冲压工艺学全书

冲压工艺学

StampingTechnology1第一章绪论一、冲压工艺的特点二、冲压工艺在工业生产中的地位和作用三、冲压工艺的工序和分类四、冲压技术的发展方向五、课程的特点及其学习的方法2一、冲压工艺的特点及其优越性

冲压工艺是塑性加工的基本方法之一。它主要用于加工板料零件，所以有时也称之为板料冲压。冲压不仅可以加工金属板料，而且也可以加工非金属板料。31、什么是冷冲压

冷冲压是将各种不同规格的板料或坯料（金属或非金属），在室温下对其施加压力（如通过压力机及模具等），使之变形或分离，以获得各种形状零件的一种加工工艺。42、冲压加工的特点（1）生产率高、操作简单、节省能源。由于冲压生产坯料一般是比较薄的板料，变形抗力较低，因此一般不需要对坯料进行加热，节省能源。高速冲床每分钟可生产成百件上千件，操作工艺方便，便于机械化与自动化，特别适合于大量生产。52、冲压加工的特点（2）材料利用率高，批量生产成本较低。由于是冷成形，容易实现少无切削加工，节约原料，材料的利用率可高达75~95%，经济效益好。（3）产品尺寸精度高，质量稳定。冲压件的尺寸公差由冲模精度来保证，一般精度可达IT8～10,最高达IT7。产品尺寸稳定、互换性好。62、冲压加工的特点（4）冲压产品壁薄、量轻、刚度好，可以加工形状复杂的小到钟表、大到汽车纵梁、覆盖件等。（5）冲压制模成本高。由于冲模制造是单件小批量生产，精度高，是技术密集型产品，制造复杂、周期长、技术要求高，制造费用高（约占产品成本的10%～30%），因而不适合小批量产品生产。72、冲压加工的特点（6）冷冲压工艺受材料塑性和变形抗力的限制，不适合加工形状太复杂的厚壁零件。（7）冲压加工噪声大，手工操作劳动强度大，安全性较差。此外，技术要求高；不适用于单件及小批量生产等。8二、冲压工艺在工业生产中的地位

和作用

在机械制造业中，冷冲压是一种生产效率很高的加工工艺，它给生产提供了及其方便及最有利的条件。冲压工艺的应用范围很广，大到汽车的覆盖件，小至钟表及仪器仪表的元件，大多是冷冲压制成的。统计表明：——

汽车制造业中，60～75％冲压件——

电机仪器仪表业中，60～70％——

国防工业中，冲压件的比重也相当大9冲压应用领域

——

汽车行业的冲压

——

汽车等行业零部件类冲压

——

电器件冲压——

生活日用品冲压——

家用电器部件冲压——

航空航天工业、国防工业

10航空航天制造业：11汽车制造业：12三、冲压工艺的工序和分类

(thestampingworkingprocedureanditsclassification)

由于冲压加工的零件形状、尺寸、精度要求、批量大小、原材料性能等地不同，当前在生产中所采用的冲压工艺方法也是多种多样的。但是，概括起来可以分为两大类：

——

分离工序(shearing)

——

成形工序(forming)1314151、分离工序(shearing)

是指板料受力后，应力超过材料的强度极限σb

，而使板料产生剪裂或局部剪裂。其目的是在冲压过程中，使冲压件与板料沿一定的轮廓线相互分离，同时，冲压件分离断面的质量也要满足一定的要求。

16——

普通冲裁*落料

——

用冲模沿封闭轮廓曲线冲切，冲下部分是零件。用于制造各种形状的平板零件*冲孔

——

用冲模按封闭轮廓曲线冲切，冲下部分是废料*切断

——

用剪刀或冲模沿不封闭轮廓曲线切断，多用于加工形状简单的平板零件*切边

——

将成形零件的边缘修切整齐或切成一定的形状*剖切

——

把冲压加工成的半成品切开成为二个或多个零件，多用于不对称零件的成双或成组成压成形之后17——

精密冲裁

普通冲裁所得工件尺寸精度在IT11以下，切断面表面粗糙度值Ra为12.5～6.3,且有锥度。对于一些要求光洁和尺寸精度较高的零件或要求剪切断面与工件表面垂直的零件，一般的冲裁方法达不到要求，这样就发展了精密冲裁工艺。182、成形工序

是指板料受力后，应力超过了材料的屈服极限σs（但小于材料的拉伸强度极限σb

），经过塑性变形后，成为一定形状的零件的加工工序。其目的是使冲压坯料在不破坏的前提下，发生塑性变形并转化成所需要的成品形状。

192、成形工序*弯曲

——

把板料沿直线弯成各种形状，可以加工形状极为复杂的零件*拉深

——

把平板毛坯冲制成各种空心的零件，也有称之为拉延、压延、引伸*变薄拉深

——

把拉深加工后的空心半成品进一步加工成底部厚度大于侧壁厚度的零件*成形

——

把弯曲和拉深以外的许多变形类工序统称为成形。包括：翻边、局部成形、胀形、扩口、缩口、旋压、强力旋压、校平与整形等。20

——

成形（forming）*翻边

——

把板料的边缘按曲线翻成竖立的边缘，可分为内孔翻边和外缘翻边

内孔翻边

——

圆孔翻边、异形孔翻边

外缘翻边

——

凸曲线翻边、凹曲线翻边*局部成形

——

在板料或零件表面上制成各种形状的凸起或凹陷，以提高零件的刚性，也可称之为起伏、压梗、压筋*胀形

——

将空心件或管状毛坯向外扩张*扩口

——

将空心件口部直径扩大21——

成形*缩口

——

将空心件口部直径缩小*旋压

——

毛料随旋压机主轴旋转，赶棒加压于毛坯，使毛坯逐渐紧贴模具以获得所需形状和尺寸的制件，有时也称为赶形*强力旋压

——

在旋转状态下，用辊轮使毛坯逐步成形的方法，有时也称为旋薄*校平与整形

——

为了提高成形零件的平整度、尺寸精度或获得小的圆角半径而采用的成形方法222324252627283、复合工序

把两个或两个以上的基本工序合并成一个工序，可以提高冲压生产的效率，降低工件的成本，便于实现自动化生产。如：

——

冲孔–

落料

——

落料–

拉深–

切边

——

落料–

冲孔–

弯曲

……29冲压模具材料

冲压模具的材料有钢材、硬质合金、钢结硬质合金、锌基合金、低熔点合金、铝青铜、高分子材料等等。目前制造冲压模具的材料绝大部分以钢材为主，常用的模具工作部件材料的种类有：碳素工具钢、低合金工具钢、高碳高铬或中铬工具钢、中碳合金钢、高速钢、基体钢以及硬质合金、钢结硬质合金等等。30冲压产品的材料：冲压所用材料不仅要满足制件设计的技术要求，还要满足冲压工艺的要求。冲压生产最常用的材料是金属板料，有时候也会非金属板料。31冲压设备冲压设备是对置于模具内的材料实施压力加工的机械装备常用的冲压设备曲柄压力机、液压机、伺服压力机和高速压力机等。32四、冲压技术的发展方向（1）冲压工艺方面为了提高生产率和产品质量，降低成本和扩大冲压工艺的应用范围，研究和推广各种冲压新工艺是冲压技术发展的重要趋势。国内外涌现并迅速用于生产的冲压先进工艺有：精密冲压、柔性模（软模）成形、超塑性成形、无模多点成形、爆炸和电磁等高能成形、高效精密冲压技术以及冷挤压技术等。33

