第2章-冲裁工艺

2.1冲裁工艺分析2.2冲裁模间隙2.3凸模与凹模刃口尺寸计算2.4冲裁工艺力及压力中心2.5冲裁件的排样2.6冲裁件的工艺性2.7精密冲裁第2章冲裁工艺工艺理论→工艺参数

→工艺计算

→模具设计1第2章冲裁工艺广义上讲，冲裁是分离工序的总称，包括落料﹑冲孔﹑切断、修边、剖切﹑切舌、冲缺口等工序。但一般来说，冲裁主要指落料和冲孔。根据变形机理不同冲裁分为：普通冲裁、精密冲裁、微冲裁落料冲孔2冲裁件电机转子与电机定子冲片3冲裁件4冲裁件录音机机芯自停杆51、冲裁时的力态分析普通冲裁示意图模具工作部分有两个基本特征：凸、凹模有锋利刃口凸、凹模有间隙C-单面间隙Z-双面间隙2.1冲裁工艺分析冲裁板料受力图62.1冲裁工艺分析变形区位置变形区的应力状态72、冲裁变形过程1）弹性变形阶段2）塑性变形阶段3）断裂分离阶段2.1冲裁工艺分析83、冲裁分离机理上述分离机理称作“二向裂纹扩展相迎分离机理”，要实现这种分离，需要三个条件：“二向裂纹扩展相迎分离机理”是确定冲裁工艺参数，设计、制造模具的依据。1）合理间隙2）刃口锋利3）刃口有一定硬度2.1冲裁工艺分析92.1冲裁工艺分析4、冲裁件断面特征1）塌角2）光亮带3）断裂带4）毛刺102.1冲裁工艺分析4、冲裁件断面特征落料件尺寸=凹模刃口尺寸冲孔件尺寸=凸模刃口尺寸115、影响断面质量的因素1）材料性能：材料塑性好→光亮带↑，断裂带↓，断面质量好2）模具间隙：3）刃口状态：C↓→光亮带↑，断裂带↓，塌角带↓，毛刺↓，断面质量好刃口锋利→毛刺↓，零件质量好2.1冲裁工艺分析121、间隙对冲裁工艺的影响尺寸精度C↓↓→挤压变形，弹复后落料件变大，冲孔件变小C↑↑→拉伸变形，弹复后落料件变小，冲孔件变大C合适，→制件尺寸＝刃口尺寸制件表面平整度C↑→制件穹弯↑，制件表面平整度差断面质量C↓→塌角↓,光亮带↑,断裂带↓,毛刺↓,断面质量好。1）间隙对冲裁件质量的影响2.2冲裁模间隙C-单面间隙Z-双面间隙13间隙对制件断面质量的影响142）间隙对冲裁力的影响C↓→冲裁力F↑，但影响不大。C对卸料力﹑推件力﹑顶件力影响较大，

