冲裁模结构课件

第2章

冲裁模结构与设计

ChapterTwoblankingdie’s

structureanddesign

1使板料分离的冲压工艺称为冲裁。Thestampingtechniquetodividethesheetmataliscalledblanking.Therearevariouskindsofit.suchas,cutdown,punch,pierce,trim,incise,dissectandsoon.

冲裁工艺的种类很多，常用的有切断、落料、冲孔、切边、切口、剖切等。冲裁是冲压工艺的最基本工序之一。blanking

isonebasicprocedureofstampingtechnique。在冲压加工中应用极广。它既可以直接冲出成品零件，也可以作为弯曲、拉深和挤压等其它工序的坯料，还可以在已成形的工件上进行再加工（切边、切口、冲孔等工序）。2本章要点:importantpointsofthischapterl

冲裁工艺。Blankingtechnique.l

典型冲裁模结构。Typicalblankingdie’sconstructerl

冲裁模主要零部件的结构分析与标准的选用。Theconstructeranalysisandstandards’selectionofblankingdie’simportantcomponentsl

冲裁模设计要点theimportantpointsofblankingdie’sdesign3本章难点：difficultiesofthischapterl

冲裁工艺。Blankingtechnique.l

冲裁模设计要点theimportantpointsofblankingdie’sdesign42．1冲裁工艺

Blankingtechnique.

2．1．1冲裁基本知识thebasicknowledgeofBlanking

在冲裁工艺中，以落料、冲孔应用最多。Themostuseofitispunchingandpiercing.从板料上冲下所需形状的工件（或毛坯）称为落料。Runintotherequiredtype’sworkpiecefromthesheetmatal(orroughcast)ispunching.在工件上冲出所需形状的孔（冲去的为废料）称为冲孔。Runintotherequiredform’sworkpiece(thewashedthingisscrap)ispierce

落料和冲孔的变形性质完全相同，但在进行模具工作部分设计时，要分开加以考虑。Punchingandpiercehavethesamedistortionfeature,butwhendoingthemodelworkdesign,weshoulddistinguishthemtoconsiderthem.52．1．1冲裁基本知识thebasicknowledgeofBlanking62．1．1冲裁基本知识thebasicknowledgeofBlanking

根据冲裁变形机理的不同，冲裁工艺可以分为普通冲裁和精密冲裁两大类。Accordingtothedifferentdistortionmechanism,blankingtechniquehastwotypesarecommonblankingandexactblanking.普通冲裁:commonblanking是由凸、凹模刃口之间产生剪裂缝的形式实现板料分离。Tomaketheedgeofthemaledieandfemaledieproducetheshearingcrannytoseparatethesheetmatal.精密冲裁:exactblanking是以变形的形式实现板料的分离。Throughthedistortionformtofinishthesheetmatal.前者冲出的工件断面比较粗糙，精度较低。后者冲出的工件不但断面比较光洁而且精度也较高，但需要有专门的精冲设备及精冲模具。Theformer’sworkpiece’sshearingsurfaceismorerough,andthelatterismoreglabrousandtheprecisionishigher,butitneedsspecialpreciseequipmentandmodel.72．1．2冲裁过程分析theprocedureanalysisofblanking凸模1与凹模2具有与工件轮廓一样的刃口。Maledie1andfemaledie2havethesameedgewithworkprofile.凸、凹模之间存在一定的间隙。Maledieandfemalediemustexistencegap.当压力机滑块把凸模推下时，便将放在凸、凹模中间的板料冲裁成所需的工件。82．1．2冲裁过程分析theprocedureanalysisofblanking当模具间隙正常时，金属板料的冲裁变形过程大致可分为三个变形阶段.Whenthemouldgapisnormal,themetalsheetmatal’sblankingdistortionprocedurehas3phases.（1）弹性变形阶段elasticdistortionphase（2）塑性变形阶段plasticdistortionphase（3）剪裂阶段shearingcrackphase如下图:910（1）弹性变形阶段elasticdistortionphase

当凸模开始接触板料并下压时，凸模与凹模刃口周围的板料产生应力集中现象，使材料产生弹性压缩、弯曲、拉伸等复杂的变形。Whenthemalediestartstotouchwithsheetmatalandpressitlowly,thesheetmatalwhicharoundthemaledieandfemaledie’sedgeproducethestresscentralphenomena,makethematerialproducetheelasticcompression,bend,extendandsoonthesecomplexdistortion.板料略有挤入凹模洞口的现象。此时，凸模下的材料略有弯曲，凹模上的材料则向上翘。间隙愈大，弯曲和上翘愈严重。随着凸模继续压入，直到材料内的应力达到弹性极限。11（2）塑性变形阶段plasticdistortionphase当凸模继续压入，板料内的应力达到屈服点，板料与凸模和凹模的接触处产生塑性剪切变形。Whenthemaledieisgoneonpressfitting,thestressinthesheetmetalwillgettotheyieldpoint,andthetangencyplaceofsheetmetalandmalediewithcavityplatewillhaveplasticsheerdeformation.随着凸模的下压，应力不断加大，直到分离变形区的应力达到抗剪强度，塑性变形阶段结束。