（2）冲模设计与制造方面在冲模设计与制造上，有两种趋向应给予足够的重视。

①模具结构与精度正朝着两个方向发展一方面为了适用高速、自动、精密、安全等大批量自动化生产的需要，冲模正向高效、精密、长寿命、多工位、多功能方向发展。另一方面，为适用市场上产品更新换代迅速的要求、各种快速成形方法和简易经济冲模的设计与制造也得到迅速发展。34②模具设计与制造的现代化计算机技术、信息技术等先进技术在模具技术中得到广泛的应用，使得模具设计与制造水平发生了深刻的革命性的变化。此外，在模具材料及热处理、模具表面处理等方面，模具的标准化和专业化生产等发展。35

（3）冲压设备及冲压自动化方面；（4）适应产品更新换代快和生产批量小的特点；（5）冲压基本原理和改进板料性能，以提高其成形能力和使用效果的研究36

第一章绪论第二章冲裁工艺与模具设计第三章弯曲工艺与模具设计第四章拉深工艺与模具设计第五章其他成形工艺与模具设计第六章

多工位级进模第七章汽车覆盖件成形课程内容目录37五、课程的特点及其学习的方法

本门课程与前面所学课程的关联：1.塑性力学的基本原理；2.材料力学的基本原理；3.金属材料学与热处理；4.机械制造技术基础；5.数字化设计与制造知识38

总而言之，《金属冲压成形工艺与模具设计》是一门实践性很强的课程，经验多于科学，系统性较差，要抓住三基本：

——

基本概念、基本方法、基本技能关键是要学会分析问题和解决问题的思路和方法。39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401．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411．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42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43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。

44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。45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。46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。47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。48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：49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。50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51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。52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。53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54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。55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。

56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。57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

58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18-凸凹模19-卸料板22-挡料销

59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60冲裁变形过程6162间隙对剪切裂纹与断面质量的影响ａ）间隙过小ｂ）间隙合理ｃ）间隙过大63凸、凹模刃口磨钝时毛刺的形成情况a)凹模磨钝

b)凸模磨钝

c)凸、凹模均磨钝第二章冲裁工艺与模具设计复习上次课内容1.冲裁的概念？2.冲裁变形过程分为哪三个阶段？裂纹在哪个阶段产生？首先在什么位置产生？3.冲裁件质量包括哪些方面？冲裁件的断面分成哪四个特征区？影响冲裁件断面质量的因素有哪些？4.影响冲裁件尺寸精度、形状误差的因素有哪些？5.冲裁变形过程6.冲裁件质量7.冲裁件断面质量

64第三节冲裁模间隙第二章冲裁工艺与模具设计一、间隙的重要性冲裁间隙Z：模具间隙指凸凹模刃口间缝隙的距离，用符号c表示，俗称单面间隙。双面间隙用z表示。间隙对冲裁件质量、冲裁力、模具寿命的影响很大，是冲裁工艺与模具设计中的一个极其重要的问题。65第三节冲裁模间隙第二章冲裁工艺与模具设计一、间隙的重要性1.间隙对冲裁件质量的影响（1）间隙对冲裁件质量的影响冲裁件质量是指切断面质量、尺寸精度及形状误差。切断面应平直、光洁，即无裂纹、撕裂、夹层、毛刺等缺陷。影响冲裁件质量的因素有：①凸凹模间隙大小及分布的均匀性，②模具刃口状态，③模具结构与制造精度，④材料性质等。其中间隙大小与均匀程度是主要因素。66

间隙合理：由凸凹模刃口沿最大剪应力方向产生的裂纹将互相重合。此时冲出的制件（或孔）断面虽有一定斜度，但比较平直、光洁，毛刺很小，且所需冲裁力小。间隙过小：由凹模刃口处产生的裂纹进入凸模下面的压应力区后停止发展。当凸模继续下压时，在上下裂纹中间将产生二次剪切，制件断面的中部留下撕裂面，而两头为光亮带，在端面出现挤长的毛刺。间隙过大：材料的弯曲与拉伸增大，拉应力增大，材料易被撕裂，且裂纹在离开刃口稍远的侧面上产生，致使制件光亮带减小，塌角（圆角）与断裂斜度都增大，毛刺大而厚，难以去除。67第三节冲裁模间隙第二章冲裁工艺与模具设计2.间隙对冲裁力的影响随间隙的增大冲裁力有一定程度的降低，但影响不是很大。间隙对卸料力、推件力的影响比较显著。随间隙增大，卸料力和推件力都将减小。3.间隙对尺寸精度的影响间隙较大时，材料所数拉伸作用增大，冲裁完后因材料的弹性恢复使落料尺寸小于凹模尺寸，冲孔直径大于凸模直径。间隙较小时，由于材料受凸凹模挤压力大，故冲裁完后，材料的弹性恢复使落料尺寸增大，冲孔孔径变小。68第二章冲裁工艺与模具设计第三节冲裁模间隙第三节冲裁模间隙一、间隙的重要性3.间隙对模具寿命的影响模具寿命分为刃磨寿命和模具总寿命。模具失效的原因一般有：磨损、变形、崩刃、折断和涨裂。