C↓→F卸

、F推、

F顶↑↑。当C=15％～20％ｔ时，F卸、F推、

F顶近似等于02.2冲裁模间隙15模具寿命：1）两次刃磨间寿命2）总寿命3）间隙对模具寿命的影响C↑→寿命↑C↓→寿命↓2.2冲裁模间隙模具的失效形式：磨损、凹模刃口涨裂、崩刃、变形等。间隙C主要影响模具的磨损、刃口涨裂。162、间隙值的确定2.2冲裁模间隙1）间隙值的理论确定法C=(t-h0)tgβ=t(1-h0/t)tgβ理论公式使用不便172、间隙值的确定3）合理间隙合理间隙不是一个值，而是一个范围Cmin～Cmax，Cmin用以设计制造模具，Cmax用以控制模具寿命。2.2冲裁模间隙2）间隙值确定的原则根据冲裁件断面质量要求、尺寸精度、模具寿命等因素确定，在保证满足冲裁件质量要求的前提下，取较大间隙，以提高模具寿命。184）C的选取，GB/T16743-2010冲裁间隙2.2冲裁模间隙选用金属板料冲裁间隙时，应针对冲裁件技术要求、使用特点和特定的生产条件等因素，首先确定拟采用的间隙类别，然后相应选取该类间隙值。模具设计的间隙，应取间隙值中的最小值194）C的选取，GB/T16743-2010冲裁间隙2.2冲裁模间隙204）C的选取，GB/T16743-2010冲裁间隙2.2冲裁模间隙211、现象落下的料和冲出的孔都带锥度，由于光亮带光滑垂直，故以光亮带处作为制件尺寸测量的基准。因此：冲裁时模具磨损，凸模越磨越小，凹模越磨越大，因此：落料件尺寸等于（或接近于）凹模刃口尺寸。冲孔件尺寸等于（或接近于）凸模刃口尺寸。冲出的孔尺寸越来越小落料尺寸越来越大2.3冲裁模刃口尺寸计算222、尺寸计算原则4）Ｃ取Ｃmin。5）模具刃口制造公差的选取，要考虑制件精度；按“最大实体原则”标注单向公差。1）落料时，选凹模作基准，首先设计凹模刃口尺寸，间隙通过减小凸模刃口尺寸得到。3）取磨损后尺寸增大的基准模刃口尺寸等于或接近于工件的最小极限尺寸；取磨损后尺寸减小的基准模刃口尺寸等于或接近于工件的最大极限尺寸。磨损前后尺寸不变的刃口尺寸，取其等于工件尺寸的中间值，并标注对称偏差。2.3冲裁模刃口尺寸计算2）冲孔时，选凸模作基准，首先设计凸模刃口尺寸，间隙通过增大凹模刃口尺寸得到。233、冲裁凸、凹模加工方法2.3冲裁模刃口尺寸计算刃口尺寸计算方法与模具加工方法有关：分别加工法、配合加工法244、凸、凹模分别加工的刃口尺寸计算1）落料2.3冲裁模刃口尺寸计算252）冲孔3）孔心距2.3冲裁模刃口尺寸计算264）系数x（公差带偏移系数、磨损系数）2.3冲裁模刃口尺寸计算材料厚度t/mm非圆形工件x值圆形工件x值10.750.50.750.5工件公差Δ/mm1<0.160.17~0.35≥0.36<0.16≥0.161~2<0.200.21~0.41≥0.42<0.20≥0.202~4<0.240.25~0.49≥0.50<0.24≥0.24>4<0.300.31~0.59≥0.60<0.30≥0.30275）δp、δd的取值根据制件精度，确定模具精度（一般IT5～IT8），然后查手册或，规则形状（圆形、方形件）冲裁时凸、凹模的制造公差或，δp≤0.4（Zmax-Zmin）、

δd≤0.6（Zmax-Zmin）2.3冲裁模刃口尺寸计算286）需校核采用该方法计算刃口尺寸，为保证合理间隙，模具制造公差必须满足：?2.3冲裁模刃口尺寸计算7）制件上的未注公差GB/T15055-2007冲压件未注公差尺寸极限偏差如不满足，当大的不多时，可适当调整，取δp≤0.4（Zmax-Zmin）、δd≤0.6（Zmax-Zmin）；否则，应采用配合加工法。298）举例1）如图所示垫圈，材料Q235，料厚t=2mm，确定落料、冲孔模刃口尺寸？2.3冲裁模刃口尺寸计算302.3冲裁模刃口尺寸计算解：1）查“GB/T13914-2013冲压件尺寸公差”，制件精度为“ST5级”2）查“GB/T16743-2010冲裁间隙”，按间隙类别为“Ⅲ类”，C=(7～10)%ｔ，即Cmin=0.14mm，Cmax=0.2mm3）刃口公差，取IT7级，尺寸δp、δdΦ12.5+0.20.018Φ35-0.280.0254）校核：δp+δd≤Zmax-Zmin，均满足，故可以采用分别加工法5）查表3-5，公差带偏移系数，x=0.5312.3冲裁模刃口尺寸计算6）落料Φ35-0.28的模具刃口尺寸：7）冲孔Φ12.5+0.2的模具刃口尺寸：一般情况，结果保留2位小数325、凸、凹模配合加工的刃口尺寸计算1）计算原则落料时，以凹模为基准，计算凹模刃口尺寸，按Zmin配作凸模；冲孔时，以凸模为基准，计算凸模刃口尺寸，按Zmin配作凹模。2.3冲裁模刃口尺寸计算332）落料C类尺寸，随凹模磨损，尺寸不变：A类尺寸，随凹模磨损，尺寸↑：B类尺寸，随凹模磨损，尺寸↓：2.3冲裁模刃口尺寸计算落料件落料凹模刃口轮廓34C类尺寸，随凸模磨损，尺寸不变：A类尺寸，随凸模磨损，尺寸↑：B类尺寸，随凸模磨损，尺寸↓：2.3冲裁模刃口尺寸计算3）冲孔冲孔件冲孔凸模刃口轮廓35C类尺寸，随模具磨损，尺寸不变：A类尺寸，随模具磨损，尺寸↑：B类尺寸，随模具磨损，尺寸↓：2.3冲裁模刃口尺寸计算4）总之36如图所示零件，材料H62，t=0.5mm，确定落料凸、凹模刃口尺寸2.3冲裁模刃口尺寸计算5）举例372.3冲裁模刃口尺寸计算4）落料件，以凹模为基准，配做凸模，画出凹模磨损后的尺寸变化图，并将尺寸分类。解：1）查“GB/T13914-2013冲压件尺寸公差”，制件精度为“ST4级”2）查“GB/T16743-2010冲裁间隙”，按间隙类别为“Ⅱ类”，C=(2～5)%ｔ，即Cmin=0.01mm，Cmax=0.025mm

