冲裁工艺与冲裁模设计.ppt

第八章 冲裁工艺及冲裁模设计,冲裁是利用冲模使板料的一部分沿一定轮廓形状与另一部分分离的冲压工序。,从广义上讲 冲裁是冲孔、落料、切断、切口、剖切等分离工序的总称,从狭义上讲 冲裁是指冲孔和落料,落料 冲裁的目的是为了获得具有所需外形轮廓的零件,冲孔 冲裁的目的是为了获得具有所需内孔形状的零件,冲裁模 冲裁所用的模具,冲裁可以分为两类：,另一类是以变形方式实现分离的精密冲裁。,一类是以破坏方式实现分离的普通冲裁,本章仅讲述在生产中广泛应用的普通冲裁,8.1 普通冲裁的基本原理,8.1.1 板料的分离过程,冲裁时材料的分离过程 由于有间隙存在，材料受垂直方向压力、剪切力、横向挤压力、弯矩和拉力的共同作用，除主要的剪切变形外，还要产生弯曲、过深、挤压等附加变形。,分离过程大致可分为3个阶段。,图8.1为无弹压板的金属板料分离过程,图8.1 冲裁变形过程,弹性变形阶段,塑性变形阶段,断裂分离阶段,1弹性变形阶段,凸模对板料施压，使材料产生弹性变形。板料稍微挤入凹模口。板料与凸、凹模接触处形成很小的塌角。由于凸、凹模之间存在间隙，板料同时受到弯曲和拉伸的作用，凸模下的板料产生弯曲，凹模上的板料开始上翘。,2塑性变形阶段,凸模继续压到一定深度时，材料内部应力达到屈服点，板料开始 在与凸模、 凹模的刃口接触处产生塑性剪切变形。凸模切入板料并将下部板料挤入凹模孔内。在板料剪切面处形成塌角，同时在切断面上形成一小段光亮且与板料垂直的表面。随着冲压过程的继续，应力不断增加，材料的变形程度便不断增加，变形区向板材的深度方向发展、扩大，同时硬化加剧，变形抗力也不断上升，应力也随之增加，直至凸、凹模刃口处达到极限应力和应变值，这就意味着塑性变形结束，材料即产生微小裂纹。,3断裂分离阶段,裂纹产生后，随凸模继续压入，凸、凹模刃口附近产生的微裂纹沿最大剪应变速度方向不断向板材内部扩展。若间隙合适，上、下裂纹则相遇重合，板料上下部分分离。,8.1.2 普通冲裁件的断面情况,一般把断面分为四个特征区:即塌角带（圆角带）、光亮带、断裂带和毛刺区.,图8.2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,1.塌角带,塌角带发生是由于金属材料的弯曲与拉伸变形而形成的。弹性初始塌角随着凸模的下降而进入塑性变形阶段，从而成为永久性的塌角留在断面上，塑性好的材料塌角大。,2光亮带,光亮带产生于塑性变形阶段，金属产生塑剪变形时，由于，材料在与模具侧面接触中被模具侧面挤光而形成的光亮垂直的断面。所以断面光滑、平整、且与板料平面垂直，是断面质量最好的一段。通常，光亮带占断面的1/21/3，塑性好的材料，光亮带所占的比例更大。,3断裂带,断裂带产生于冲裁变形第3阶段，由于拉应力的作用促使裂纹不断扩展，金属纤维拉断，生成表面粗糙无光泽且有斜度的断裂带。,毛刺，是由于刃口正面材料被压缩，刃尖部分是高静水压应力状态，微裂纹的起点在模具侧面距刃尖不远的地方发生而产生 。,4毛刺区,由上可知：冲裁是通过凸、凹模的刃口像剪子一样将板料剪断分离，这就决定了其断面粗糙且有斜度等弊端。 所以，通过提高模具和冲床的精度、刚度，以及采用合理凸、凹模间隙、等措施，可以改善断面质量。,另外，也可通过增加整形工序来提高冲裁件断面质量。表8.1为冲裁件断面的近似粗糙度值。,表8.1 一般冲裁件断面的近似表面粗糙度,8.2 冲 裁 间 隙,凸、凹模每侧间隙称为单边间隙 两侧间隙之和称为双边间隙 Z=Dd-Dp 式中 Z冲裁间隙（mm）； Dp凸模刃口尺寸（mm）； Dd凹模刃口尺寸（mm）。,图8.3 冲裁间隙,冲裁件质量包括冲裁断面质量、尺寸精度和弯曲度三个方面。,8.2.1 冲裁间隙对冲裁工序的影响,1冲裁间隙对冲裁件质量的影响,间隙过小时，上、下裂纹不能相遇重合，板料将被第二次剪切，断面会产生两个光亮带，并造成夹层，毛刺被拉长。,（1）间隙对冲裁件断面质量的影响,间隙合理时，上、下表面产生的初始裂纹能相遇重合，光亮带较大，塌角带、断裂带、毛刺区都较小，锥度也比较小。,间隙过大时，上、下裂纹仍然不重合，因应力状态中的拉应力成分增大，材料容易产生裂纹、使塑性变形较早结束。 