小间隙将使磨损增加，甚至使模具与材料之间产生粘结现象，并引起崩刃、凹模胀裂、小凸模折断、凸凹模相互啃刃等异常损坏。

模具寿命系以冲出合格制品的冲裁次数来衡量，分两次刃磨间的寿命与全部磨损后的总寿命。69第二章冲裁工艺与模具设计

刃口磨损造成毛刺，并使制件精度、断面光洁度降低，冲裁能量增大。冲裁过程中作用于凸、凹模上的力为被冲材料的反作用力，由于材料的弯曲，模具表面与材料的接触面仅局限在刃口附近的狭小区域，故使刃口受着极大的垂直压力与侧压力的作用，这种高压将引起刃口的磨损，甚至崩刃。这是由于高压使刃口与被冲材料接触面之间产生局部附着现象，当接触面相对滑动时，附着部分就产生剪切而引起磨损。这种磨损叫附着磨损，是冲模磨损的主要形式。根据Holm法则，附着磨损时单位接触面上的磨损量S=K（pl/3δs）为了提高模具寿命，一般采用较大间隙。若采用较小间隙，就必须提高模具硬度与模具制造光洁度、精度，改善润滑条件，以减小磨损。70第三节冲裁模间隙第二章冲裁工艺与模具设计第三节冲裁模间隙

考虑到模具制造中的偏差及使用中的磨损，生产中通常选择一个适当的范围作为合理间隙，只要在这个合理间隙范围内，就可以冲出良好的零件。这个范围最小值称为最小合理间隙（cmin），最大值称为（cmax）考虑到模具在使用过程中的磨损使间隙增大，故设计与制造新模具时，采用最小合理间隙。二、冲裁模间隙值的确定1.理论法确定法主要依据是保证裂纹重合，以便获得良好的断面71第二章冲裁工艺与模具设计经验确定法也是根据材料和厚度确定的。即：Zmin=Kt.式中，Zmin为最小双边间隙值；K为与材料相关的系数；t为材料厚度（mm）。我国过去采用的间隙值是以尺寸精度为主要依据的，经使用表明一般偏小。根据近年来的研究与使用经验，间隙值按使用要求非类选用。对于尺寸精度、断面垂直度要求高的选用较小间隙，反之亦然。采用大间隙要注意：1）为了保证制件的平整，一定要有压料与顶件装置；2）为了防止凸模将废料带出凹模表面，应在凸模上开气孔或装弹性顶针。722.经验确定法二、冲裁模间隙值的确定第三节冲裁模间隙第二章冲裁工艺与模具设计73第二章冲裁工艺与模具设计第三节冲裁模间隙二、冲裁模间隙值的确定（3）查表法确定法综上所述，间隙的选取主要与材料的种类、厚度有关，由于各种冲压件对其断面质量和尺寸精度的要求不同，及生产条件的差异，在实际生产中很难有一种统一的间隙数值．而应区别情况、分别对待，在保证冲裁件断面质量和尺寸精度的前提下，使模具寿命最高，通常采用较大间隙。第四节凸模与凹模刃口尺寸的确定生产实践发现的规律：1．冲裁件断面都带有锥度。光亮带是测量和使用部位，落料件的光亮带处于大端尺寸，冲孔件的光亮带处于小端尺寸；且落料件的大端（光面）尺寸等于凹模尺寸，冲孔件的小端（光面）尺寸等于凸模尺寸。第二章冲裁工艺与模具设计重要性：2．在测量与使用中，落料件是以大端尺寸为基准，冲孔孔径是以小端尺寸为基准。一、凸、凹模刃口尺寸计算原则凸模和凹模的刃口尺寸和公差，直接影响冲裁件的尺寸精度。模具的合理间隙值也靠凸、凹模刃口尺寸及其公差来保证。74一、凸、凹模刃口尺寸计算原则3）冲裁时，凸、凹模要与冲裁零件或废料发生摩擦，凸模愈磨愈小，凹模愈磨愈大，结果使用间隙愈用愈大。由此，在决定模具刃口尺寸及其制造公差时，需考虑下述原则：75第二章冲裁工艺与模具设计第四节凸模与凹模刃口尺寸的确定第四节凸模与凹模刃口尺寸的确定１．设计落料模先确定凹模刃口尺寸。以凹模为基准，间隙取在凸模上，即冲裁间隙通过减小凸模刃口尺寸来取得。设计冲孔模先确定凸模刃口尺寸。以凸模为基准，间隙取在凹模上，冲裁间隙通过增大凹模刃口尺寸来取得。２．根据冲模在使用过程中的磨损规律，设计落料模时，凹模基本尺寸应取接近或等于工件的最小极限尺寸；设计冲孔模时，凸模基本尺寸则取接近或等于工件孔的最大极限尺寸。3.确定冲模刃口制造公差时，应考虑制件的精度要求。模具磨损预留量与工件制造精度有关。第二章冲裁工艺与模具设计计算原则：

一、凸、凹模刃口尺寸计算原则（续）76第二章冲裁工艺与模具设计4．冲裁（设计）间隙一般选用最小合理间隙值（Zmin）。5．选择模具刃口制造公差时，要考虑工件精度与模具精度的关系，即要保证工件的精度要求，又要保证有合理的间隙值。

6．工件尺寸公差与冲模刃口尺寸的制造偏差原则上标注为单向公差。但对于磨损后无变化的尺寸，一般标注双向偏差。

第四节凸模与凹模刃口尺寸的确定计算原则（续）：

一、凸、凹模刃口尺寸计算原则（续）77第四节凸模与凹模刃口尺寸的确定加工方法：1.分开加工第二章冲裁工艺与模具设计二、凸、凹模刃口尺寸的计算方法

具有互换性、制造周期短，但Zmin不易保证，需提高加工精度，增加制造难度。

2.配合加工

Zmin易保证，无互换性、制造周期长。

78第四节凸模与凹模刃口尺寸的确定1．按凸模与凹模图样分别加工法（1）落料第二章冲裁工艺与模具设计二、凸、凹模刃口尺寸的计算方法（续）（2）冲孔（3）孔心距=L±

79第四节凸模与凹模刃口尺寸的确定1．按凸模与凹模图样分别加工法（续）

为了保证可能的初始间隙不超过Zmax，即第二章冲裁工艺与模具设计二、凸、凹模刃口尺寸的计算方法（续）≤

凸、凹模的制造公差，可按ＩＴ６～ＩＴ７级来选取，也可查表选取，但需校核。或取

≤≤+Zmin≤Zmax，选取必须满足以下条件：80第四节凸模与凹模刃口尺寸的确定2．凸模与凹模配作法

配作法就是先按设计尺寸制出一个基准件（凸模或凹模），然后根据基准件的实际尺寸再按最小合理间隙配制另一件。

第二章冲裁工艺与模具设计二、凸、凹模刃口尺寸的计算方法（续）≤特点：的条件，并且还可放大基准件的制造公差，使制造容易。模具的间隙由配制保证，工艺比较简单，不必校核81第四节凸模与凹模刃口尺寸的确定2．凸模与凹模配作法（续）（1）根据磨损后轮廓变化情况，正确判断出模具刃口尺寸类型：磨损后变大，变小还是不变。（2）根据尺寸类型，采用不同计算公式。磨损后变大的尺寸，采用分开加工时的落料凹模尺寸计算公式。磨损后变小的尺寸，采用分开加工时的冲孔凸模尺寸计算公式。磨损后不变的尺寸，采用分开加工时的孔心距尺寸计算公式。第二章冲裁工艺与模具设计二、凸、凹模刃口尺寸的计算方法（续）（3）刃口制造偏差可按工件相应部位公差值的1/4来选取。对于刃口尺寸磨损后无变化的制造偏差值可取工件相应部位公差值的1/8并冠以（±）。82第四节凸模与凹模刃口尺寸的确定

