冲压模具设计chb2

1/401．了解冲裁变形规律、冲裁件质量及影响因素；学习目的与要求：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。第二章冲裁(Blanking)2/401．冲裁变形规律及冲裁件质量影响因素；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．冲裁力的计算。2．刃口尺寸计算原则和方法；3/40主要内容§2-1冲裁变形过程分析§2-2冲裁间隙§2-3冲裁模刃口尺寸的计算§2-4冲裁工艺力§2-5排样与材料的经济利用4/40落料：冲裁的目是得到一定形状和尺寸的外形轮廓。

冲裁是最基本的冲压工序。定义：冲孔：一定形状和尺寸的孔(punching；piercing)。工序：使冲裁件沿封闭曲线分离的工序。引言5/40分类:冲裁模：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、精密冲裁本章重点是普通冲裁6/40一、剪切区力态分析（一）剪切区力分析：凸模对坯料作用力：PP，FP

；μPP

，μFP§2-1冲裁变形过程分析凹模对坯料作用力：Pd，Fd

；μPd

，μFd凸、凹模间隙存在，产生弯矩。

7/40（二）剪切区应力状态分析：①B>A,D>E（E点的静水压应力最低）②凸模刃口附近的静水压应力比凹模刃口附近的高③刃口端面静水压应力高于侧面日本学者岩田一明用有限元计算的应力分布基本相符σ3轴向（板厚方向）

σ1径向

σ2切向在弹塑性力学中，常假设静水压力作用下，应变与应力服从弹性规律，并且不影响屈服。于是很自然地将应力分量分成两部分，一部分是平均正应力，或称静水压力，另一部分称为偏量应力张量8/40二、冲裁变形过程(一）弹性变形阶段：凸模压力P小，

＜

S

，弯曲和拉伸变形（三）断裂分离阶段：凸模压入，裂纹向内部扩展，直到断裂

间隙正常、刃口锋利情况下，冲裁变形过程可分为三个阶段：（二）塑性变形分阶段：凸模压力P增大，≥

S，塑性剪切材料硬化，δ≥δb，产生微裂纹9/4010/40三、冲裁断面特征断裂带：裂纹；斜度光亮带：塑变、侧面挤压大小：材料性质、C、刃口状态毛刺带：伴随着裂纹出现而产生大小——C、刃口状态、材料性质圆角带（塌角）：刃口附近材料弯曲拉伸，大小与材料塑性、间隙C有关各特征区在断面上所占比例：随材料性质、t、c、模具结构、刃口状态不同而变化11/40冲裁区应力、变形和冲裁件正常的断面状况a）冲孔件b）落料件

12/40§2-2冲裁间隙定义：单边C=（D-d）/213/40冲裁件质量：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。一、间隙对冲裁件质量的影响（一）间隙C对断面质量的影响：

合适的间隙——裂纹重合，光亮带大，塌角、毛刺、撕裂带小。C小——平整，断面垂直；二次剪切→两个光亮带。C大——拉应力大，易产生裂纹，断面不垂直。14/4015/40（二）C对尺寸精度的影响：C大——拉伸变形大：落料件——尺寸变小冲孔件——尺寸变大

（三）C对形状误差（弯曲度）的影响：C大→弯曲严重C小——侧向挤压变形大：落料件——尺寸变大冲孔件——尺寸变小翘曲：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。冲裁件的形状误差：指翘曲、扭曲、变形等缺陷。16/40二、间隙对模具寿命的影响

（一）冲裁模的失效形式：刃口磨损、压塌、崩刃、凸模折断、凹模涨裂

（二）模具寿命：（冲出合格品的次数）

两次刃磨间寿命全部磨损后的总寿命刃口磨损情况的变化17/40（三）间隙对模具寿命的影响：单位高压、塑性流动和滑动——﹝端面、侧面﹞滑动磨损、粘着磨损C小：挤压作用强，F、P

大；μF,μP

大→磨损↑光亮带大，刃口与材料磨擦距离长→磨损增加凸模端面磨损低于凹模端面（滑动受阻），凸模侧面磨损最大

适当放大C，↑寿命三、间隙对冲裁力的影响

C小→挤压作用强，材料变形抗力大；冲裁力大；顶、推、卸料力大其它提高模具寿命的方法：增加凸模的硬度；提高刃口表面粗糙度；增设压料板；提高模具导向精度和装配精度；改善润滑条件等。

