可少的工艺装备。凸、凹模刃口锋利，间隙小。普通冲裁、精密冲裁MD&M第二章冲裁工艺与模具设计一、冲裁变形时板材变形区受力情况分析四对力冲裁时作用于板料上的力1-凸模2-板材3-凹模

了解和掌握冲裁变形规律，有利于冲裁工艺与冲裁模设计，控制冲裁件质量。凸、凹模间隙存在，产生弯矩。

MD&M第二章冲裁工艺与模具设计2.2冲裁变形过程分析间隙正常、刃口锋利情况下，冲裁变形过程（动画）可分为三个阶段：二、冲裁变形过程1．弹性变形阶段(Ⅰ)变形区内部材料应力小于屈服应力。2．塑性变形阶段(Ⅱ)变形区内部材料应力大于屈服应力。凸、凹模间隙存在，变形复杂，并非纯塑性剪切变形，还伴随有弯曲、拉伸，凸、凹模有压缩等变形。3．断裂分离阶段

(Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ)变形区内部材料应力大于强度极限。裂纹首先产生在凹模刃口附近的侧面凸模刃口附近的侧面上、下裂纹扩展相遇材料分离MD&M第二章冲裁工艺与模具设计冲裁件质量：三、冲裁件质量及其影响因素垂直、光洁、毛刺小图纸规定的公差范围内外形满足图纸要求；表面平直，即拱弯小指断面状况、尺寸精度和形状误差。MD&M第二章冲裁工艺与模具设计三、冲裁件质量及其影响因素（续）1、冲裁件断面质量及其影响因素断面特征

图圆角带a：刃口附近的材料产生弯曲和伸长变形。光亮带b：塑性剪切变形。质量最好的区域。断裂带c：裂纹形成及扩展。毛刺区d：间隙存在，裂纹产生不在刃尖，毛刺不可避免。此外，间隙不正常、刃口不锋利，还会加大毛刺。MD&M第二章冲裁工艺与模具设计1.冲裁件断面质量影响因素(１)材料性能的影响三、冲裁件质量及其影响因素（续）(２)模具间隙的影响间隙小，出现二次剪裂，产生第二光亮带间隙大，出现二次拉裂，产生二个斜度(３)模具刃口状态的影响当凸模刃口磨钝时，则会在落料件上端产生毛刺；当凹模刃口磨钝时，则会在冲孔件的孔口下端产生毛刺；当凸、凹模刃口同时磨钝时，则冲裁件上、下端都会产生毛刺。MD&M第二章冲裁工艺与模具设计2.冲裁件尺寸精度及其影响因素三、冲裁件质量及其影响因素（续）冲裁件的尺寸精度：

指冲裁件的实际尺寸与图纸上基本尺寸之差。影响因素：该差值包括两方面的偏差：一是冲裁件相对于凸模或凹模尺寸的偏差；

二是模具本身的制造偏差。

（1）冲模的制造精度（零件加工和装配）（2）材料的性质（3）冲裁间隙

MD&M第二章冲裁工艺与模具设计3．冲裁件形状误差及其影响因素三、冲裁件质量及其影响因素（续）冲裁件的形状误差：翘曲：指翘曲、扭曲、变形等缺陷。冲裁件呈曲面不平现象。它是由于间隙过大、弯矩增大、变形拉伸和弯曲成分增多而造成的，另外材料的各向异性和卷料未矫正也会产生翘曲。扭曲：冲裁件呈扭歪现象。它是由于材料的不平、间隙不均匀、凹模后角对材料摩擦不均匀等造成的。变形：由于坯料的边缘冲孔或孔距太小等原因，因胀形而产生的。MD&M第二章冲裁工艺与模具设计2.3冲裁间隙一、间隙的作用冲裁间隙Z：指冲裁模中凹模刃口横向尺寸DA与凸模刃口横向尺寸dT的差值。