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。第二章冲裁工艺与模具设计三、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(材料、厚度)由落料获得，，则83第四节凸模与凹模刃口尺寸的确定由公差表查得（形状、厚度和工件公差）：第二章冲裁工艺与模具设计为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≤0.06-0.040.02=0.02（满足间隙公差条件）为IT14级，取x=0.5；84第四节凸模与凹模刃口尺寸的确定孔距尺寸：第二章冲裁工艺与模具设计三、例1（续）=L±1/8Δ=18±0.125×0.09=(18±0.011)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：≤=0.4×0.02=0.008mm=0.6×0.02=0.012mm落料：≤85第四节凸模与凹模刃口尺寸的确定故：第二章冲裁工艺与模具设计三、例1（续）86第四节凸模与凹模刃口尺寸的确定如图2.4.3所示的落料件，其中第二章冲裁工艺与模具设计三、例2d=22±0.14mm板料厚度t=1mm，材料为10号钢。试计算冲裁件的凸模、凹模刃口尺寸及制造公差。由表查得：解：该冲裁件属落料件，选凹模为设计基准件，只需要计算落料凹模刃口尺寸及制造公差，凸模刃口尺寸由凹模实际尺寸按间隙要求配作。

87第四节凸模与凹模刃口尺寸的确定第二章冲裁工艺与模具设计三、例2（续）落料凹模的基本尺寸计算如下：第一类尺寸：磨损后增大的尺寸

由公差表查得：尺寸80mm，选x=0.5；尺寸15mm，选x=1；其余尺寸均选x=0.75。88第四节凸模与凹模刃口尺寸的确定第二章冲裁工艺与模具设计三、例2（续）第三类尺寸：磨损后基本不变的尺寸

第二类尺寸：磨损后减小的尺寸

落料凸模的基本尺寸与凹模相同，分别是79.79mm，39.75mm，34.75mm，22.21mm，15mm，不必标注公差，但要在技术条件中注明：凸模实际刃口尺寸与落料凹模配制，保证最小双面合理间隙值落料凹模、凸模的尺寸如图2.4.4。

89第四节凸模与凹模刃口尺寸的确定作业布置：第二章冲裁工艺与模具设计90落料凸、凹模尺寸a)落料凹模尺寸b)落料凸模尺寸第二章冲裁工艺与冲裁模设计91复习上次课内容1.凸、凹模刃口尺寸计算原则第二章冲裁工艺与冲裁模设计2.凸、凹模刃口尺寸的计算方法3.凸、凹模分别加工时，其刃口尺寸计算应注意什么？4.凸、凹模配合加工时，其刃口尺寸计算应注意什么？92第五节冲裁排样设计排样:第二章冲裁工艺与模具设计合理的排样：冲裁件在条料、带料或板料上的布置方法。排样方案是模具结构设计的依据之一。提高材料利用率、降低成本，保证冲件质量及模具寿命的有效措施。93

冲压生产是大批量的生产，其材料利用率在很大程度上决定了冲裁件成本的高低。据统计，材料利用率每提高1%，其成本就会降低0.1~0.5%。可见合理的排样是降低冲裁件成本的有效措施，尤其在大批量生产的冲压件，更是如此。第五节冲裁排样设计第二章冲裁工艺与模具设计一、材料的合理利用一个步距内的材料利用率材料利用率：1．材料利用率冲裁件的实际面积与所用板料面积的百分比，它是衡量合理利用材料的经济性指标。94第二章冲裁工艺与模具设计一、材料的合理利用（续）一张板料(或带料、条料)上总的材料利用率1．材料利用率（续）第五节冲裁排样设计95第二章冲裁工艺与模具设计一、材料的合理利用（续）1．材料利用率（续）第五节冲裁排样设计板料的裁剪方法：96第五节冲裁排样设计冲裁所产生的废料：一类是结构废料；另一类是工艺废料。

第二章冲裁工艺与模具设计2．提高材料利用率的方法一、材料的合理利用（续）97减少工艺废料的有力措施是：第二章冲裁工艺与模具设计2．提高材料利用率的方法(续）一、材料的合理利用（续）设计合理的排样方案；选择合适的板料规格和合理的裁板法（减少料头、料尾和边余料）；利用废料作小零件（如表2.5.1中的混合排样）等。利用结构废料的措施有：

当材料和厚度相同时，在尺寸允许的情况下，较小尺寸的冲件可在较大尺寸冲件的废料中冲制出来。在使用条件许可下，也可以改变零件的结构形状，提高材料利用率，如图2.5.2所示。98第五节冲裁排样设计根据材料的合理利用情况，条料排样方法可分为三种：第二章冲裁工艺与模具设计二、排样方法1.有废料排样（a）2.少废料排样（b）3.无废料排样（c、d）99第五节冲裁排样设计搭边：排样时冲裁件之间以及冲裁件与条料侧边之间留下的工艺废料。搭边的作用：

一是补偿定位误差和剪板误差，确保冲出合格零件；二是增加条料刚度，方便条料送进，提高劳动生产率；搭边还可以避免冲裁时条料边缘的毛刺被拉人模具间隙，从而提高模具寿命。第二章冲裁工艺与模具设计三、搭边100第五节冲裁排样设计1．影响搭边值的因素第二章冲裁工艺与模具设计三、搭边（1）材料的力学性能

硬材料的搭边值可小一些；软材料、脆材料的搭边值要大一些。（2）材料厚度

材料越厚，搭边值也越大。

（3）冲裁件的形状与尺寸

零件外形越复杂，圆角半径越小，搭边值取大些。（4）送料及挡料方式

用手工送料，有侧压装置的搭边值可以小一些；用侧刃定距比用挡料销定距的搭边小一些。（5）卸料方式弹性卸料比刚性卸料的搭边小一些。（6）排样的形式对排的搭边值大于直排的搭边。