因间隙小，欲满足δp+δd≤Zmax-Zmin条件，分别加工凸、凹模刃口，至少需IT5级，故采用配做法3）查表3-5，公差带偏移系数，x=1382.3冲裁模刃口尺寸计算A1：46-0.1

：A2：26-0.1

：A3：56-0.1：A4：80-0.12

：5）A类尺寸，随凹模磨损，刃口尺寸变大392.3冲裁模刃口尺寸计算6）B类尺寸，随凹模磨损，刃口尺寸变小B：30+0.1:7）C类尺寸，随凹模磨损，刃口尺寸不变，C：54±0.05:8）凸模刃口按凹模配做，留单面间隙0.01mm。401、冲裁力-行程曲线可以看出，冲裁力变化非常急剧。因此冲裁时模具和设备必然会受到冲击作用，并发生噪声。2.4冲裁工艺力及压力中心412、冲裁力计算F＝K·L·t·F-冲裁力L-冲裁周边长度t-料厚-材料抗剪强度，≈0.8bK-系数，K=1.3F＝L·t·b2.4冲裁工艺力及压力中心423、压力中心的确定冲模压力中心：冲压时诸冲压力合力的作用点位置。为了确保压力机和模具正常工作，应使冲模的压力中心与压力机滑块的中心相重合。否则，会使冲模和压力机滑块产生偏心载荷，使滑块和导轨间产生过大的磨损，模具导向零件加速磨损，降低模具和压力机的使用寿命。