MD&M第二章冲裁工艺与模具设计一、、间间隙隙的的作作用用1.间间隙隙对对冲冲裁裁件件质质量量的的影影响响2.间间隙隙对对冲冲裁裁力力的的影影响响随间间隙隙的的增增大大冲冲裁裁力力有有一一定定程程度度的的降降低低，，但但影影响响不不是是很很大大。。间隙隙对对卸卸料料力力、、推推件件力力的的影影响响比比较较显显著著。。随随间间隙隙增增大大，，卸卸料料力力和和推推件件力力都都将将减减小小。。间隙隙是是影影响响冲冲裁裁件件质质量量的的主主要要因因素素。。MD&M第二二章章冲冲裁裁工工艺艺与与模模具具设设计计一、、间间隙隙的的作作用用（（续续））3.间间隙隙对对模模具具寿寿命命的的影影响响模具正常失效：磨损；模具非正常失效：变形、崩刃、折断和涨裂——工艺设计计不合理。间隙过小将使磨损增增加，甚至使模具与与材料之间产产生粘结现象象，并引起崩刃、凹模胀裂、小凸模折断、凸凹模相互啃啃刃等异常损损坏。从延长模具寿寿命考虑，应应在保证模具正常失效效和冲裁件质量的的前提下适当当采用较小的间隙值。MD&M第二章冲冲裁工艺与模模具设计冲裁间隙确定定原则：考虑到在生产产过程中的磨磨损使间隙变变大，故设计计与制造新模模具时应采用用最小合理间间隙Zmin二、冲裁模间间隙值的确定定1.理论法确确定法2.经验确定定法较小间隙值（（表2.3.2）较大间隙值（（表2.3.3）MD&M第二章冲冲裁工艺与模模具设计MD&M第二章冲冲裁工艺与模模具设计MD&M第二章冲冲裁工艺与模模具设计MD&M第二章冲冲裁工艺与模模具设计间隙对剪切裂裂纹与断面质质量的影响ａ）间隙过小小ｂ）间间隙合理ｃｃ）间隙隙过大MD&M第二章冲冲裁工艺与模模具设计凸、凹模刃口口磨钝时毛刺刺的形成情况况a)凹模磨钝b)凸模磨钝c)凸、凹模均磨磨钝MD&M第二章冲冲裁工艺与模模具设计垫圈的落料与与冲孔a)落料b)冲孔MD&M第二章冲冲裁工艺与模模具设计落料冲孔复合合模1-下模板2-卸料料螺钉3-导柱4-固定板5-橡胶6-导料销7-落料料凹模8-推件块9-固定板板10-导套11-垫垫板12、、20-销钉钉13-上模板14-模柄15-打杆16、21-螺钉17-冲孔凸模模18-凸凹凹模19-卸料板22-挡挡料销MD&M第二章冲冲裁工艺与模模具设计MD&M第二章冲冲裁工艺与模模具设计冲裁区应力、、变形和冲裁裁件正常的断断面状况a）冲孔件b）落落料件MD&M第二章冲冲裁工艺与模模具设计圆角带光亮带断裂带毛刺区冲裁变形过程程MD&M第二章冲冲裁工艺与模模具设计2.4凸模模与凹模刃口口尺寸的确定定一、凸、凹模模刃口尺寸计计算原则１．设计落料料模先确定凹凹模刃口尺寸寸。以凹模为基准准，间隙取在在凸模上，即即冲裁间隙通通过减小凸模模刃口尺寸来来取得。设计冲孔模先先确定凸模刃刃口尺寸。以以凸模为基准准，间隙取在在凹模上，冲冲裁间隙通过过增大凹模刃刃口尺寸来取取得。２．根据冲模模在使用过程程中的磨损规规律，设计落落料模时，凹凹模基本尺寸寸应取接近或或等于工件的的最小极限尺尺寸；设计冲孔模时时，凸模基本本尺寸则取接接近或等于工工件孔的最大大极限尺寸。。模具磨损预留留量与工件制制造精度有关关。MD&M第二章冲冲裁工艺与模模具设计３．冲裁（设设计）间隙一一般选用最小小合理间隙值值（Zmin）。４．选择模具具刃口制造公公差时，要考考虑工件精度度与模具精度度的关系，即即要保证工件件的精度要求求，又要保证证有合理的间间隙值。５．工件尺寸寸公差与冲模模刃口尺寸的的制造偏差原原则上都应按按“入体”原原则标注为单单向公差。