1011．有侧压装置时条料的宽度与导料板间距离第二章冲裁工艺与模具设计四、条料宽度与导料板间距离的计算条料宽度：导料板间距离：1022．无侧压装置时条料的宽度与导料板间距离第二章冲裁工艺与模具设计四、条料宽度与导料板间距离的计算条料宽度：导料板间距离：1033．用侧刃定距时条料的宽度与导料板间距离第二章冲裁工艺与模具设计四、条料宽度与导料板间距离的计算条料宽度：导料板间距离：104第五节冲裁排样设计

一张完整的排样图应标注条料宽度尺寸第二章冲裁工艺与模具设计五、排样图

、条料长度L、板料厚度t、端距l、步距S、工件间搭边和侧搭边a。并习惯以剖面线表示冲压位置。

105第二章冲裁工艺与模具设计零件形状不同材料利用情况的对比106第二章冲裁工艺与模具设计107复习上次课内容1.提高材料利用率的方法第二章冲裁工艺与模具设计2.条料排样方法的分类3.什么是搭边？其作用有哪些？影响搭边值的因素有哪些？4.一张完整的排样图应表达哪些信息？108第六节冲裁力和压力中心的计算冲裁力：冲裁过程中凸模对板料施加的压力。第二章冲裁工艺与模具设计一、冲裁力的计算用普通平刃口模具冲裁时，冲裁力F一般按下式计算：注：F——冲裁力；

L——冲裁周边长度；

t——材料厚度；——材料抗剪强度；K——系数。一般取K＝1.3109第六节冲裁力和压力中心的计算卸料力：第二章冲裁工艺与模具设计二、卸料力、推件力及顶件力的计算推件力：顶件力：

从凸模上卸下箍着的料所需要的力。

将梗塞在凹模内的料顺冲裁方向推出所需要的力。

逆冲裁方向将料从凹模内顶出所需要的力。

110第六节冲裁力和压力中心的计算卸料力第二章冲裁工艺与模具设计二、卸料力、推件力及顶件力的计算推件力顶件力

——卸料力、推件力、顶件力系数；

n——同时卡在凹模内的冲裁件(或废料)数。式中

h——凹模洞口的直刃壁高度；

t——板料厚度。

式中111第六节冲裁力和压力中心的计算压力机的公称压力必须大于或等于各种冲压工艺力的总和Fz第二章冲裁工艺与模具设计三、压力机公称压力的确定采用弹性卸料装置和下出料方式的冲裁模时：采用弹性卸料装置和上出料方式的冲裁模时：采用刚性卸料装置和下出料方式的冲裁模时：112第六节冲裁力和压力中心的计算1．阶梯凸模冲裁第二章冲裁工艺与模具设计四、降低冲裁力的方法2．斜刃冲裁

3．加热冲裁（红冲）113第六节冲裁力和压力中心的计算模具的压力中心：第二章冲裁工艺与模具设计五、冲模压力中心的确定

为了保证压力机和模具的正常工作，应使模具的压力中心与压力机滑块的中心线相重合。冲压力合力的作用点。

114第六节冲裁力和压力中心的计算第二章冲裁工艺与模具设计五、冲模压力中心的确定（续）1．简单几何图形压力中心的位置1）对称冲件的压力中心，位于冲件轮廓图形的几何中心上。2）冲裁直线段时，其压力中心位于直线段的中心。3）冲裁圆弧线段时，其压力中心的位置，按下式计算：115第六节冲裁力和压力中心的计算第二章冲裁工艺与模具设计五、冲模压力中心的确定（续）2．确定多凸模模具的压力中心

确定多凸模模具的压力中心，是将各凸模的压力中心确定后，再计算模具的压力中心。116第六节冲裁力和压力中心的计算第二章冲裁工艺与模具设计五、冲模压力中心的确定（续）

复杂形状零件模具压力中心的计算原理与多凸模冲裁压力中心的计算原理相同。3．复杂形状零件模具压力中心的确定

除上述的解析法外，还可以用作图法和悬挂法。117第七节冲裁的工艺设计冲裁工艺设计包括:冲裁件的工艺性和冲裁工艺方案确定。第二章冲裁工艺与模具设计一、冲裁件的工艺性分析

冲裁件的工艺性是指冲裁件对冲裁工艺的适应性。冲裁工艺性好是指能用普通冲裁方法，在模具寿命和生产率较高、成本较低的条件下得到质量合格的冲裁件。118第七节冲裁的工艺设计第二章冲裁工艺与模具设计一、冲裁件的工艺性分析1．冲裁件的结构工艺性

（1）

冲裁件的形状（2）

冲裁件内形及外形的转角119第二章冲裁工艺与模具设计一、冲裁件的工艺性分析（3）

冲裁件上凸出的悬臂和凹槽（4）

冲裁件的孔边距与孔间距（5）在弯曲件或拉深件上冲孔时1．冲裁件的结构工艺性（续）120第二章冲裁工艺与模具设计一、冲裁件的工艺性分析1．冲裁件的结构工艺性（续）（6）冲孔时，因受凸模强度的限制，孔的尺寸不应太小，否则凸模易折断或压弯。冲孔的最小尺寸取决于冲压材料的力学性能、凸模强度和模具结构。各种形状孔的最小尺寸可参考表2-14。如果采用带保护套的凸模，稳定性高，凸模不易折损，最小冲孔尺寸可以减少，参考表2-15。

第七节冲裁的工艺设计121第二章冲裁工艺与模具设计一、冲裁件的工艺性分析2．冲裁件的尺寸精度和表面粗糙度冲裁件的精度一般可分为精密级与经济级两类。（1）冲裁件的经济公差等级不高于IT11级，一般要求落料件公差等级最好低于IT10级，冲孔件最好低于IT9级。（2）冲裁件的断面粗糙度与材料塑性、材料厚度、冲裁模间隙、刃口锐钝以及冲模结构等有关。当冲裁厚度为2mm以下的金属板料时，其断面粗糙度Ra一般可达12.5～3.2μm。第七节冲裁的工艺设计122第二章冲裁工艺与模具设计一、冲裁件的工艺性分析3．冲裁件的尺寸基准

