冲裁工艺与模具设计2-1

内容简介：

冲裁是最基本的冲压工序。本章是本课程的重点章。在分析冲裁变形过程及冲裁件质量影响因素的基础上，介绍冲裁工艺计算、工艺方案制定和冲裁模设计。涉及冲裁变形过程分析、冲裁件质量及影响因素、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。

第二章冲裁工艺与模具设计11．了解冲裁变形规律、冲裁件质量及影响因素；2．掌握冲裁模间隙确定、刃口尺寸计算、排样设计、冲裁力计算等设计计算方法。3．掌握冲裁工艺性分析与工艺设计方法；4．认识冲裁模典型结构（尤其是级进模和复合模）及特点，了解模具标准，掌握模具零部件设计及模具标准应用方法；5．掌握冲裁工艺与冲裁模设计的方法和步骤。学习目的与要求：第二章冲裁工艺与模具设计21．冲裁变形规律及冲裁件质量影响因素；2．刃口尺寸计算原则和方法；3．冲裁工艺性分析与工艺方案制定；4．冲裁模典型结构及特点；5．冲裁模结构设计及模具标准应用；6．冲裁工艺与冲裁模设计的方法和步骤。重点：难点：1．冲裁变形规律及冲裁件质量影响因素；2．刃口尺寸计算原则和方法；3．模具结构设计及模具标准应用；4．冲裁工艺与冲裁模设计的方法和步骤。

第二章冲裁工艺与模具设计3第一节冲裁过程分析第二章冲裁工艺与模具设计分类: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4第一节冲裁过程分析

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。

5第一节冲裁过程分析1.剪切区力态分析A当凸模下降至与板料接触时，板料就受到凸凹模端面的作用力。B由于凸凹模之间存在间隙，使凸凹模施加于板料上的力产生一个力矩M，其值等于凸凹模作用的合力与稍大于间隙的力臂α的乘积。6第二章冲裁工艺与冲裁模设计第一节冲裁过程分析C力矩使材料产生弯曲，故模具与板料仅在刃口附近的狭小区域内保持接触，因此，凸、凹模作用于板料的垂直压力呈不均匀分布，随着向模具刃口靠近而急剧增大。D冲裁时，由于板料弯曲的影响，其剪切区的应力状态是复杂的，且与变形过程有关。E从应力状态可看出，凸模与凹模端面的静水压应力高于侧面的，且凸模刃口附近的静水压应力又比凹模刃口附近的高。7第二章冲裁工艺与冲裁模设计第一节冲裁过程分析2.冲裁过程冲裁既是分离工序，工件受力时必然从弹、塑性变形开始，以断裂告终。塑性变形从刃口开始，随着切刃的深入，变形区向板料的深度方向发展、扩大，直到在板料的整个厚度方向上产生塑性变形，板料的一部分相对于另一部分移动。力矩M将板料压向切刃的侧面，故切刃相对于板料移动时，这些力将表面压平，在切口表面上形成光亮带。当切刃附近材料各层中达到极限应变与应力值时，便产生微裂，裂纹产生后，沿最大剪应变速度方向发展，直至上、下裂纹会合，板料就完全分离。8第二章冲裁工艺与冲裁模设计第一节冲裁过程分析3.裂纹的形成与发展由应力状态分析中得知，凸、凹模刃口侧面的静水压力低于端面静水压力，且凹模刃口侧面的静水压力最低，所以首先在凹模刃口侧面处板料中产生裂纹，继而才在凸模刃口侧面处产生裂纹。裂纹产生后先向废料侧（指落料）发展，主裂纹暂停发展，然后裂纹前端附近依次重新产生微小裂纹，微小裂纹的根部汇成主裂纹，直到主裂纹成长到凸模侧产生的裂纹会合而使板料断裂，微裂纹与主裂纹的方向是逐渐由废料侧转向成品侧的。冲裁时由于刃口附近应变与应力集中，加上拉应力的作用造成了裂纹的产生与扩展，裂纹产生后大致沿最大剪应变速度方向发展。9第二章冲裁工艺与冲裁模设计第一节冲裁过程分析4.剪切端面分析冲出的工件断面明显地分成三个特征区：圆角带(5%t)、光亮带（t/3）、断裂带（62%t）及毛刺区（5~10%t）。圆角带是冲裁中刃口刚压入材料时，刃口附近材料产生弯曲和伸长变形的结果，软材料比硬材料的圆角大。其影响因素：材料性质、工件轮廓形状和凸凹模间隙等。光亮带是材料塑性变形时，在毛坯一部分相对于另一部分移动过程中，模具侧压力将毛坯压平而形成的光亮垂直的断面。其影响因素：10第二章冲裁工艺与模具设计第一节冲裁过程分析材料性质、凸凹模间隙及模具刃口磨损程度等加工条件有关。断裂带是由刃口处的微裂纹在拉应力的作用下不断扩展而形成的撕裂面，断面粗糙且有斜度。要想提高冲裁件断面的光洁程度与尺寸精度，可通过增加光亮带的高度或采用整修工序来实现。增加光亮带高度的关键是延长塑性变形阶段，推迟裂纹的产生。这可通过增加金属的塑性和减少刃口附近的变形与应力集中来实现。11第二章冲裁工艺与模具设计间隙正常、刃口锋利情况下，冲裁变形过程可分为三个阶段：第二章冲裁工艺与模具设计第一节冲裁过程分析1．弹性变形阶段变形区内部材料应力小于屈服应力。2．塑性变形阶段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

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12第二节影响冲裁件质量的因素冲裁件质量：第二章冲裁工艺与模具设计指断面状况、尺寸精度和形状误差。13断面状况：垂直、光洁、毛刺小尺寸精度：图纸规定的公差范围内形状误差：外形满足图纸要求；表面平直，即拱弯小第二节影响冲裁件质量的因素第二章冲裁工艺与模具设计1、冲裁件断面质量及其影响因素断面特征：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。14第二节影响冲裁件质量的因素1.冲裁件断面质量影响因素(１)材料性能的影响(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15冲裁件断面质量及其影响因素第二章冲裁工艺与模具设计(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。16第二节影响冲裁件质量的因素冲裁件断面质量及其影响因素第二章冲裁工艺与模具设计第二节影响冲裁件质量的因素2.冲裁件尺寸精度及其影响因素冲裁件的尺寸精度：指冲裁件的实际尺寸与图纸上基本尺寸之差。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。

影响因素：（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。

17冲裁件断面质量及其影响因素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冲裁件的形状误差：指翘曲、扭曲、变形等缺陷。翘曲：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。18第二节影响冲裁件质量的因素冲裁件断面质量及其影响因素第二章冲裁工艺与模具设计第二章冲裁工艺与模具设计垫圈的落料与冲孔

a)落料

b)冲孔

19落料冲孔复合模1-下模板2-卸料螺钉3-导柱4-固定板5-橡胶6-导料销7-落料凹模8-推件块9-固定板10-导套11-垫板12、20-销钉13-上模板14-模柄

15-打杆16、21-螺钉17-冲孔凸模