冲压工艺及模具设计5.ppt

1、第三章 冲裁,冲裁的概念：使板料分离的工序(如图3-1) 。主要是冲孔和落料。它是冲压工艺最基本工序之一。 冲裁按变形机理分有： 普通冲裁:产品的精度一般，剪切冲裁。 精密冲裁:产品的精度很高，挤压冲裁。,第三章 冲裁,图3-1 冲裁过程示意 1模柄 2凸模 3条料 4凹模 5下模座,第三章 冲裁,第一节 冲裁过程分析 一冲裁时板料的变形过程 (如图3-2) 弹性变形阶段：板料产生弹性压缩、弯曲和拉伸等变形。 塑性变形阶段：板料的应力达到屈服极限，板料开始产生塑性剪切变形。 断裂分离阶段：已成形的裂纹沿最大剪应变速度方向向材料内延伸，呈楔形状发展。,第三章 冲裁,图3-2冲裁过程的变形,第三章

2、 冲裁,凸凹模之间有间隙，冲裁的力学模型是：剪切+弯曲 产品的质量？,第三章 冲裁,二 冲裁变形时板料变形区力态分析 冲裁时作用于材料上的力、应力状态 (如图3-3、3-4),图3.1.3 冲裁时作用于材料上的力,图3.1.4冲裁时板料的应力状态图,第三章 冲裁,三 冲裁件的断面情况：断面特征(如图3.1.4) a圆角带；b光亮带; c断裂带; d毛刺 图3.1.5 冲裁件的断面特征 结论： 落料尺寸=凹模尺寸 冲孔尺寸=凸模尺寸,第三章 冲裁,第二节 冲裁件的质量分析 冲裁件的质量指标：尺寸精度、断面质量、毛刺。 一 尺寸精度： 指冲裁件的实际尺寸与基本尺寸的差值，差值越小则精度越高。 影响

3、冲裁件尺寸精度的因素：冲模的精度、材料、冲裁间隙、工件形状和尺寸。 1 冲模精度的影响 2 材料的影响,第三章 冲裁,3冲裁间隙的影响 间隙较大时，拉伸作用增大，落料件尺寸小于凹模尺寸，冲孔孔径大于凸模直径； 间隙较小 时，挤压力大， 落料件尺寸增 大，冲孔孔 径变小。,第三章 冲裁,二 断面质量 1、材料的性能对断面质量的影响 塑性好的材料，裂纹出现较迟，材料被剪切的深度较大； 塑性差的材料，剪切开始不久即被拉裂，断面光亮带少。 2、模具冲裁间隙大小对断面质量的影响(如图3.2.2),第三章 冲裁,图 3.2.2 间隙大小对冲裁件断面质量的影响 a)间隙过小；b)间隙合适；c)间隙过大,z/

4、t2%时，初次生成的裂纹不能扩展，将产二次剪切，光亮大，断面垂直，质量好 z/t2%5%，初次裂纹较大，生成二次裂纹，二次光亮带成块状 z/t30%，弯曲应力大，凹模刃口处很早产生裂纹，塌角大，光亮带小，断裂带斜度大，表面质量差,第三章 冲裁,3、模具刃口状态对断面质量的影响（如图3.2.3） 图 3.2.3 模具刃口状态对断面质量的影响,第三章 冲裁,三 毛刺 毛刺是冲压件不可避免的，但太大是不允许的。 影响冲裁件毛刺的主要因素是：冲裁间隙不合理和凸凹模磨损,第三章 冲裁,第三节 冲裁模的间隙 凸模与凹模工作部分的尺寸之差称为间隙。冲裁模间隙都是指的双面间隙。间隙值用字母Z表示。 Z=DAD

5、T 式中: Z冲裁间隙； DA凹模尺寸； DT凸模尺寸； 图3-3.1 冲裁模间隙,第三章 冲裁,冲裁间隙的重要性 冲裁间隙影响冲裁工件的尺寸精度、断面质量、冲裁力、模具寿命，是冲裁模设计最重要的工艺参数。冲裁间隙对冲裁工件的尺寸精度、断面质量的影响在前面已详细分析了。现就其它因素经行分析。,第三章 冲裁,间隙对冲裁力的影响 随着模具间隙的减小，冲裁力增大，这是因为间隙小，弯矩 M减小，材料所受拉应力减小，而压应力增大。增大间隙，冲裁力减小，但继续增大间隙值，由于从凸、凹模刃口产生的裂纹不重合，所以冲裁力下降变缓。,第三章 冲裁,间隙对模具寿命的影响 冲裁模具的寿命通常以保证获得合格产品的冲裁