冲裁件尺寸的基准应尽可能与其冲压时定位基准重合，并选择在冲裁过程中基本上下不变动的面或线上。以避免产生基准不重合误差。第七节冲裁的工艺设计123第七节冲裁的工艺设计1．冲裁工序的组合第二章冲裁工艺与模具设计二、冲裁工艺方案的确定（1）根据生产批量来确定（2）根据冲裁件尺寸和精度等级来确定（3）根据对冲裁件尺寸形状的适应性来确定（4）根据模具制造安装调整的难易和成本的高低来确定（5）根据操作是否方便与安全来确定124第七节冲裁的工艺设计2、冲裁顺序的安排第二章冲裁工艺与模具设计二、冲裁工艺方案的确定（1）级进冲裁顺序的安排1）先冲孔或冲缺口，最后落料或切断，将冲裁件与条料分离。2）采用定距侧刃时，定距侧刃切边工序安排与首次冲孔同时进行，以便控制送料进距。（2）多工序冲裁件用单工序冲裁时的顺序安排1）先落料使坯料与条料分离，再冲孔或冲缺口。2）冲裁大小不同、相距较近的孔时，为减少孔的变形，应先冲大孔后冲小孔。125第二章冲裁工艺与模具设计

图示连接板冲裁零件，材料为10钢，厚度为2mm，该零件年产量20万件，冲压设备初选为250kN开式压力机，要求制定冲压工艺方案。第七节冲裁的工艺设计例2.7.1126第九节冲裁模的典型结构单工序冲裁模：在压力机一次行程内只完成一个冲压工序的冲裁模。

2.冲孔模（1）导柱式冲孔模（2）导板式侧面冲孔模（3）斜楔式水平冲孔模第二章冲裁工艺与模具设计一、单工序冲裁模（4）小孔冲模全长导向结构的小孔冲模超短凸模的小孔冲模1.落料模（1）无导向单工序落料模（2）导板式单工序落料模（3）导柱式单工序落料模127第九节冲裁模的典型结构1．用导正销定位的级进模

2．侧刃定距的级进模

双侧刃定距的冲孔落料级进模

侧刃定距的弹压导板级进模

第二章冲裁工艺与模具设计二、级进模级进模比单工序模生产率高，减少了模具和设备的数量，工件精度较高，便于操作和实现生产自动化。优点：缺点：级进模轮廓尺寸较大，制造较复杂，成本较高。适用：大批量生产小型冲压件。

级进模是一种工位多、效率高的冲模。整个冲件的成形是在连续过程中逐步完成的。

128第九节冲裁模的典型结构3．排样（1）零件精度对排样的要求第二章冲裁工艺与模具设计二、级进模（续）（2）模具结构对排样的要求零件精度要求高的——精确的定位、尽量减少工位数；孔距公差较小——在同一工步中冲出。

零件较大或零件虽小但工位较多——采用连续一复合排样法（a）。129第九节冲裁模的典型结构3．排样（续）第二章冲裁工艺与模具设计二、级进模（续）（3）模具强度对排样的要求孔间距小——其孔要分步冲（b）；工位间凹模壁厚小——增设空步（c）；

外形复杂——分步冲出（d）；侧刃的位置——避免导致凸、凹模局部工作而损坏刃口（b）130第九节冲裁模的典型结构3．排样（续）第二章冲裁工艺与模具设计二、级进模（续）（4）零件成形规律对排样的要求

位于成形件变形部位上的孔——安排在成形工步之后冲出，落料或切断工步——安排在最后工位上。

全部为冲裁工步的级进模——先冲孔后落料或切断。

套料级进冲裁——按由里向外的顺序进行冲裁（e）。

131第九节冲裁模的典型结构

复合模是在压力机的一次工作行程中，在模具同一部位同时完成数道分离工序的模具。优点：第二章冲裁工艺与模具设计三、复合模设计难点：结构上的主要特征：缺点：适用：如何在同一工作位置上合理地布置好几对凸、凹模有一个既是落料凸模又是冲孔凹模的凸凹模生产率高，冲裁件的内孔与外缘的相对位置精度高，板料的定位精度要求比级进模低，冲模的轮廓尺寸较小。结构复杂，制造精度要求高，成本高生产批量大、精度要求高的冲裁件132第九节冲裁模的典型结构1．正装式复合模（又称顺装式复合模）第二章冲裁工艺与模具设计三、复合模（续）2．倒装式复合模结构特点：优点：三套除料、除件装置缺点：适用：可以冲制孔边距离较小的冲裁件。结构特点：优点：两套除料、除件装置缺点：冲出的冲件平直度较高结构复杂，冲件容易被嵌入边料中影响操作。冲制材质较软或板料较薄的平直度要求较高的冲裁件，结构简单不宜冲制孔边距离较小的冲裁件133无导向单工序落料模第二章冲裁工艺与模具设计1-上模座2-凸模3-卸料板4-导料板5-凹模6-下模座7-定位板134导板式单工序落料模第二章冲裁工艺与模具设计1-模柄

2-止动销

3-上模座

4、8-内六角螺钉

5-凸模

6-垫板

7-凸模固定板9-导板

10-导料板

11-承料板

12-螺钉

13-凹模

14-圆柱销

15-下模座16-固定挡料销17-止动销18-限位销19-弹簧20-始用挡料销135导柱式单工序落料模第二章冲裁工艺与模具设计1-螺帽2-导料螺钉

3-挡料销

4-弹簧

5-凸模固定板

6-销钉

7-模柄

8-垫板9-止动销

10-卸料螺钉

11-上模座

12-凸模

13-导套

14-导柱

15-卸料板16-凹模17-内六角螺钉18-下模座136第二章冲裁工艺与冲裁模设计导柱式冲孔模1-上模座2、18-圆柱销3-导柱4-凹模5-定位圈6、7、8、15-凸模9-导套10-弹簧11-下模座12-卸料螺钉13-凸模固定板14-垫板16-模柄17-止动销19、20-内六角螺钉

21-卸料板

137第二章冲裁工艺与模具设计导板式侧面冲孔模

1-摇臂2-定位销3-上模座4-螺钉5-凸模6-凹模7-凹模体8-支架9-底座10-螺钉11-导板12-销钉13-压缩弹簧138斜楔式水平冲孔模第二章冲裁工艺与模具设计1-斜楔2-座板3-弹簧板4-滑块5-凸模6-凹模139全长导向结构的小孔冲模第二章冲裁工艺与模具设计1-下模座2、5-导套3-凹模4—导柱6-弹压卸料板7-凸模8—托板9-凸模护套10-扇形块11-扇形块固定板12-凸模固定板13-垫板14-弹簧15-阶梯螺钉16-上模座