Withthemalediebeingpresseddown,thestressgoesonaggrandizing.Theplasticsheerdeformationplacewon’tbefinishedwithseparatedeformedzoneofstressgetstotheshearingstrength.12（3）剪裂阶段shearingcrackphase当板料的应力达到抗剪强度后，凸模再向下压，则在板料与凸模和凹模的刃口接触处分别产生裂纹。Aftersheetmatalstressgetstotheshearingintension,themaledieisgoneonbeingpresseddownandthefissurewillbebegotatthetangencyplaceofsheetmetalandmaledie’swithcavityplate’sblademouthapart.随着凸模下压，裂纹逐渐扩大并向材料内延伸。Withthemalediebeingpresseddown,fissureiscometoenlargeandextendedtotheinsideofmaterials.当上、下裂纹重合时，板料便被分离。Whensurfissrueandlay-fissurecoinage,sheetmatalwillbeasundered.凸模再下压，将已分离的材料克服摩擦阻力从板料中推出，完成冲裁过程。Andwithmalediebeingfrictionalressistanceandwillbepushedoutofthesheetmatalandthentheblankingcoursewillbefinished.132．1．2冲裁过程分析theprocedureanalysisofblanking在正常的冲裁工作条件下，由凸模刃口出发的剪裂缝与由凹模刃口出发的剪裂缝是重合的。这时可以得到如图2.4所示的冲裁件断面，它具有明显的四个特征区。Atthenormalconditionsofblankingwork,theshearfractureslotsarecoinage,whichstartoffthemaledieandcavityplateblademouth.Now,theblankingpiece’sseverpanelisbeingobtainde.Lookatthepicture2-4.Ithasfourevidentearmarkzone’s.（1）圆角带；circleanglezone（2）光亮带；euphoticzone（3）断裂带；fracturezone（4）毛刺。burr

14152．1．2冲裁过程分析theprocedureanalysisofblanking圆角带1又称塌角circleanglezone1,hasanalternatenamefallenangle.材料塑性愈好，凸、凹模之间间隙愈大，形成的塌角也就愈大。Theplasticofmaterialisbetter,andthegapbetweenmaledieandcavityplateisbigger,thefallendownanglewillbebigger.光亮带2euphoticzone2光亮带垂直于底面。材料塑性愈好，凸模和凹模之间的间隙（图中Z／2为单边间隙）愈小，光亮带的高度愈高。Theeuphoticzoneandthebottonsideareuprightness.Thematerialplasticisbetter,thegap(thegapinz/2isasinglesideone)betweenmaledieandcavityplateissmaller,andthehightofeuphoticzonewillbehigher.162．1．2冲裁过程分析theprocedureanalysisofblanking断裂带3fracturedzone3