2.4冲裁工艺力及压力中心43对称形状的单个冲裁件，冲模的压力中心就是冲裁件的几何中心。形状复杂的零件、多孔冲模、级进模的压力中心，按力矩平衡原理进行解析计算。计算依据是：各分力对某坐标轴的力矩之和等于诸力的合力对该轴的力矩。求出合力作用点的坐标位置即为模具的压力中心冲模的压力中心，可按下述原则来确定：2.4冲裁工艺力及压力中心444、降低冲裁力的方法1）阶梯冲裁2）加热冲裁（热冲）2.4冲裁工艺力及压力中心453）斜刃冲裁2.4冲裁工艺力及压力中心46为了获得平整工件，落料时凸模应为平刃，将凹模作成斜刃冲孔时凹模应为平刃，将凸模作成斜刃2.4冲裁工艺力及压力中心475、卸料力、推件力、顶件力卸料力：FX=KXF推件力：FT=nKTF顶件力：FD=KDF2.4冲裁工艺力及压力中心486、设备选择设备吨位≥Fz=F+FX、FT、FDa）FZ=F+FTb）FZ=F+FXc）FZ=F+FX+FTd）FZ=F+FX+FD2.4冲裁工艺力及压力中心492.5冲裁件的排样1、排样：冲裁件在板料、带料或条料上的布置方法。502、材料利用率在冲压件的成本中，材料占60%以上，为提高η，必须合理排样，减少工艺废料。因此，排样是冲裁工艺及模具设计中一项很重要的工作。排样及废料材料利用率2.5冲裁件的排样一个步距内：整张板料(带料)：513、排样方法1）根据材料的利用情况：少废料排样：无废料排样：有废料排样：2）排样时，除考虑材料利用率外，还要考虑冲压件尺寸精度、模具结构的复杂性，生产率，操作方便，安全等因素。2.5冲裁件的排样523）按冲裁件在条料上的布置方式，排样又可分为直排、斜排、对排、混合排、多行排、冲裁搭边等多种形式。直排：适用于方形、矩形零件。斜排：适用于椭圆形、T形、Г形、S形零件。2.5冲裁件的排样53直对排：适用于梯形、三角形、半圆形、T形、Π形、Ш形零件。斜对排：适用于椭圆形、T形、Г形、S形零件。2.5冲裁件的排样54多行排：适用于大批量生产中尺寸不大的圆形、六角形、方形、矩形零件。交叉排：适用于C形、Π形、Ш形等零件。组合排：适用于材料与厚度相同的两种以上零件。2.5冲裁件的排样55裁搭边法-整裁法：适用于尺寸较小且形状较简单的细长零件。裁搭边法-分次裁切法：适用于尺寸较小且形状较复杂的细长零件。2.5冲裁件的排样563、搭边搭边：排样中相邻两工件之间或工件与条料边缘之间的余料。a：侧搭边a1：工件间搭边c：切断工序的搭边2.5冲裁件的排样57搭边的作用：补偿定位误差，保证制件质量。保证条料有一定刚度，便于送进。保护模具刃口。搭边值的确定：根据具体情况，查表条料宽度的确定

2.5冲裁件的排样58595、排样设计举例工件排样方案例12.5冲裁件的排样60工件排样方案1：单工序冲压（落料→冲孔）例2，垫圈排样方案2：复合工序（落料-冲孔）排样方案3：级进工序（冲孔→落料）2.5冲裁件的排样方案1：模具结构简单，成本低。生产效率低，不适于大批量生产，制件精度低。方案2：生产效率高，制件精度高。模具结构复杂。方案3：生产效率高，易于实现自动化，制件精度高。模具结构复杂。61排样方案4：复合工序，多行排排样方案5：级进工序，多行排2.5冲裁件的排样62工件排样方案1：单工序冲压例3，电机转子冲片落Φ47.2外圆→冲Φ10孔和定向槽口R0.3→冲12个槽口2.5冲裁件的排样63排样方案2：复合工序排样方案3：级进工序2.5冲裁件的排样落料、叠装←冲另外6个槽口、切口←冲6个槽口←冲孔64排样方案4：复合工序，多行排排样方案5：级进工序，多行排2.5冲裁件的排样65工件排样方案1：单工序冲压例4，电机定子冲片落外形→冲两腰形孔和4个Φ4孔→冲Φ48.2孔和2个Φ5孔2.5冲裁件的排样66排样方案2：复合工序2.5冲裁件的排样67落料式级进工序切废式级进工序排样方案3：级进工序2.5冲裁件的排样68排样方案4：复合工序，多行排排样方案5：级进工序，多行排2.5冲裁件的排样69排样方案6：电机转子与电机定子套排（级进工序）2.5冲裁件的排样702.6冲裁件的工艺性冲裁件的工艺性：是指冲裁件的材料、形状、尺寸、精度等方面是否适合冲裁加工的要求。主要体现在以下方面：1、冲裁件的公差等级GB/T13914-2013冲压件尺寸公差712.6冲裁件的工艺性2、剪断面的表面粗糙度721）冲裁件的形状应力求简单、规则、对称，且有利于材料的有效利用。3、冲裁件的结构形状与尺寸