17-模柄

140第二章冲裁工艺与模具设计141超短凸模的小孔冲模第二章冲裁工艺与模具设计1、9-定位板

2、3、4-小凸模

5-冲击块

7-小压板

8-大压板

10-侧压块

142第二章冲裁工艺与模具设计143第二章冲裁工艺与模具设计用导正销定距的冲孔落料级进模1-模柄

2-螺钉

3-冲孔凸模

4-落料凸模

5-导正销

6-固定导料销

7-始用导料销

144第二章冲裁工艺与模具设计双侧刃定距的冲孔落料级进模1-内六角螺钉2-销钉3-模柄4-卸料螺钉5-垫板6-上模座7-凸模固定板8、9、10-凸模11-导料板12-承料板13-卸料板14-凹模15-下模座16-侧刃17-侧刃挡块145第二章冲裁工艺与模具设计侧刃定距的弹压导板级进模1、10-导柱2-弹压导板3、11-导套4-导板镶块5-卸料螺钉6-凸模固定板7-凸模

8-上模座

9-限位柱

12-导料板

13-凹模

14-下模座

15-侧刃挡块

146第二章冲裁工艺与模具设计级进模的排样图147第二章冲裁工艺与模具设计正装式复合模1-打杆2-模柄3-推板4-推杆5-卸料螺钉6-凸凹模7-卸料板8-落料凹模9-顶件块

10-带肩顶杆

11-冲孔凸模

12-挡料销

13-导料销

148第二章冲裁工艺与模具设计倒装式复合模1-下模座2-导柱3、20-弹簧4-卸料板5-活动挡料销6-导套7-上模座8-凸模固定板

9-推件块

10-连接推杆

11-推板12-打杆

13-模柄

14、16-冲孔凸模

15-垫板

17-落料凹模

18-凸凹模

19-固定板

21-卸料螺钉

22-导料销

149复习上次课内容1.单工序冲裁模、级进模、复合模第二章冲裁工艺与模具设计2.正装复合模与倒装复合模的区别的特点比较150第十节精密冲裁工艺及模具设计第二章冲裁工艺与模具设计151

普通冲裁的材料都是从模具侧刃口处产生裂纹而剪切分离，制件尺寸精度低，在IT11级以下，切断面表面粗糙度Ra值在12.5~6.3μm之间，断面不平直，且有一定斜度，往往不能满足零件较高的技术要求，有时还需再进行多道后续的机械加工。因此，对于一些光洁度和尺寸精度要求较高的零件或要求剪切断面与工件垂直的零件，一般冲裁方法达不到要求，需要采用精密冲裁工艺。

精密冲裁的实质是使材料呈纯剪切的形式进行冲裁，它是在普通冲裁的基础上，通过改进模具设计和结构，比如采用比普通冲裁更小的模具刃口间隙，迫使变形区材料在冲裁力、反顶力、齿形强力压板三者共同作用下形成的三向压应力状态下，发生纯剪切变形，延长冲裁过程中塑性变形阶段达到分离材料，推迟裂纹的产生，以便提高光亮带高度，改善切断面质量，获得断面光洁，质量优良的精冲件。第二章冲裁工艺与模具设计一、精密冲裁的工艺特点

精密冲裁是一种在强力压边下间隙很小的精冲工艺。其原理是如图所示:先使卸料板上的V形齿圈压人凹模刃口附近的金属板材上，然后在反压力加压（即F顶）的情况下，冲裁力作用于板材上，使刃口内的材料在三向压应力状态下挤人凹模型腔内，从而形成高精度的冲压零件。在冲裁过程中，必须使刃口附近的材料始终处于三向压应力状态，阻止拉应力出现，从而防止冲裁剪切面出现裂纹或裂纹扩展而导致剪切面的拉断。由于精冲模具凸、凹模之间的单边间隙只有被冲板材厚度的0.5%左右，再加上凸、凹模之间的相对运动是在精度很高的滚珠导柱系统和(或)闭锁销系统的精密导向下完成的，所以精冲件的剪切面垂直度好，十分光洁。152第十节精密冲裁工艺及模具设计精冲模的工作原理1-凸模2-齿圈压板3-板料4-凹模5-顶出器第二章冲裁工艺与模具设计

精冲技术与普通冲裁工艺相比，具有如下特点:

(1)尺寸精度和表面粗糙度高。优质精冲零件剪切面的尺寸精度可达IT6一IT8级，表面粗糙度可达Ra0.8一0.4μm。(2)生产效率高。对于许多形状复杂的零件，如齿轮、棘轮、链轮、凸轮等扁平类零件，仅用一次精冲工序即可完成，时间紧需几秒钟，从而减少了大量的铣、刨、磨、镗等切削工序。因此，采用精冲工艺可提高工效10倍以上。(3)低耗。精冲工艺不仅避免了切削工序所造成的大量能耗和材料消耗，而且由于精冲后的表面具有很强的冷作硬化效果，因而有时可以取代后序淬火工序而进一步降低能耗和成本。(4)应用范围广。精冲工艺的应用覆盖面很广，它已广泛用于汽车、摩托车、纺织机械、农用机械、计算机、家用电器、仪器仪表和量刃具等领域。153第十节精密冲裁工艺及模具设计第二章冲裁工艺与模具设计1.光洁冲裁

光洁冲裁又称小间隙圆角凹模冲裁。与普通冲裁相比，其特点是采用了小圆角刃口和很小的冲模间隙。落料时，凹模刃口带小的圆角或椭圆角如下图所示，凸模为普通形式。冲孔时凸模刃口带圆角，而凹模为普通形式。凸、凹模双面间隙值小于0.01~0.02mm，这是因为当存在间隙时，即使刃口带有圆角，也会发生拉伸力而得到断裂带，所以希望间隙值尽可能地小，一般在0.02mm以下。154第十节精密冲裁工艺及模具设计二、精冲工艺三种凹模结构形式第二章冲裁工艺与模具设计

由于凹模刃口为圆角加之采用极小间隙，故提高了切割区的静水压应力，减少了拉应力，加之圆角刃口还可减小应力集中，因此，消除或延缓了裂纹的产生，通过塑性剪切使断面形成光亮的切断面。

小间隙圆角凹模冲裁适用于塑性较好的材料，如软铝、紫铜、低碳钢等，加工表面粗糙度达1.8~0.4，尺寸精度可达IT9~11。由于刃口带有圆角，切断时所需的力能有所增大，冲裁力比普通冲裁大50%。冲裁工件上若有直角或尖角，则角顶需做成圆角过渡，以防产生撕裂。

155第十节精密冲裁工艺及模具设计二、精冲工艺第二章冲裁工艺与模具设计

2.负间隙冲裁负间隙冲裁时如图所示，凸模尺寸大于凹模尺寸，冲裁过程中出现的裂纹方向与普通冲裁相反，形成一个倒锥形毛坯。凸模继续下压时将倒锥毛坯压入凹模内，相当于整修过程。所以，负间隙冲裁实际上是落料与整修的复合工序。由于凸模尺寸大于凹模，故冲裁完毕时，凸模不进入凹模内孔，而应与凹模表面保持0.1~0.2mm距离为宜。此时毛坯尚未全部压入凹模，要待下一个零件冲裁时，再将它全部压入。