18/40四、合理间隙的确定Cmin<C<Cmax

（一）理论确定法：材料性质和厚度（二）经验数据：

表2-2一般机械单面间隙（c/t×100）

质量高I→模具寿命低质量一般II→模具寿命较高质量不高III→模具寿命高表2-3

精密零件、仪器、仪表——C

小表2-4

汽车、农机、日用五金——C

大19/4020/40（1）冲孔的c值可比落料取大些。（2）冲小孔时c值取大些，以防凸模折断。（3）硬质合金模c值应比钢模大30％。（4）凹模孔口为锥形的比直形的c值可小些。（5）电火花加工凹模时，c值应比磨削加工时取小（0.5％～1％）t。（6）凸凹模壁薄时，为防止涨裂，应放大冲孔的c值。（7）采用弹性压料板时c值可取大些。（8）高速冲压时模具易发热；c值应取大些。（9）热冲时材料强度低，c值应比冷冲时小些。（10）冲攻丝孔时，c值应取小些。

在选用表2－2中的间隙时，应根据具体情况，酌情增减间隙值，如：21/40铝（90%以上）与铜（约4%）、少量镁和锰的合金的商品名称。用于飞机工业。1906年，法国工程师维尔姆在一次实验中，发现含有一定成份其他金属的铝合金其硬度和强度均有所增加，这就是第一种铝合金，后来由杜拉金属公司制造成功，故称为杜拉铝。杜拉铝属于可热处理强化铝合金，具有较高的力学性能，适于制造飞机的构件，如蒙皮、壁板、桁条、翼助等杜拉铝22/4023/40§2-3冲裁模刃口尺寸的计算1．冲裁件锥度：落料件大端等于或接近凹模尺寸；冲孔件小端等于或接近凸模尺寸。2．测量和使用中：落料件以大端为基准，冲孔件小端为基准。3．侧面磨损：凹模磨后尺寸变大，凸模磨后变小→C↑一、刃口尺寸计算原则（一）落料时，先定Dd

：Dd=Dmin

；DP=Dd-2Cmin明确：（二）冲孔时，先定dP

：dP=dmax

；dd=dp+2Cmin（三）凸、凹制造公差：精度一般比制件高2～3级16031124/401．模具与冲裁件（制件）精度关系（t不同）表2-52．未注公差：IT14（圆形）→模具按IT6—7

（非圆）→模具按IT1125/40二、尺寸计算方法（一）凸模与凹模分开加工

﹝独立加工法——适于圆形或形状简单件﹞1．落料：设落料件尺寸D0-Δ特点：具有互换性、制造周期短，但cmin不易保证，需提高加工精度，增加制造难度。

Dd=（D-xΔ）+δd0Dp=（Dd-2Cmin）0-δPδm允许磨损量26/40δp、δd——表2-6；δp+δd≤2（Cmax-Cmin）x——公差的位移系数0.5～1

表2-7；工件IT10x=1IT11～13x=0.75IT14x=0.52．冲孔：设冲孔尺寸d+Δ0

dp=(d+xΔ)0-δpdd=(dp+2Cmin)0+δd27/40㈡凸模与凹模配合加工1．落料件：28/40

（1）磨后增大：A10-Δ、A20-Δ、A30-ΔAd=（A-xΔ）+δd0

（2）磨后减小：B1+△0、B2+△0

Bd=（B+xΔ）0-δd

（3）磨后不变：①标注C2+Δ0：Cd=(C+Δ)±δd②标注C30-Δ：Cd=(C-Δ)±δd③标注C1±Δ′：Cd=C±δdx——系数；0.5～1δd——①单向标注δd=；②双向标注δd=

凸模与凹模配作，保证Cmin～Cmax公式中的标注29/40①磨后增大的尺寸：A1、A2Ap=（A-xΔ）0+δp②磨后减小的尺寸：B1、B2、B3Bp=（B+xΔ）-0δpX——系数；0.5～1δP——①单向标注δP=；②双向标注δP=

凹模与凸模配作保证Cmin～Cmax2．冲孔件

图2-16③磨后不变的尺寸：C1、C2、C3

标注C1±Δ′Cp=C±δp

标注C2+Δ0Cp=（C+Δ/2）±δp

标注C3-Δ0Cp=（C-Δ/2）±δp公式中的标注30/40凸模与凹模刃口尺寸计算举例

冲制图示零件，材料为Q235钢，料厚t=0.5mm。计算冲裁凸、凹模刃口尺寸及公差。例1解：由图可知，该零件属于无特殊要求的一般冲孔、落料。

外形和18±0.09由冲孔同时获得。查表2.3.1得，由落料获得，，则31/40由公差表查得：为IT12级，取x=0.75；设凸、凹模分别按IT6和IT7级加工制造，则冲孔：