断裂带表面粗糙，并带有斜度。凸模和凹模的间隙愈大，则断裂带高度愈大且斜度也增大。Fracturedzonehasacruditysurfacewithapitch.Thegapbetweenmaledieandcavityplateisbigger,theheightoffracturedzonewillbehigherandthepitchwillbebigger.毛刺4burr4紧挨着剪裂带的边缘，是由于裂纹的产生不是正对着凸模和凹模的刃口而是在靠近刃口的侧面。Thatnexttotheedgeofshearfracturezone,iscausefbyfissuregeneration,whichiscloseduptheflankofblademouthbutnotagainstthemaledie’sandcavity’sblademouth.17计算凸模和凹模尺寸的依据：thegistofcalculationmaledieandfemaledie’ssize对于冲孔件的孔，决定与轴类零件配合性质的是它的最小尺寸，即其光亮柱体部分尺寸；对于落料件，决定与孔类零件配合性质的是它的最大尺寸，也是它的光亮柱体部分尺寸。Asfortheholeoftherushventpiece,itsleastsizedependsonthecoordinationcyoftheaxlegenusdetails,thatisthedimensionoflustrepolepart;Asforblankingpiece,itsmacrosizedependsonthecoordinationcyofventgenusdetails,thatisthedimensionoflustrepole,too.于是，可以得出如下重要的关系式:落料尺寸=凹模尺寸punchingsize=femalediesize冲孔尺寸=凸模尺寸piercesize=malediesize182．1．3冲裁件的质量分析blankingpiece’squalityanalysis1．尺寸精度；sizeprecision2．断面质量；breakingsurface’squality3．毛刺。burr191．尺寸精度sizeprecision冲裁件的尺寸精度与许多因素有关，如冲模的制造精度、材料性质、冲裁间隙和冲裁件的形状等。Thesizeprecisionofblankingpieceisinrelationtolotsoffactors,forexample:（1）冲模的制造精度；die’sconstructiveprecision（2）材料性质；materialquality（3）冲裁间隙；blankinggap（4）冲裁件的形状。blankingpiece’sshape20（1）冲模的制造精度die’sconstructiveprecision冲模的制造精度对冲裁件的尺寸精度有直接影响。冲模的精度愈高，冲裁件的精度亦愈高。Thedie’sconstructiveprecisionhaseffectonblankingpiece’ssizeprecisiondirectly.21（2）材料性质materialquality对于比较软的材料，弹性变形量较小，冲裁后的回弹值也少，因而零件精度较高。而硬的材料，情况正好与此相反。Tothesoftermaterial,elasticdistortionquantityissmaller,andthere-flipvalueissmall,sothecomponentprecisionishigher.22（3）冲裁间隙blankinggap如间隙过大，对于落料件，其尺寸将会小于凹模尺寸，对于冲孔件，其尺寸将会大于凸模尺寸。Ifthegapistoobiggerasforfallenmaterialpiece,itssidewillbesmallerthancavitysize;asforrushventpiece,itssidewillgreaterthanmaledie’s.如间隙过小，对于落料件，其尺寸将会大于凹模尺寸，对于冲孔件，其尺寸将会小于凸模尺寸。Ifthegapistoosmaller,asforfallenmaterialpiec,itssidewillbegreaterthancavitysize;asforrushventpiece,itssidewillsmallerthanmaledie’s.23（4）冲裁件的形状blankingpiece’sshape冲裁件的形状越简单其精度越高。Theeasiertheshapeis,thehighertheprecisionis.242．断面质量breakingsurfacequality对于断面质量，起决定作用的是冲裁间隙。Toit,it’suptotheblankinggap.在具有合理间隙的冲裁条件下裂纹重合。Undertheconditionofthepropergap’sblanking,thecrackwillbesuperposition.所得冲裁件断面有一个微小的塌角（theangleofdent），并有正常的既光亮又与板平面垂直的光亮带(euphoticzone)，其断裂带虽然粗糙但比较平坦，虽有斜度但并不大，所产生的毛刺也是不明显的。25

2．断面质量breakingsurfacequality26

2．断面质量breakingsurfacequality当间隙过大或过小时，就会使上、下裂纹不能重合。Whenthegapistoobigorsmall,itwillstoptheupperandlowercrackfromsuperposition.（1）间隙过大：thegapistoobig

凸模产生的裂纹相对于凹模产生的裂纹向里移动一个距离。themaledie’sgap

opposite

femaledie’sgapmoveonedistanceoutward.

板料受拉伸、弯曲的作用加大，使剪切断面塌角加大，光亮带的高度缩短，断裂带的高度增加，锥度也加大，有明显的拉断毛刺，冲裁件平面可能产生穹弯现象。

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2．断面质量breakingsurfacequality（2）间隙过小：thegapistoosmall会使凸模产生的裂纹向外移动一个距离。Itwillmakethemaledie’sgapmoveonedistance.上、下裂纹不重合，产生第二次剪切，由凸模和凹模刃口所产生的裂从而在剪切面上形成了略带倒锥的第二个光亮带。在第二个光亮带下面存在着潜伏的裂纹。由于间隙过小，板料与模具的挤压作用加大，在最后被分离时，冲裁件上有较尖锐的挤出毛刺。283．毛刺burr冲裁过程的分析可知，冲裁件产生微小的毛刺是不可避免的。Accordingtotheblankingprocedure,itcan’tavoidtheblankingpieceproduceburr.若产品要求不允许存在微小毛刺，则在冲裁后应增加去除毛刺的辅助工序。正常冲裁中允许的毛刺高度见表2.2。

Iftheproduct’srequirementisnotallowedtoexistthesmallburr,soweshouldaddtheassistantworkingproceduretoremovetheburr.Theheightofburroftheusualblankingisinthetable2.2.293．毛刺burr若冲裁过程不正常，毛刺就会明显增大，这是不允许的。产生毛刺的原因主要有两个，其一是冲裁间隙不合理。Iftheprocedureisnotnormal,theburrwillbecomebigger,it’snotpermitted.Thereare2reasonsofcausingburr,oneofitistheimproperblankinggap.（1）间隙过大，会产生明显的拉断毛刺。（2）间隙过小，会产生尖锐的挤出毛刺。(1)Thegapistoobigthatwillsnaptheburrobviously;(2)it’stoosmallthatwillpileouttheburrstridently.303．毛刺burr产生毛刺的原因其二是凸模或凹模磨钝后，其刃口处形成圆角，这是产生毛刺的主要原因。Thesecondreasonisthatproducethecircleangleattheedgeafterabradedthemaledieandthefemaledie.Andthisisthemainreason.当凸模和凹模刃口带有圆角后，冲裁时材料中就减少了应力集中现象而增大了变形区域，产生的裂纹偏离刃口，凸模和凹模间金属在剪切断裂前有很大的拉伸，这就使冲裁断面上产生了明显的毛刺。