所以光亮带变窄，断裂带、圆角带增大，毛刺相对较大，锥度也较大。,间隙大小对断面质量的影响,间隙过小,间隙合适,间隙过大,冲裁件的尺寸精度是指冲裁件的实际尺寸与基本尺寸的差值。 这个差值包含两个方面的偏差： 一是冲裁件相对凸模或凹模刃口尺寸的偏差 二是模具本身的制造偏差。,（2）间隙对冲裁件尺寸精度的影响,一 冲裁间隙是决定弹性恢复量大小的重要因素。,当间隙较小时，材料的侧向挤压变形大，冲裁后弹性恢复使落料件外径扩张，使冲出的孔径收缩，结果是落料件尺寸大于凹模尺寸，冲孔孔径小于凸模直径。,当间隙较大时，材料的拉变形大，冲裁后，弹性恢复使落料件外径收缩，使冲孔孔径扩张，结果是落料件尺寸小于凹模尺寸，冲出的孔径大于凸模尺寸,二 冲裁件的尺寸精度主要取决于模具本身的制造精度,表8.2 冲裁件的尺寸精度与冲模的制造精度,间隙对弯曲度的影响是： 间隙愈大，弯曲愈严重。为了减小弯曲度， 可在模具上加压料板或另外加校平工序。,（3）间隙对弯曲度的影响,2间隙对冲裁力的影响,间隙愈小 冲裁变形区的压应力成分越大，拉应力成分越小，材料变形抗力大，冲裁力越大,3间隙对模具寿命的影响,间隙越小，摩擦越严重，模具寿命越短。 较大的间隙，不仅可以减小磨损，也可以缓解间隙不均匀的影响，从而提高模具的寿命,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、折断和胀裂。,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。,通常选择一个合适的间隙范围，在这个范围内能得到质量令人满意的冲裁件，并且满足冲裁力较小、模具有较高的使用寿命的要求。 我们称这个合适的间隙范围为合理间隙，它是一个范围值 上限为最大合理间隙Zmax 下限为最小合理间隙Zmin。,8.2.2 合理冲裁间隙值的确定,间隙值的选择主要考虑冲裁断面的质量和模具寿命这两个方面。 根据工件和生产上的具体要求可按如下原则选取间隙值。 工件的断面质量无严格要求时，选取较大的间隙值。 工件的断面质量及制造精度较高时，选取较小的间隙值。, 在设计计算冲模刃口尺寸时，考虑模具在使用过程中因磨损而导致间隙增大，应当按Zmin来计算。 确定间隙值的方法有理论计算法、经验确定法。 实际生产中常用经验数表或经验公式确定，其中经验数表法应用最广。,一般来说，电子、仪表行业对制件断面质量和尺寸精度要求较高，可选用较小间隙，推荐用表8.3。 汽车、拖拉机行等行业，其制件尺寸公差较大，采用较大间隙，推荐用表8.4。 表8.3、表8.4为国内企业常用初始间隙值。,表8.3 冲裁模刃口初始双面间隙Z（较高精度）（mm）,计算间隙值的经验公式为 Z = mt t材料厚度； m系数，与材料厚度、性质有关，不同的行业也有差异。 表8.4 冲裁模刃口初始双面间隙Z（较低精度）（mm）,注：冲裁皮革、石棉、纸板时，间隙取08钢的25%。,生产实践证明： 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。 2凸模轮廓越磨越小，凹模轮廓越磨越大，结果使间隙越用越大。,8.3 冲裁模刃口尺寸的计算,8.3.1 尺寸计算的原则, 首先区分冲裁部位是冲孔还是落料 如果是落料，则以凹模刃口尺寸为计算基准，凸模刃口基本尺寸按凹模刃口基本尺寸减去最小合理间隙（Zmin）来满足； 如果是冲孔，则以凸模刃口尺寸为计算基准，凹模刃口基本尺寸按凸模刃口基本尺寸加上最小合理间隙（Zmin）来满足。,在确定冲裁模刃口尺寸及公差时，应该遵循下列基本原则：, 考虑磨损规律和为了提高模具的使用寿命，应使冲模刃口的基本尺寸具有最大实体状态，即：对落料件凹模刃口的基本尺寸取工件的最小极限尺寸；对于冲孔件，凸模刃口的基本尺寸取工件的最大极限尺寸。, 冲模刃口尺寸制造偏差方向采取单向向金属实体内部标注，即凹模（内表面）刃口尺寸取正值（+d）；凸模（外表面）刃口尺寸取负值（-p）； 对于磨损后刃口尺寸不变化的尺寸，取双向偏差（d、p）。, 冲模刃口尺寸制造公差的大小主要取决于冲裁件的精度和形状。 