6、次数表示。冲裁过程中模具的损坏是磨钝，崩刃和凹模刃口涨裂。凸、凹模的磨损形式如图3-3.2所示。,第三章 冲裁工艺,图3-3.2 合理间隙值的确定,图3-3.3 凸、凹模的磨损形式,第三章 冲裁,增大间隙可使冲裁力减小，因而模具的磨损也减小。但间隙取得太大，因弯矩与拉应力增大，使模具刃口损坏。一般间隙为材料厚度的1015时，磨损最小，模具寿命较高。当间隙小时，落料件卡在凹模洞口，可能引起模具开裂。 为了提高模具寿命，一般采用较大的间隙。若采用较小的间隙，就必须提高模具硬度和模具制造精度，改善润滑条件，以减小磨损。,第三章 冲裁,综上所述，冲裁间隙较小，冲裁件质量较高，但模具寿命短，冲压力有所增

7、大；而冲裁间隙较大，冲裁件质量较差，但模具寿命长，冲压力有所减少。因此，选择合理的间隙值的总的原则是：在满足冲裁件质量的前提下，间隙值一般取偏大值，这样可以降低冲裁力和提高模具寿命。,第三章 冲裁,1 间隙值确定的原则 在实际冲压生产中，主要根据冲裁工件的尺寸精度、断面质量、模具寿命这几个因素规定一个间隙范围值 。只要间隙在这个范围里，就能得到合格的产品和较长的模具寿命。合理间隙的最小值成为最小合理间隙，合理间隙的最大值成为最大合理间隙。设计时应按最小合理间隙确定模具间隙。,第三章 冲裁,2 间隙值的确定 理论确定法：由教材图3-5中几何关系得： 查表确定法 经验方法 经验方法也是根据材料的性

8、质与厚度，来确定最小合理间隙值。建议按下列数据确定双面间隙值：,第三章 冲裁,软材料： t1mm Z(6%8%)t t13mm Z(10%15%)t t35mm Z (15%20%)t 硬材料： t1mm Z (8%10%)t t13mm Z (11%17%)t t35mm Z (17%25%)t,第三章 冲裁,第四节 凸模与凹模刃口尺寸的确定 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。应此，正确确定凸、凹模刃口尺寸和公差，是冲裁设计中的一项重要工作。,第三章 冲裁,模具刃口尺寸精度是影响冲裁件尺寸精度的首要因素。模具的合理间隙值

9、也要靠模具刃口部分尺寸及其公差来保证。因此，在确定凸、凹模刃口部分尺寸及其制造公差时，必须考虑到冲裁变形规律、冲裁公差等级、模具磨损和制造工艺等方面。,第三章 冲裁,凸模与凹模刃口尺寸确定的原则 1.先确定基准件 2.考虑冲模的磨损规律 3.凸、凹模刃口制造公差应合理 4.冲裁间隙采用最小合理间隙值 5.尺寸偏差应按“入体”原则标注,第三章 冲裁,凸模和凹模的刃口尺寸的计算 方法(1)凸模与凹模分开加工 这种方法适用于圆形或形状简单的冲裁件。采用这种方法时，要分别标注凸、凹模刃口尺寸与制造公差。 下面对冲孔和落料两种情况进行讨论：,第三章 冲裁,图3-12 冲裁模的尺寸分差 (a)冲孔；(b)

10、落料,图3-12 冲裁模的尺寸分差 (a)冲孔；(b)落料,第三章 冲裁,1)冲孔 设零件孔的尺寸为，冲孔模的允许偏差位置如图3-12（a）所示，其凸、凹模工作部分尺寸的计算公式如下： (3-4) (3-5) 式中 凸模尺寸(mm)； 凹模尺寸(mm)； x考虑磨损的系数，按零件公差等级选取。零件精度在IT10以上时，x1；零件 精度为IT1113时，x0.75；零件精度为ITl4时，x0.50。,第三章 冲裁,2)落料 设零件尺寸为，落料模的允许偏差位置如图3-12(b)所示，其凸、凹模工作部分尺寸的计算公式如下： (3-6) (3-7) 式中 凹模尺寸(mm)； 凸模尺寸(mm)。,第三章