312．1．3冲裁件的质量分析blankingpiece’squalityanalysis综上所述用普通冲裁方法所能得到的冲裁件，其尺寸精度与断面质量都不太高。金属冲裁件所能达到的经济精度为ITl4~ITl0级，要求高的可达到ITl0~IT8级。厚料比薄料更差。若要进一步提高冲裁件的质量，则要在冲裁后加整修工序或采用精密冲裁法。Tosumuptheabovearguments,usecommonblankingmethodgainedblankingware,itssizeprecisionandcutsurfacequalityareallnotvery.Metalblankingware’seconomyaccuracyarecertainlyattainableIT14-IT10.

322．1．4冲裁间隙blankinggap冲裁间隙是指冲裁凸模和凹模之间工作部分的尺寸之差。如图2.6所示，即blankinggapisthedifferencesizebetweenthemaledieandfemaledie’sworkpart.Lookatthepicture2.6.

Z＝D凹

一D凸如无特殊说明，冲裁间隙一般是指双边间隙。Ifithasnototherspecialillustration,blankinggapisthebilateralgap.332．1．4冲裁间隙blankinggap冲裁间隙对冲裁过程有着很大的影响。甚至可以说间隙对冲裁件的质量起着决定性的作用。blankinggaphasgreateffectontheblankingprocedure.Andwecansaythatthegaphasthedecisiveeffectontheblankingpiece’squality.除此以外，间隙对模具寿命也有较大的影响。如图2.7所示是冲裁时作用于模具刃口部分的力。Besidesthat,gapalsohasgreateffectonthedie’susage.Asthepicture2.7hasgivenus.342．1．4冲裁间隙

blankinggap（1）间隙小时：thegapissmall.冲裁过程的挤压作用加剧，冲裁力F与摩擦力μF增大，使刃口所受压应力增大，造成刃口变形与端面磨损加剧，严重时甚至崩刃。加之过小间隙的二次剪切所产生的金属碎屑因摩擦发热粘附在凸模和凹模上又加剧了刃口的磨损。所以，过小间隙会使模具寿命降低。此外，小间隙还使模具制造的难度增加。

Undersizeclearancecanleaddie’slifedown.Andsmallclearancecanleaddifficultyofdie’smanufactureup.352．1．4冲裁间隙blankinggap由冲裁变形过程的分析可知，决定合理间隙值的理论依据是应保证在塑性剪切变形结束后，由凸模和凹模刃口处所产生的上、下剪切裂纹重合。如图2.8所示。Accordingtotheblankingdistortionprocedure,thetheorythatdecidethepropergapistomakesuretheedgeofthemaledieandfemaledie’sgapcanbesuperposition.Asthepicture2.8.362．1．4冲裁间隙

blankinggap由图上的几何关系可得：accordingtotherelationshipofthepicture’sgeometry.

Z=2（t–b）tanβ=2t（1–b/t）tanβ式中

t——板料厚度(materialthickness)；b/t——产生裂纹时，凸模压入板料的相对深度（即光亮带的相对宽度）；β——最大切应力方向与垂线间的夹角。软钢(softsteel)β=5o~6o；中硬钢(mid-hardsteel)β=4o~5o；硬钢(hardsteel)β=4o。

372．1．4冲裁间隙

blankinggap由上式可以看出，合理间隙值取决于t、b／t、β等三个因素。由于β值的变化不大，所以，影响合理间隙值的大小主要取决于前二个因素，即影响间隙值的主要因素是板料厚度和材料性质。Becausetheβvaluehasnotthegreatchange,sotheformer2factorsinfluencethepropergapvalue’ssize,inotherwords,themainfactortoinfluencethegapvaluearethethicknessofthesheetmatalandthequalityofthematerial.板料厚度增大，间隙数值应正比地增大。反之板料愈薄则间隙愈小。

sheetmatal’sthicknessbecomebigger,andthegapvaluealsowillbebiggerwithit.Onthecontrary,ithastheoppositefeature.382．1．4冲裁间隙

blankinggap材料塑性好，光亮带所占的相对宽度b／t大，间隙数值就小。而塑性差的硬材料，间隙数值就大一些。另外，b／t还与板料的厚度有关。对同一种材料来说，薄料冲裁的b