一般冲模的精度较冲件精度高2、3级。 对于规则形状可按IT6-7级或表8.5选取； 对于复杂形状刃口的制造公差可按工件相应部位公差值的1/4选取；,如果工件无公差要求，按IT14级取值。 工件为规则形状的制造公差件见附表8.5。,表8.5 规则形状（圆形、方形件）冲裁凸、凹模的制造公差（mm）,凸模和凹模的刃口尺寸及制造偏差（见图8.5）。,8.3.2 刃口尺寸的计算方法,(a) 落料,(b) 冲孔,图 8.5 落料冲孔时各部分尺寸及公差分布,分开加工是指凸模与凹模分别按各自的图纸单独加工 该方法要求制造公差与间隙满足: d+pZmax-Zmin （8.2） 或 p=0.4（Zmax-Zmin） d=0.6（Zmax-Zmin） （8.3）,1凸模和凹模分开加工时的刃口尺寸计算,由刃口尺寸计算原则，分开加工时凸、凹模刃口尺寸的计算公式如下 冲孔（设工件孔的尺寸为d0+），以凸模为基准计算凹模，则 （8.4） （8.5）,落料（设工件的尺寸为D -0），以凹模为基准计算凸模，则 （8.6） (8.7） 在同一工步冲制两个以上的孔，其凹模孔中心距Ld：Ld=L/8 （8.8）,式中 dp、dd分别为冲孔时凸、凹模刃口尺寸（mm）； Dp、Dd分别为落料时凸、凹模刃口尺（mm）； D、d分别为落料外径和冲孔件孔的基本尺寸（mm）； 工件的制造公差（mm）； Zmin 最小初始双边间隙（mm）； p、d 分别为凸、凹模制造公差（mm）；,x磨损系数 目的是使冲裁件的实际尺寸接近其公差范围内的中间尺寸。x的取值见表8.6。,凸、凹模分开加工的优点:凸、凹模具有互换性，便于模具成批加工；,缺点模具制造比较困难，成本高，制造周期也长, 适用于圆形等形状简单的工件或大批量生产冲模时采用。,表8.6 磨损系数x,例8.1 如图8.6所示制件，材料为Q235（A3），料厚1mm，采用分开加工制造模具，计算凸、凹模刃口部分尺寸及公差。,图8.6 制件图,解： （1）冲孔凸、凹模刃口尺寸计算 2-6两小孔由冲孔同时获得, 查表8.4、表8.5、表8.6得 Zmin=0.100 Zmax=0.140 p= 0.02 d=0.02 x=0.75,因为0.02+0.02=0.140-0.100 故能满足d+pZmax-Zmin，所以，将以上各值代入式（8.4）和（8.5）得,孔距尺寸Ld=L/8 =180.18/8=180.023,36外圆尺寸由落料获得,查表8.4、表8.5、表8.6得 Zmin=0.100 Zmax=0.140 p=0.02 d=0.03 x=0.5 因为0.02+0.030.140-0.100，不满足d+pZmax-Zmin 此时只有缩小制造公差才能保证间隙，所以取,（2）落料凸、凹模刃口尺寸计算,p= 0.4（0.140-0.100）=0.016 d=0.6（0.140-0.100）=0.024 然后代入相应式（8.6）和(8.7)得,2凸模和凹模配合加工时的刃口尺寸计算,配合加工的方法 是先加工基准件（落料时为凹模，冲孔时为凸模，然后来配做另一件并在另一件上修出最小合理间隙值）。,故采用配合加工时，只需在基准件上标注尺寸和公差，另一件只标注基本尺寸，并注明“凸模（凹模）尺寸按凹模（凸模）实际尺寸配制，保证配合间隙”。,配合加工方法容易保证间隙，而且可以放大基准件的公差，也不必验证d+p Zmax-Zmin.,对于形状复杂或薄材料工件，为了降低模具制造难度，应采用配合加工；,对单件和小批量模具的生产，为了缩短制造周期和降低成本，也应该采用配合加工。,一般把工件尺寸按模具磨损后的情况分为三种 即工件尺寸变大、变小、不变。 模具磨损后工件尺寸变大的，相当于孔，应使其具有最小极限尺寸，按凹模尺寸计算公式计算； 模具磨损后工件尺寸变小的，相当于轴，应使其具有最大极限尺寸，按凸模尺寸计算公式计算；,冲孔时，遵循前面的计算准则，以凸模为基准配制凹模。 在图8.7中，凸模磨损后工件尺寸增大的是A类尺寸； 凸模磨损后工件尺寸减小的是B类尺寸； 凸模磨损后工件尺寸不变的是C类尺寸; 具体计算公式见表8.7。,（1）冲孔模刃口尺寸的计算,图8.7 冲孔件和凸模尺寸,冲孔工件,凸模,表8.7 配合加工时，凸、凹模刃口尺寸的计算公式,注：为工件公差,为工件偏差。