参考“GB/T30570-2014金属冷冲压件结构要素”2）冲裁件外形或内孔的转角处应尽量避免尖角（无废料冲裁或镶拼结构模具除外），如无特殊要求，在各直线或曲线的连接处应允许有r>0.25t的圆角过渡，从而减少热处理开裂，减少冲裁模尖角处的崩刃和过快磨损。通过改变冲裁件的形状提高材料利用率2.6冲裁件的工艺性733）应避免冲裁件上有过长的悬臂和狭槽。对于软钢、黄铜等材料，其宽度b≥1.5t，高碳钢或合金钢等硬材料b≥2t，板料厚度小于1mm时按1mm考虑。悬臂和凹槽的长度最大为5b，如图所示。4）冲孔时，因受凸模强度的限制，孔的尺寸不应太小。2.6冲裁件的工艺性745）为避免工件变形，冲裁件的孔边距b1、孔间距b2不能过小，一般取b1＞1.5t，b2＞2t6）在弯曲件或拉深件上冲孔时，孔边与直壁之间应保持一定距离，L≥R+0.5t，以免冲孔时凸模受水平推力而折断，如图所示。2.6冲裁件的工艺性752.7精密冲裁普通冲裁所得制件精度较低，切断面粗糙度Ra12.5μm～6.3μm，有锥度。当制件质量要求高时，可采用精冲，精冲件尺寸精度可达IT6～IT9，切断面粗糙度可达Ra0.2μm～0.32μm，一般为Ra6.3μm～2.5μm。半精冲的精度介于普通冲裁与精冲之间。普通冲裁后的整修工艺，也可大幅度提高冲裁件尺寸精度和断面质量。762.7.1齿圈压板冲裁（精冲）1、工艺原理与特点在冲裁过程中使毛坯变形区处于三向压应力状态，增加变形区的静水压效应，抑制材料的断裂，使其在不出现裂纹的条件下以塑性变形的方式实现材料的分离，从而获得断面质量好，尺寸精度高的精密零件。工艺措施：1）V形齿圈压板2）凹模（或凸模）刃口小圆角3）很小的间隙，一般Z＝1%t4）反向顶杆5）润滑772.7.1齿圈压板冲裁（精冲）1、工艺原理与特点齿圈压板精冲普通冲裁78精冲件79精冲件80精冲件812、工艺过程a：模具开启，送料；b：模具闭合，齿圈压板和反压板压紧材料；

c：冲裁

d：冲裁结束e：压力释放，模具开启；

f：卸料，顶件；齿圈压板提供卸料力，顶杆提供顶件力；

g：顶出工件；

h：吹卸或清除精冲件和内孔废料，一次精冲结束；i：材料送进，进行下一个精冲2.7.1齿圈压板冲裁（精冲）823、精冲力的计算F＝Ｌｔb1）冲裁力：FY＝（0.3～0.6）F2）压料力：FF＝AP(P=20～70MPa)3）反压力：Fz＝F

+FY+

FF4）总压力：2.7.1齿圈压板冲裁（精冲）834、精冲模的设计1）凸、凹模间隙：Z＝（0.5%～1%）t2）刃口尺寸①落料时：其中，δp、δd取Δ/4或外形按IT5、内形按IT6制造。，配作凸模②冲孔时：，配作凹模③孔心距：2.7.1齿圈压板冲裁（精冲）843）凸、凹模刃口圆角：4）齿圈压板落料时，凹模带圆角，R0.01～0.03冲孔时，凸模带圆角，R0.01以下2.7.1齿圈压板冲裁（精冲）85专用的三动精冲压力机普通压力机，需配备液压模架5、精冲设备2.7.1齿圈压板冲裁（精冲）865、精冲的经济效益2.7.1齿圈压板冲裁（精冲）875、精冲的经济效益精冲的汽车零件控制凸轮：原工艺：毛坯铸造→清理→车外圆→拉削键槽→铣削凸轮外廓→去毛刺新工艺：板料毛坯精冲（落料冲孔复合）→去毛刺接合器盘：原工艺：普通冲裁（落料冲孔）→校平→拉削内齿形→去毛刺→滚齿（外齿形）→去毛刺新工艺：板料毛坯精冲（落料冲孔复合）→去毛刺2.7.1齿圈压板冲裁（精冲）881、小间隙圆角刃口冲裁（光洁冲裁）Z＜0.01～0.02mmR=10～20％ｔ制件精度IT8～IT11切断面Ra0.4～1.6μm2.7.2半精冲工艺