11、 冲裁,采用这种方法时，要分别标注凸、凹模刃口尺寸与制造公差。为了保证凸凹模间隙值，模具的制造公差应当满足下列条件： (3-3) 式中 p、d 分别为凸模和凹模的制造公差(mm)。,第三章 冲裁,(2)凸、凹模配合加工 对于形状复杂的零件，为了保证模具间隙，必须采用配合加工。这种加工方法是以凸模或凹模为基准，配作凹模或凸模。因此，只在基准件上标注尺寸和制造公差，另一件仅标注公称尺寸并注明配作时应留有的间隙值。,第三章 冲裁,方法如下(图3-13) ： 零件为落料件，故以凹模为基准件。图3-30b为落料凹模的刃口的轮廓图，虚线表示凹模刃口磨损后尺寸的变化情况。从图中可以看出，凹模磨损后刃口尺寸有

12、变大、变小、和不变三种情况，所以凹模刃口尺寸也分三种情况来进行计算。 （1）凹模磨损后尺寸变大的： A1、 A2 、A3；,第三章 冲裁,图3-13 配合加工法,第三章 冲裁,按一般落料凹模计算公式： AA=(Amax-x) A (3-8) （2）凹模磨损后尺寸变小的： B1、 B2 、B3； 按一般冲孔凸模计算公式： BA=(Bmin+x) 0-A (3-9) (3)凹模磨损后尺寸不变的： C1、 C2 、； 其基本公式为CA=(Cmin+0.5) 0.5A,第三章 冲裁,式中 : AA 、BA、 CA相应的凹模刃口尺寸， Amax工件的最大极限尺寸， Bmin工件的最小极限尺寸， C工件的

13、基本尺寸， 工件的公差， A凹模的制造公差，通常取A=/4,第三章 冲裁,第五节 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应冲裁加工的工艺要求。 一般情况下，对冲裁工艺性影响最大的是几何形状、尺寸和精度要求。良好的冲裁工艺性应能满足材料省、工序少、模具结构简单、加工容易、寿命较长、操作安全方便、产品质量稳定等要求。,第三章 冲裁,一 冲裁件的公差等级和断面粗糙度 普通冲裁件内外尺寸的经济公差等级一般不高于IT11级，落料件公差等级最好低于IT10级，冲孔件最好低于IT9级。如果工件要求的公差等级高于上述要求，冲裁后需经整修或采用精密冲裁。 一般精度的工件用IT

14、8- IT7的模具，较高精度的工件采用IT7- IT6级高精度模具。,第三章 冲裁,冲裁件的断面粗造度与材料塑性、材料厚度、冲裁模间隙，刃口状况以及冲模结构等有关。其断面粗造度Ra一般可达到12.53.2m。 二 冲裁件的结构工艺性 1. 冲裁件形状尽可能设计成简单、规则，使排样时废料最少。,第三章 冲裁,2. 工件的外、内形转角处应避免尖锐的转角，应有适当的圆角，一般应有圆角半径R0.5 t（t为板料厚度），以减少热处理开裂，减小冲裁时尖角处的崩刃和过快磨损。,第三章 冲裁,3. 如果冲裁件上有悬臂和凹槽，其尺寸如所示。,第三章 冲裁,4.冲裁件上孔的尺寸受到凸模强度和刚度的限制，不能太小，

15、冲孔的最小尺寸见表3-8 。 5. 当冲孔边缘与工件外形的边缘平行时，其距离不应小于材料厚度的1.5倍，当冲孔边缘与工件外形的边缘不平行时，其距离不应小于材料厚度。如图所示。,第三章 冲裁,6.在弯曲件或拉深件上冲孔时，孔边与直壁之间应保持一定的间距，以免冲孔时凸模折断。,第三章 冲裁,第六节 排样 一 排样的概念及作用 冲裁件在条料或板料上的布置方法叫排样。排样时冲裁模设计中的一项及其重要的工作。排样对材料的利用率、冲裁件的质量、生产率、模具结构与寿命等都有重要的影响。 排样学习的结果：设计排样图。,第三章 冲裁,二 排样的基本类型：图见教材 按经济利用程度可分：有废料排样少、无废料排样.