,（2）落料模刃口尺寸的计算,落料时，遵循前面的计算准则，以凹模为基准配制凸模。 在图8.8中，凹模磨损后工件尺寸增大的是A类尺寸； 凹模磨损后工件尺寸减小的是B类尺寸； 凹模磨损后工件尺寸不变的是C类尺寸。 具体计算公式见表8.8。,图8.8 落料件和凹模尺寸,落料工件,凹模,表8.8 配合加工时，凸、凹模刃口尺寸的计算公式,注意： 某些尺寸是从某几何要素中心到某轮廓线之间距离的尺寸，如图8.7中B3尺寸、图8.8中的A3尺寸。 它的特点是尺寸要素所指的两个要素中，仅有一个要素会发生磨损，我们称这类尺寸为半边磨损尺寸。,例8.2 冲裁图8.9（a）所示的工件，材料为A3，厚度2mm，采用配合加工方法制造模具，确定模具刃口尺寸及制造公差。,图8.9 落料工件图,解： 由图8.9（a），工件为落料件，所以先确定凹模刃口尺寸，再据凹模配制凸模。 （1）凹模刃口尺寸的确定 根据图8.9（b）可知，凹模磨损后工件尺寸变化有以下三种情况。 工件尺寸变大的有A1、A2、A3、R60，并且A2、R60是半边磨损尺寸。,由图得A1=160，1=0.8；A2=70，2=0.6；A3=120，3=0.72；R=60。 查表8.6得x1=0.5，x2=0.5，x3=0.5,因为A2是半边磨损尺寸，所以制造公差取一半，即取公式中/4为/8。,R60也是半边磨损尺寸，并且和A3尺寸有相切的几何关系，为保证相切关系，则,由图得B1=40，1=0.4；B2=20，2=0.2。 查表8.6得x1=0.75，x2=1, 工件尺寸变小的有B1、B2。,（2）工件尺寸不变化的有C1、C2,由图得C1=40，1=0.74；C2=30，2=0.3。 由表8.8，则 Cd1=C11/8=400.0925 Cd2=（C2-0.52）2/8=（30-0.50.3）0.0375=29.850.0375,凸模刃口尺寸的计算 查表8.4得 Zmin=0.246 Zmax=0.36 凸模按凹模实际尺寸配作，并保证双边间隙0.2460.36mm。,8.4.1 材料的利用率,排样的目的 在于节约原材料，尽可能降低成本，利用率是衡量排样经济性的指标。 一般以一个进距内的材料利用率来表示，也可以用一张板料的总利用率来表示。 =（nS/Bh）100%;=（NS/BL）100%,冲裁件在板料、条料或带料上的布置方式，称为冲裁件的排样法，简称排样。,8.4 冲裁件的排样,式中 S冲裁件面积（包括冲出的小孔在内）（mm2） n一个进距内的冲件数目； B条料宽度（mm）； h进距； N一张板料上的冲件总数； L板料长度（mm）； 由公式可知，（）值越大，材料废料 越少，材料利用率就越高。,冲裁所产生的废料分两种,一是工件的各种内孔产生的废料，它取决于工件的形状，一般不能改变，称设计废料；,二是由于工件之间的搭边及工件与条料侧面的搭边、板料的料头、料尾而产生的废料； 它取决于冲压方式与排样方式，称工艺废料，见图8.10。,图8.10 废料分类,图8.11 改善零件形状提高材料利用率,提高材料利用率最主要的途径是合理排样使工艺废料尽量减小 另外适当改善工件的结构形状也可以提高材料的利用率，如图8.11所示。,8.4.2 排样方法, 有废料排样 指沿工件全部外形冲裁，工件与工件、工件与条料边缘都留有搭边，如图8.12（a）所示。 这种排样的缺点是材料利用率低,常用的冲裁件排样方法分为三类, 少废料排样 指模具只沿工件部分外形轮廓冲裁，只有局部有搭边的存在，如图8.12（b）所示。 无废料排样 指工件与工件之间及工件与条料侧边之间均无搭边的存在。模具刃口沿条料顺序切下，直接获得工件，如图8.12（c）所示。,少、无废料排样的缺点 工件质量较差，模具寿命不高 优点 具有简化模具结构、降低冲裁力和提高生产率等,图8.12 排样方法对比,（a） （b） （c）,对于形状复杂的工件，经常采用试排法 即用硬纸或塑料剪几个工件轮廓样板，在条料上用各种方式排列布置，寻求最佳方案,上述讲述的三类排样方法，按工件的外形特征又可分为 直排、斜排、直对排、斜对排、混合排、多行排及裁搭边等多种形式。 