但但对于磨损后后无变化的尺尺寸，一般标标注双向偏差差。一、凸、凹模模刃口尺寸计计算原则（续续）MD&M第二章冲冲裁工艺与模模具设计加工方法：1.分开加工工二、凸、凹模模刃口尺寸的的计算方法具有互换性、、制造周期短短，但Zmin不易保证，需需提高加工精精度，增加制制造难度。2.配合加工工Zmin易保证证，无无互换换性、、制造造周期期长。。MD&M第二章章冲冲裁裁工艺艺与模模具设设计1．按凸凸模与与凹模模图样样分别别加工工法（1）落料料二、凸凸、凹凹模刃刃口尺尺寸的的计算算方法法（续续）（2）冲孔孔（3）孔心心距=L±MD&M第二章章冲冲裁裁工艺艺与模模具设设计1．按凸凸模与与凹模模图样样分别别加工工法（（续））为了保保证可可能的的初始始间隙隙不超超过Zmax，即二、凸凸、凹凹模刃刃口尺尺寸的的计算算方法法（续续）≤凸、凹凹模的的制造造公差差，可可按ＩＩＴ６６～ＩＩＴ７７级来来选取取，也也可查查表2.4.1选取，，但需需校核核。或或取≤≤+Zmin≤Zmax，选取取必须须满足足以下下条件件：MD&M第二章章冲冲裁裁工艺艺与模模具设设计2．凸模模与凹凹模配配作法法配作法法就是是先按按设计计尺寸寸制出出一个个基准准件（（凸模模或凹凹模）），然然后根根据基基准件件的实实际尺尺寸再再按最最小合合理间间隙配配制另另一件件。二、凸凸、凹凹模刃刃口尺尺寸的的计算算方法法（续续）≤特点：：的条件件，并并且还还可放放大基基准件件的制制造公公差，，使制造造容易易。模具的的间隙隙由配配制保保证，，工艺艺比较较简单单，不不必校校核MD&M第二章章冲冲裁裁工艺艺与模模具设设计2．凸模模与凹凹模配配作法法（续续）（1）根据据磨损损后轮轮廓变变化情情况，，正确确判断断出模模具刃刃口尺寸类类型：磨损损后变变大，，变小小还是是不变变。（2））根据据尺寸寸类型型，采采用不不同计计算公公式。。磨损后后变大大的尺尺寸，，采用用分开开加工工时的的落料料凹模模尺寸寸计算算公式式。磨损后后变小小的尺尺寸，，采用用分开开加工工时的的冲孔孔凸模模尺寸寸计算算公式式。磨损后后不变变的尺尺寸，，采用用分开开加工工时的的孔心心距尺尺寸计计算公公式。。二、凸凸、凹凹模刃刃口尺尺寸的的计算算方法法（续续）（3）刃口口制造造偏差差可按按工件件相应应部位位公差差值的的1/4来来选取取。对对于刃刃口尺尺寸磨磨损后后无变变化的的制造造偏差差值可可取工工件相相应部部位公公差值值的1/8并冠冠以（（±））。冲制图图示零零件，，材料料为Q235钢钢，料料厚t=0.5mm。计计算冲冲裁凸凸、凹凹模刃刃口尺尺寸及及公差差。三、例例1解：由图图可知，，该零件件属于无无特殊要要求的一一般冲孔孔、落料料。外形和18±±0.09由冲冲孔同时时获得。。查表2.3.3得，由落料获获得，，则MD&M第二章冲冲裁裁工艺与与模具设设计由公差表表查得：：三、例1（续））为IT12级，，取x=0.75；设凸、凹凹模分别别按IT6和IT7级级加工制制造，则则冲孔：≤校核：0.008+0.012≤0.06-0.040.02=0.02（满满足间隙隙公差条条件）为IT14级，，取x=0.5；；MD&M第二章冲冲裁裁工艺与与模具设设计孔距尺寸寸：三、例1（续））=L±=18±±0.125××2×0.09=(18±0.023)mm校核：0.016+0.025=0.04>0.02（（不能满满足间隙隙公差条条件）因此，只只有缩小小模具公公差，提提高制造造精度，，才能保保证间隙隙在合理理范围内内，由此此可取：：≤=0.4×0.02=0.008mm=0.6×0.02=0.012mm落料：≤MD&M第二章冲冲裁裁工艺与与模具设设计故：三、例1（续））MD&M第二章冲冲裁裁工艺与与模具设设计如图2.4.3所示的落落料件，，其中三、例2d=22±±0.14mm板料厚度度t=1mm，，材料为为10号号钢。