156第十节精密冲裁工艺及模具设计二、精冲工艺负间隙冲裁第二章冲裁工艺与模具设计

2.负间隙冲裁

负间隙冲裁的凸、凹模间单边负间隙值的分布很重要，对于圆形工件其间隙是均匀分布的，可取（0.1~0.2）t（t——材料厚度）。对于形状复杂的工件，单边负间隙值的分布是不均匀的，如左图所示，在凸出的尖角处应比其余部分大一倍，在凹进的角落则应减少一半。

157第十节精密冲裁工艺及模具设计二、精冲工艺负间隙冲裁第二章冲裁工艺与模具设计

2.负间隙冲裁

负间隙冲裁只适用于软的有色金属及其合金、软钢等低强度高伸长率、流动性好的软材料，一般尺寸精度可达IT9~IT11，断面粗糙度Ra值可达0.8~0.4μm。模具结构简单，可在普通压力机上进行。但对于料厚小于1.5mm的大尺寸薄板精冲件，容易产生明显的拱弯。由于精冲过程中，凸模不能进入凹模，故工件常产生难以除去的纵向毛刺，且工件圆角带也较大。此工艺方法不能精冲外形复杂、带有弯曲、压扁、起伏等成形工序的精冲零件。

158第十节精密冲裁工艺及模具设计二、精冲工艺第二章冲裁工艺与模具设计

3.上、下冲裁上、下冲裁又叫往复冲裁，是用两个凸模从上、下两次冲裁工作，使冲裁断面的上、下两个拐角处形成塌角，以防止毛刺的发生如图所示。因此上、下冲裁的切削面光洁，尺寸精度高、塌角小，垂直度好。

159第十节精密冲裁工艺及模具设计二、精冲工艺上、下冲裁示意图1-上凸模2-上凹模3-坯料4-下凹模5-下凸模第二章冲裁工艺与模具设计

４．对向凹模冲裁冲裁时，随着两个凹模之间的距离缩小，一部分材料被挤入到平凹模内，同时也有一部分材料被挤入到带凸台凹模内。因此在冲完的工件两面都有塌角，而完全没有毛刺。

对向凹模冲裁过程属于整修过程，冲裁力比较小，模具寿命比较高，对高强度的材料、厚度或脆性材料也可以进行冲裁。但需使用专用的三动压力机。160第十节精密冲裁工艺及模具设计二、精冲工艺对向凹模冲裁工艺过程示意图1-凸模2-带凸台凹模3-顶杆4-平凹模第二章冲裁工艺与模具设计

5.齿圈压板冲裁（俗称精冲法）齿圈压板冲裁的工艺特点：与普通冲裁模相比，模具结构上多一个齿圈压板与顶出器，而且凸凹模间隙极小（只有普通冲裁的10%，甚至更小），凹模刃口带有圆角。冲裁过程中，凸模接触材料前，通过力使齿圈压板将材料压紧在凹模上，从而在V形齿的内面产生横向侧压力，以阻止材料在剪切区内撕裂和金属的横向流动，在冲裁凸模压入材料的同时，利用顶出器的反压力，将材料压紧，加之利用极小间隙与带圆角的凹模刃口消除了应力集中，从而使剪切区内的金属处于三向压应力状态，消除了该区内的拉应力，提高了材料的塑性，从根本上防止了普通冲裁中出现的弯曲-拉伸-撕裂现象，使材料沿着凹模的刃边形状，呈纯剪切的形式被冲裁成零件，从而获得高质量的光洁、平整的剪切面。精冲时，压紧力、冲裁间隙及凹模刃口圆角三者相辅相成。它们的影响是互相联系的，当间隙均匀、圆角半径适当时，便可获得光洁的断面。161第十节精密冲裁工艺及模具设计二、精冲工艺第二章冲裁工艺与模具设计

6.整修整修是利用整修模将普通冲裁后的毛坯放在整修模上沿冲裁件外缘或内孔进行一次或数次整修加工。常用的整修方法主要有：外缘整修、内孔整修、叠料整修和振动整修等。162第十节精密冲裁工艺及模具设计二、精冲工艺第二章冲裁工艺与模具设计

（1）精冲力的计算：精冲是在材料处于三向压应力状态下进行冲裁的，其变形抗力比普通冲裁要大得多。据苏联学者罗曼洛夫斯基介绍，在这种情况下的抗剪强度不能用一般平均值来考虑，而必须考虑间歇的大小、材料的相对厚度等因素。因此实际计算时必须对各个压力分别进行计算，再求出精冲所需的总压力，从而选用合适吨位的精冲机。精冲冲裁力F1（N）可按经验公式计算：

F1＝Lt

bf1式中

L——内外剪切线的总长（mm）；

t——料厚（mm）；

b——材料强度极限（MPa）；f1——系数。其值为0.6～0.9，常取0.9。163第十节精密冲裁工艺及模具设计三、精冲模具设计要点第二章冲裁工艺与模具设计

（1）精冲力的计算：齿圈压板压力的大小影响工件切断面质量。压力太小，将出现撕裂；压力过大，因摩擦力增加，会使凸模易于损坏。此外，齿圈压板压力的大小还对冲压力和模具寿命等有影响。压边力F（N）的计算公式为：

F＝Lh

bf压式中h——

齿圈齿高（mm）；

f压——系数，常取4。164第十节精密冲裁工艺及模具设计三、精冲模具设计要点第二章冲裁工艺与模具设计

（2）凸凹模间隙凸凹模间隙值的大小及其沿刃口周边的均匀性是影响工件剪切面质量的主要因素，合理的间隙值不仅能提高工件质量，而且能提高模具的寿命。间隙过大，将使工件断面产生撕裂而引起断面粗糙；间隙太小，会缩短磨具寿命。从延长模具寿命考虑，往往要允许切断面上出现少量撕裂现象（对厚板可允许撕裂层厚达板厚的10%）。间隙值大小与材料性质、材料厚度、工件形状等因素有关。对塑性好的材料，间隙值可适当取大一些；对塑性差的材料其间隙值要相应小一些，具体数值可按表2-26选取。165第十节精密冲裁工艺及模具设计三、精冲模具设计要点第二章冲裁工艺与模具设计

（3）凸凹模刃口尺寸设计精冲模刃口尺寸的计算与普通冲裁刃口的尺寸计算基