各种排样形式的分类见表8.9,表8.9 排样形式分类,8.4.3 搭边,排样时，工件之间及工件与条料侧边之间的余料叫搭边 搭边的作用是补偿定位误差和保持条料有一定的刚度，以保证冲件质量和送料方便。 搭边太宽，浪费材料； 搭边太窄会引起搭边断裂或翘曲，可能造成“啃刀”现象或冲裁时会被拉断,搭边值的大小与下列因素有关： 材料的力学性能 硬材料可小些，软材料、脆性材料的搭边值要大一些。 工件的形状与尺寸。 尺寸大或有尖突的复杂形状时，搭边值要取得大一些。, 材料厚度 厚材料的搭边值应取得大一些。 送料方式及挡料方式 用手工送料、有侧压板导向的搭边值可以小一些。 搭边值一般由经验确定 表8.10列出的冲裁时最小搭边值可供设计参考。,表8.10 搭边数值（mm）,为保证最小的搭边值，条料宽度取单向负偏差，其计算公式如下 有侧压时，条料宽度 B-=（D+2a+ ）- 无侧压时，条料宽度 B-=D+2(a+)+z-,8.4.4 条料宽度的确定,B条料宽度； D垂直于送料方向的冲裁件尺寸； a侧搭边的最小值； 条料宽度的单向偏差（负向），见表8.11，8.12； z导尺与最宽条料之间的最小间隙，见表8.13。,B=L+2a+nb=L+1.5a+nb 式中: B条料宽度（mm）； L垂直于送料方向的冲裁件尺寸（mm）； a侧搭边的最小值，见表8.10； aa=0.75a； n侧刃数； b侧刃裁切的宽度（mm），见表8.14。,有侧刃时条料的宽度，如图8.13所示,表8.14 b值（mm）,图8.13 侧刃定位条料宽度,8.4.5 裁板,裁板方法 有纵裁、横裁和联合裁三种 如图8.14所示。轧制薄钢板规格见附录表8。,图8.14 裁板方法,8.5 冲压工艺力,冲压工艺力 是冲裁时压力机应具有的最小压力，是完成分离所必需的力和其他附加力（卸料力、推料力、顶出力等）的总和。,使板料发生分离的力称冲裁力 直接影响冲裁力的主要因素有抗剪强度、材料厚度和冲裁轮廓周长。,8.5.1 冲裁力的计算,一般平刃冲裁模的冲裁力P可按下式计算： P = KLt 式中 P冲裁力（N）；L冲裁件周边长度（mm）； t 材料厚度（mm）; 材料抗剪强度（N/mm2）； K系数，考虑实际生产中各种因素的影响，一般取K=1.3。,对同一材料，一般其强度极限b=1.3 所以，冲裁力也可以用下式计算： P = Ltb,8.5.2 降低冲裁力的方法,般采用如下几种降低冲裁力的方法:,平刃口冲裁时，整个刃口平面同时接触板料 斜刃口模具冲裁时，由于刃口是倾斜的，冲裁时刃口不是同时切入，而是逐步冲切材料，这样就减小了冲切断面面积，从而降低冲裁力。,1斜刃口冲裁法,图8.15 斜刃口冲裁模,落料时凸模应做成平刃口，把斜刃做在凹模上 冲孔时应把凹模做成平刃口，把斜刃做在凸模上，见图8.15所示。,设计斜刃时，应注意使斜刃对称布置 斜刃的主要参数取值见表8.15。,表8.15 斜刀倾角（）和斜刃高度（H）,斜刃冲裁力可按下式简化计算： Ps=KsLt 式中 Ps斜刃冲裁力；Ks降低冲裁力系数,斜刃冲裁一般只适用于大型工件及厚板冲裁。,2加热冲裁（红冲）,材料在加热状态下能够降低冲裁力。但会产生变形， 故此法只适用于厚板或工件表面质量及精度要求不高的工件。,3阶梯布置凸模冲裁法 在多凸模的冲裁中，将凸模做成不同高度，呈阶梯布置（图8.16）。 这样可降低总的冲裁力。 凸模间的高度差按材料厚度确定，当t3mm时，取H=t；当t3mm时，取H=0.5t。,采用阶梯布置凸模时,应尽可能对称布置，同时应把小凸模做得短一些，大凸模做得长一些 这样可以避免小凸模由于材料流动的侧压力而产生倾斜或折断的现象。,图8.16 阶梯冲裁模,卸料力：从凸模上将废料（或工件）卸下来的力。 推件力：从凹模内顺冲裁方向把工件（或废料）推出的力。 顶件力：逆冲裁方向将工件（或废料）从凹模内顶出的力 如图8.17所示。,图8.17 卸料力、推件力、顶件力,8.5.3 卸料力、顶件力、推件力的计算,实际应用中都采用下列经验公式计算： Px=KxP; Pt=nKtP; Pd=KdP 式中 Px、Pd、Pt分别为卸料力、顶件力、推件力； Kx、Kd、Kt分别为卸料力、顶件力、推件力系数，其值见表8.16； n卡在凹模洞口内的工件数（对圆柱形洞口，n=H/t，且H为洞口高，t为板料厚度。