试试计算冲冲裁件的的凸模、、凹模刃刃口尺寸寸及制造造公差。。由表2.3.3查得：解：该冲冲裁件属属落料件件，选凹凹模为设设计基准准件，只只需要计计算落料料凹模刃刃口尺寸寸及制造造公差，，凸模刃刃口尺寸寸由凹模模实际尺尺寸按间间隙要求求配作。。MD&M第二章冲冲裁裁工艺与与模具设设计三、例2（续））落料凹模模的基本本尺寸计计算如下下：第一类尺尺寸：磨磨损后增增大的尺尺寸由公差表表查得：：尺寸80mm，，选x=0.5；；尺寸15mm，选选x=1；；其余尺尺寸均选选x=0.75。。MD&M第二章冲冲裁裁工艺与与模具设设计三、例2（续））第三类尺尺寸：磨磨损后基基本不变变的尺寸寸第二类尺尺寸：磨磨损后减减小的尺尺寸落料凸模模的基本本尺寸与与凹模相相同，分分别是79.79mm，39.75mm，34.75mm，22.07mm，14.94mm，不必标标注公差差，但要要在技术术条件中中注明：：凸模实实际刃口口尺寸与与落料凹凹模配制制，保证证最小双双面合理理间隙值值落料凹模模、凸模模的尺寸寸如图。。MD&M第二章冲冲裁裁工艺与与模具设设计落料凸、、凹模尺尺寸a)落落料凹凹模尺寸寸b)落落料凸模模尺寸MD&M第二章冲冲裁裁工艺与与模具设设计2.5冲冲裁排排样设计计一、材料料的合理理利用一个步距距内的材材料利用用率材料利用用率：1．材料利利用率冲裁件的的实际面面积与所所用板料料面积的的百分比比，它是是衡量合合理利用用材料的的经济性性指标。。MD&M第二章冲冲裁裁工艺与与模具设设计一、材料料的合理理利用（（续）一张板料料(或带带料、条条料)上上总的材材料利用用率1．材料利利用率（（续）MD&M第二章冲冲裁裁工艺与与模具设设计冲裁所产产生的废废料：一一类是结构废料料；另一类类是工艺废料料。2．提高材材料利用用率的方方法一、材料料的合理理利用（（续）MD&M第二章冲冲裁裁工艺与与模具设设计减少工艺艺废料的有力措措施是：：2．提高材材料利用用率的方方法(续续）一、材料料的合理理利用（（续）设计合理的排排样方案案；选择合适适的板料料规格和和合理的的裁板法法（减少料料头、料料尾和边边余料））；利用用废废料料作作小小零零件件等等。。利用用结结构构废废料料的措措施施有有：：当材材料料和和厚厚度度相相同同时时，，在在尺尺寸寸允允许许的的情情况况下下，，较较小小尺尺寸寸的的冲冲件件可可在在较较大大尺尺寸寸冲冲件件的的废废料料中中冲冲制制出出来来。。在使使用用条条件件许许可可下下，，也也可可以以改改变变零零件件的的结结构构形形状状，，提提高高材材料料利利用用率率，，如图图所所示示。MD&M第二二章章冲冲裁裁工工艺艺与与模模具具设设计计零件件形形状状不不同同材材料料利利用用情情况况的的对对比比根据据材材料料的的合合理理利利用用情情况况，，条条料料排排样样方方法法可可分分为为三三种种：：二、、排排样样方方法法1.有废料料排排样样（（a））2.少废料料排排样样（（b））3.