16、按工件在毛坯上的位置可分：直排、斜排、对排、多排、混合排,第三章 冲裁,1、有废料排样：冲裁轮廓是封闭的，零件与零件之间，零件与毛坯侧边之间均留有余量（工艺），简称搭边（废料）。 精度高、模具寿命高、但材料利用率低。常用的方法。 有废料排样的形式： （1）直排：模具结构简单，但对有些形状的工件、材料利用率不高。,第三章 冲裁,（2）斜排：可提高材料利用率，但制模工作量较大，在材料利用不提高5%的时候，不可取。 （3）对排：省料明显。但要注意：采用单凸模时，要考虑毛坯的好换头，采用双凸模时，模具结构很复杂，模具成本高。,第三章 冲裁,（4）多排，省料 （5）混合排，很难实现。 2、少废料和无废料

17、排样 冲裁零件是非封闭的，材料利用率很高，缺点是：工件的塌角和毛刺，不在一个面；零件形状误差较大。,第三章 冲裁,3 排样考虑的原则： 提高材料利用率 保证零件质量 简化模具结构 生产率高 操作方便,第三章 冲裁,4 有搭边排样图的画法 1）位置：画在模具装配图的右上角 2）内容：有冲压件图和排样图，在排样图上有冲裁的轮廓形状与顺序，凸模的截面形状和凹模形形孔的形状、数量和位置，条料的宽度和允差，标准出搭边值和送料的步距。,第三章 冲裁,1)落料和复合冲裁排样图画法。 （1）在选定的送料方向依次画出数个工件的外轮廓，间距为送料方向的搭边值。将靠近送料入端的落料轮廓画上阴影，表示这里为冲裁工位。

18、它是凹模的型孔，也是凸模的截面形状。,第三章 冲裁,（2）在垂直送料方向上取横搭边值，画出料宽，在条料的端头也留出搭边值。 （3）标注搭边值、步距、条料宽度。,落料冲裁排样图,图3-21 复合冲裁排样图 a)工件图 b)排样图,第三章 冲裁,2)级进冲裁排样图的画法。 它是级进模凹模形孔位置计算和模具设计所必须进行的工艺计算的依据。 （1）在条料的端头也留出搭边值,沿送料方向画出数个工件的外轮廓，表示落料后留下的废料孔。 （2）继续向送料相反的方向画出n个包括工件内形和外形的工件轮廓，并留出搭边值。,第三章 冲裁,（3）确定冲孔位置，主要考虑凹模的强度。 （4）在垂直送料方向上取横搭边值，画出

19、料宽。 （5）在工作工位将冲裁轮廓画上阴影，表明凹模的形孔的数量、形状和位置。 （6）标注搭边值、步距、条料宽度。,第三章 冲裁,图3-22 有搭边级进冲裁排样图 1-冲孔工位 2-空工位 3-落料工位,第三章 冲裁,三 搭边和条料宽度的确定 1.搭边 搭边：指零件与条料边缘之间或零件之间的余料。 搭边作用：补偿定位误差、增加条料刚度、保证零件质量。 搭边值的确定：根据经验定，搭边值不可过小也不可过大。,第三章 冲裁,2.条料宽度的确定 （）有侧压装置时条料的宽度,第三章 冲裁,（）无侧压装置时条料的宽度,第三章 冲裁,（）有定距侧刃时条料的宽度,第三章 冲裁,第七节 冲裁力和压力中心的 计算 一 冲裁方式：冲裁时出件、卸料及废料的排除形式构成冲裁方式。 其种类有：固定卸料顺出件、弹压卸料顺出件、弹压卸料逆出件。,第三章 冲裁,图3-23 冲裁方式,第三章 冲裁,（一）固定卸料顺出件 工作方式：落料件从凹模中落下，凸模上的废料由固定卸料板刮下。 特点：板料自