对圆锥形孔口，不会有工件卡在其中，所以不计算推件力）。,a.采用刚性卸料自然漏料方式： PzP+Pt= P+ nKtP b.采用刚性打件、弹性卸料的倒装结构方式： PzP+Px=P+KxP c.采用弹性卸料和弹性顶件方式： PzP+Px+Pd=P+KxP+KdP d.采用弹性卸料自然漏料方式： PzP+Px+Pt=P+KxP+nKtP,8.5.4 冲压工艺力的计算,例8.3 计算冲裁图8.18所示零件上的长孔需要的总压力。料厚t为4mm，材料为A3钢，凹模刃口直壁高度h为8mm。为保证零件平整，采用弹性卸料、自然漏料的模具结构型式。,图8.18 冲长孔工件,解： 冲裁力 P=Ltb 由材料手册得,查表8.16得 Kx=0.04 Kt=0.045 n=h/t =8/t =2,所以,图8.19 对称工件的压力中心,冲裁力合力作用点称为压力中心。对称形状的工件，其压力中心O位于轮廓图形的几何中心，如图8.19所示。,8.6 压力中心的计算,复杂形状功件或多凸模冲裁的压力中心可用计算法和作图法求得 用作图法求压力中心比较省事，特别对形状复杂或多凸模的情况尤其显著，但准确度不高。,计算法依据的原理 平行力系合力作用点的方法，即合力对于一个坐标轴的力矩等于各分力对该轴力矩之和。 计算法求压力中心的步骤如下：, 按比例画出工件（即凸模横断面）的轮廓形状。 在其轮廓外（或内）任意处，作坐标轴X-Y。 把图形轮廓线分成几部分，计算各段长度L1，Ln，求各部分重心位置的坐标（X1，Y1）、（X2，Y2）、（Xn，Yn）。, 冲模压力中心坐标： X0=（P1X1+ P2X2+PnXn）/（P1+ P2+Pn） Y0=（P1Y1+ P2Y2+PnYn）/（P1+ P2+Pn） 因为 P1=L1t P2=L2t Pn=Lnt 将P值代入，则压力中心坐标为 X0=（L1X1+ L2X2+LnXn）/（L1+ L2+Ln） Y0=（L1Y1+ L2Y2+LnYn）/（L1+ L2+Ln）,式中 X0、Y0为压力中心分别到X、Y轴的距离； P1，Pn各段轮廓的冲裁力； L1，Ln各段轮廓的长度； X1，Xn各段轮廓压力中心到Y轴的距离； Y1，Yn各段轮廓压力中心到X轴的距离。 冲裁轮廓多数由线段和圆弧组成，线段的重心即线段中心,式中 Xr圆弧重心与圆心距离； R圆弧半径。 对于多凸模的模具，可以先确定凸模的压力中心，然后按上述原理求模具压力中心。,圆弧的重心按下式计算： Xr=R弦长/弧长,图8.20 刃口压力中心计算,例8.4 计算图8.20所示落料刃口的压力中心位置。,解： 选择坐标如图8.20 把整个轮廓按基本要素分成L1，L8。 确定各基本要素自身的重心和其到X、Y轴的距离，见表8.17。,代入公式，得 X0=（L1X1+ L2X2+L8X8）/（L1+ L2+L8） =-6.37mm Y0=（L1Y1+ L2Y2+L8Y8）/（L1+ L2+L8）=-6.52mm,冲裁件的工艺性 就是冲裁件对冲压工艺的适应性能，即冲裁件结构形状、尺寸大小、工件精度等在冲裁时的难易程度。,8.7 冲裁件的工艺性,冲裁件的结构和尺寸要求, 冲裁件的形状应尽可能的简单、对称。 最好采用圆、矩形这些规则形状或由它们组成, 冲裁件的内、外形转角处要避免尖角 转角处的圆角半径见表8.18 表8.18 转角处最小圆角半径, 冲孔时，孔径尺寸不宜过小，否则易损坏凸模。 采用和不采用护套的最小孔径见表8.19、表8.20。, 冲裁件的孔间距和孔与边沿的距离不能太小，否则凹模强度和冲裁件的质量都不易保证。 其间距和边距参考图8.21所示 一般要求 b2t，并不能小于34mm。,图8.21 孔间距和孔边距, 在拉深和弯曲件上冲孔时，孔与工件直壁应有一定距离，孔应在变形区外 如图8.22所示 LR+0.5t。,图8.22 弯曲件和拉深件上的冲孔位置,注意： 拉深件底部的孔可以在拉深前、后冲出； 凸缘上的孔只能在拉深后冲出。 要避免工件上有细长的悬臂和狭长的槽，以防止凸模折断。 