≤校核：0.008+0.012≤2（0.03-0.02）0.02=0.02（满足间隙公差条件）为IT14级，取x=0.5；32/40孔距尺寸：Ld=L±′/4=18±0.125×2×0.09=(18±0.023)mm校核：0.016+0.025=0.04>0.02（不能满足间隙公差条件）因此，只有缩小，提高制造精度，才能保证间隙在合理范围内，由此可取：≤=0.8×0.01=0.008mm=1.2×0.01=0.012mm落料：≤故：33/40例题2

如图2-17（a）所示垫圈，材料为40钢，料厚t＝6mm。试确定凸、凹模刃口尺寸及制造公差。34/40

制件形状比较复杂，凹模与凸模采用配合加工

。制件系落料冲成，设计模具时凹模为基准，其刃口尺寸如图2-17（b）所示。凹模刃口磨损后，尺寸变化有3种情况，按表2.3.2中的公式分别计算：（1）磨损后变大的尺寸

A1凹、A2凹由表2.3.1：查得：

x1=0.5x2=0.5A1d=(A1-x1△1)0+δ1d=（200-0.5×1.15）0+1.15/4=199.430+0.29A2d=(A2-x2△2)0+δ2d=（120-0.5×0.87）0+0.87/4=119.570+0.22（2）磨损后变小的尺寸B凹

由表2.3.1查得：x=0.5

Bd=(B+x△)0-δd=(60+0.5×0.74)0-0.74/4=60.370-0.19

（3）磨损后不变的尺寸C凹

Cd＝C+δd=60+1/8×0.74=60+0.09解：

凸模与凹模配作，保证Cmin～Cmax.35/40一、冲裁力的计算P=KLt≈LtσbK=1.3二、降低冲裁力的方法（一）加热§4冲裁工艺力目的：选冲压设备、设计模具

把材料加热后冲裁，可以大大降低其抗剪强度。将材料加热到700℃～900℃，冲裁力只有常温时的1/3，甚至更小。加热冲裁的优点是冲裁力降低显著；缺点是断面质量较差(圆角大，有毛刺)，精度低，冲裁件上会产生氧化皮，加热冲裁时劳动条件也差，只用于精度要求不高的厚料冲裁。36/40（二）阶梯布置凸模优点不但可降低冲裁力，而且还能适当减少振动，工件精度不受影响，可避免与大凸模相距甚近的小凸模的倾斜或折断(当所有凸模等高时，与大凸模接近的小凸模在冲孔时受大凸模冲裁所引起的材料流动的影响，很易使小凸模倾斜或折断)。缺点是修磨刃口也较麻烦。阶梯冲裁主要用于多个凸模而其位置又较对称的模具。各凸模间的高度相差量与板料厚度有关。对于薄料，取h=t；对于厚料(t>3mm)，取h=0.5t。各层凸模的布置要尽量对称，使模具受力平衡。37/40刃口倾斜程度H愈大，冲裁力愈小，但凸模需进入凹模愈深，板料的弯曲较严重，所以一般取H值为：t<3mm时，H=2t；t=3～10mm时，H=t。优点：压力机能在柔和条件下工作，当冲裁件很大时，降低冲裁力很显著。缺点：模具制造难度提高，刃口修磨困难，有些情况模具刃口形状还要修正。冲裁时，废料的弯曲在一定程度上总是影响冲裁件的弯曲，这一点在冲裁厚料时更严重。适用于形状简单、精度要求不高、料不太厚的大件冲裁。（三）斜刃口模具冲裁落料——凸模做成平刃口冲孔——凹模做成平刃口38/40三、顶、推、卸料力

图2-20Pd=KdPPt=Kt.·P·nPX=KXPKd、Kt、KX

表2-1016031639/40§2-5排样与材料的经济利用一、材料的经济利用材料的利用率

=排样：指冲裁件在条料上的排列形式A0

：零件面积；A：工件面积与废料面积（工艺废料、结构废料）之和40/40二、排样方法（一）有废料排样法（二）少废料排样法（三）无废料排样法

41/40三、搭边定义：排样时，工件之间及工件与条料侧边之间的余料。作用：

影响搭边大小的因素：

搭边的经验数值：表2-12。1.补偿定位误差；

2.保持条料有一定刚度；3.保护模具刃口。1.材料力学性能；2.工件形状尺寸；3.材料厚度；4.送料挡料方式。42/40THEEND43/40落料冲孔复合模1-下模板2-卸料螺钉3-导