无废料料排排样样（（c、、d））MD&M第二二章章冲冲裁裁工工艺艺与与模模具具设设计计搭边边：排样样时时冲冲裁裁件件之之间间以以及及冲冲裁裁件件与与条条料料侧侧边边之之间间留留下下的的工工艺艺废废料料。。搭边边的的作作用用：：一是是补补偿偿定定位位误误差差和和剪剪板板误误差差，，确确保保冲冲出出合合格格零零件件；；二是是增增加加条条料料刚刚度度，，方方便便条条料料送送进进，，提提高高劳劳动动生生产产率率；；搭边边还还可可以以避避免免冲冲裁裁时时条条料料边边缘缘的的毛毛刺刺被被拉拉人人模模具具间间隙隙，，从从而而提提高高模模具具寿寿命命。。三、、搭搭边边MD&M第二二章章冲冲裁裁工工艺艺与与模模具具设设计计1．．影影响响搭搭边边值值的的因因素素三、、搭搭边边（1）材料料的的力力学学性性能能硬材材料料的的搭搭边边值值可可小小一一些些；；软软材材料料、、脆脆材材料料的的搭搭边边值值要要大大一一些些。。（2）材料料厚厚度度材料料越越厚厚，，搭搭边边值值也也越越大大。。（3）冲裁裁件件的的形形状状与与尺尺寸寸零件件外外形形越越复复杂杂，，圆圆角角半半径径越越小小，，搭搭边边值值取取大大些些。。（4）送料料及及挡挡料料方方式式用手手工工送送料料，，有有侧侧压压装装置置的的搭搭边边值值可可以以小小一一些些；；用用侧侧刃刃定定距距比比用用挡挡料料销销定定距距的的搭搭边边小小一一些些。。（5））卸料料方方式式弹性性卸卸料料比比刚刚性性卸卸料料的的搭搭边边小小一一些些。。MD&M第二二章章冲冲裁裁工工艺艺与与模模具具设设计计2．．搭搭边边值值的的确确定定三、、搭搭边边表2.5.2为为最最小小搭边边值值的的经经验验数数表之之一一，，供供设设计计时参参考考。。MD&M第二二章章冲冲裁裁工工艺艺与与模模具具设设计计一张张完完整整的的排排样样图图应应标标注注条条料料宽宽度度尺尺寸寸五、、排排样样图图、条条料料长长度度L、板板料料厚厚度度t、端端距距l、步步距距S、工工件件间间搭搭边边和和侧侧搭搭边边a。并并习习惯惯以以剖剖面面线线表表示示冲冲压压位位置置。。MD&M第二二章章冲冲裁裁工工艺艺与与模模具具设设计计2.6冲冲裁裁力力和和压压力力中中心心的的计计算算冲裁裁力力：冲冲裁裁过过程程中中凸凸模模对对板板料料施施加加的的压压力力。。一、、冲冲裁裁力力的的计计算算用普普通通平平刃刃口口模模具具冲冲裁裁时时，，冲冲裁裁力力F一一般般按按下下式式计计算算：：注：：F———冲冲裁裁力力；；L———冲冲裁裁周周边边长长度度；；t———材材料料厚厚度度；；———材材料料抗抗剪剪强强度度；；K————系系数数。。一一般般取取K＝＝1.3MD&M第二二章章冲冲裁裁工工艺艺与与模模具具设设计计卸料料力力：二、、卸卸料料力力、、推推件件力力及及顶顶件件力力的的计计算算推件力力：顶件力力：从凸模模上卸卸下箍箍着的的料所所需要要的力力。将梗塞塞在凹凹模内内的料料顺冲冲裁方方向推推出所所需要要的力力。逆冲裁裁方向向将料料从凹凹模内内顶出出所需需要的的力。。MD&M第二章章冲冲裁裁工艺艺与模模具设设计卸料力力二、卸卸料力力、推推件力力及顶顶件力力的计计算推件力力顶件力力——卸卸料力力、推推件力力、顶顶件力力系数数，见见表2.6.1；n——同同时卡卡在凹凹模内内的冲冲裁件件(或废料料)数。式中h——凹凹模洞洞口的的直刃刃壁高高度；；t——板板料厚厚度。。式中MD&M第二章章冲冲裁裁工艺艺与模模具设设计压力机机的公公称压压力必必须大大于或或等于于各种种冲压压工艺艺力的的总和和Fz三、压压力机机公称称压力力的确确定采用弹