槽宽据材料而定，见表8.21。悬臂和窄槽的长度L最大为5B。, 如果冲裁件端部带圆弧，应取RB/2； 如图8.23所示。,图8.23 条料端部圆弧结构工艺性,8.8 冲裁模的结构,冲裁模的类型：,按工序的组合方式可分为单工序模(简单模)、连续模、复合模等。 单工序模：在冲床的一次行程内只能完成一个冲裁工序。 连续模：又称级进模、跳步模。是指在冲床的一次行程中，在模具的不同位 置同时完成两个或两个以上的冲裁工序。 复合模：在一次冲裁行程内，在模具的同一位置上完成两个或两个以上的冲裁工序。,冲裁模结构组成,1.工作零件： 直接保证冲裁件形状、尺寸-凸模、凹模等。 2.定位零件： 保证毛坯在模具中的位置-导料板、档料銷等。 3.卸料及推杆零件： 复位及推料零件-如凹模用的推杆、凸模用的卸料板。 4.导向零件： 保持上下模正确位置和运动的元件如导套和导柱等。 5.连接固定件： 模具自身、模具与机床之间的连接。,单工序落料模,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,导板式单工序落料模,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,导柱式单工序落料模,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,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,双侧刃定距 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,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,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,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,倒装式复合模,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,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：对于特别复杂或孔边距较小的冲压件，用简单模或复合模冲制有困难时，可用级进模逐步冲出。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。,级进模,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：,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,复合模,1正装式复合模（又称顺装式复合模）,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,8.9 冲裁模主要零、部件结构和设计,1凸模的结构形式 （1）圆形凸模结构 国家标准圆形凸模如图8.31所示，为避免 应力集中和保证强度要求，在直径变化处做成圆角过渡的阶梯。,8.9.1 凸模（工作零件）,图8.31（a）型凸模刚性较好，用于直径 1.130.2mm的工件； 图8.31（b）型用于330.2mm的工件； 图8.31（c）型凸模利于换模。,根据国标规定 凸模材料用T10A、Cr6WV、9Mn2V、Cr12、Cr12MoV。 刃口部分经热处理后前两种材料硬度为HRC58HRC60，后三种为HRC58HRC62，尾部回火至HRC40HRC50。,图8.31 圆形凸模,在厚板上冲小孔时，细小的凸模受力较大，容易折断。 为了提高凸模的抗纵向弯曲能力，可将小凸模装在护套里，然后再将护套固定在凸模固定板上，这种带有护套的凸模叫做护套式凸模，如图8.32所示。,图8.32 护套式凸模,冲大直径工件用的凸模可采用图8.33所示的结构。 它采用窝孔定位，窝孔与凸模为过渡配合，再用34个螺钉紧固。为了减少磨削加工面积，凸模外圆的非工作部分要车小，端面要加工成凹坑形式。,图8.33 装配式凸模,大圆凸模也可以采用镶块式结构，同样，为了减少凸模的磨削面积，将其中部挖成空心。镶块镶套在凸模固定座上，中间用一个大螺钉紧固，然后再将凸模固定座用螺钉和销钉紧固在模板上。,（2）圆形凸模,非圆形凸模刃口形状取决于制件，当其属圆形类时，将凸模的固定部分做成圆柱形； 制件属长方形类时，则将固定部分做成长方形； 如图8.34所示。,图8.34 非圆形凸模,2凸模的固定方法,（1）用凸模固定板固定 凸模固定板与凸模一般采用H7/h6的过渡配合，非圆形凸模端部铆开，压装后磨平，圆形凸模则采用凸肩固定。 凸模固定板的优点是定位精度高、牢靠、但固定孔精度高、加工困难 如图8.35（a）、（b）所示。,（2）与上模板直接连接 采用螺钉、销钉直接把凸模固定在上模板上。适用于大型凸模 如图8.35（C）和图8.33所示。 （3）可更换的固定形式 快换凸模固定方法如图8.35（d）、（e）所示。,（4）低熔点合金和环氧树脂浇注固定 低熔点合金是利用低熔点合金冷却膨胀的特性，但其强度部高，适于冲裁厚度小于2mm的板料。如图8.35（f）所示。 环氧树脂这种高分子材料在硬化状态下对各种金属表面有很强的附着力，它像粘结剂一样固定凸模，适于冲裁0.32mm的板料。如图8.35（h）所示。,图8.35 凸模及其固定方法,3凸模的长度,凸模的长度，应根据具体的模具结构形式来确定 图8.36为有固定板、卸料板的冲裁模，其凸模长度L可按下式计算： L=t1+t2+t3+L2,图8.36 凸模长度,式中 t1凸模固定板厚度(mm)； t2卸料板厚度(mm)； t3导尺厚度(mm)； L2附加长度，包括凸模伸入凹模的深度0.51mm，总修磨量612mm以及闭合状态下凸模固定板与卸料板之间的安全距离L1=1520mm。,（1）压应力校核 冲裁时，凸模承受的压应力必须小于凸模材料强度允许的压应力p 即 p=F/Ap 圆形凸模按下式校核： dmin4t/p 非圆形凸模按下式校核： AminF/p,4凸模强度校核,式中 dmin（Amin）凸模最小直径（mm）（截面积，mm2）； t板料厚（mm）； 毛坯材料抗剪强度（MPa）； F冲裁力(N)； p凸模材料许用压应力（MPa）。,p的值决定于凸模材料的热处理和凸模的导向性。一般工具钢如T10A、Cr12、Cr12MoVV等淬火至5862HRC，p=10001600MPa。 凸模允许的最小相对直径 （d/t）min见表8.23。,（2）失稳弯曲应力校核,失稳弯曲采用杆件受轴向压力的欧拉公式进行校核。 圆形凸模无导向装置按下式计算： Lmax95d2min/ 圆形凸模有导向装置按下式计算： Lmax270d2min/ 非圆形凸模无导向装置按下式计算： Lmax425,非圆形凸模有导向装置按下式计算： Lmax1200 式中 Lmax允许的凸模最大自由长度mm； dmin凸模最小直径（mm）； F冲裁力（N）； I凸模最小横截面的惯性矩（mm4）。,8.9.2 凹模（工作零件）,1凹模的结构形式及固定 国家标准（GB2863.4-81及GB2863.5-81）所列的圆形凹模结构见图8.37所示，其中图8.37（c）、（d）为带肩圆凹模。圆形凹模推荐采用材料为9Mn2V、T10A、Cr6WV、Cr12，热处理硬度为HRC58HRC62。,图8.37 标准圆凹模,常见的凹模结构形式有整体式凹模和组合式凹模两种形式。 图8.38（a）所示为整体式凹模结构，其特点是制造简单,一般用于中、小型制件的冲压；,（a） （b） 图8.38 组合式和整体式凹模,图8.38（b）所示为组合式凹模结构，非工作部分用普通钢材制造，凹模2以过渡配合压装在凹模套1（或固定板）内，然后再用螺钉和销钉把凹模套紧固在模板上。 这种凹模适用于冲制大、中型工件上的小孔。,凹模的刃口孔型常用的有如图8.39所示的几种，凹模孔型参数见表8.24。 其中图8.39（a）型为直壁形。 适用于形状复杂或精度要求较高冲件的冲裁。,2凹模的刃口形式及应用,图8.39（b）型为锥形。 适用于形状简单或精度要求不高冲件的冲裁。,图8.39（c）型为凸台式凹模 适用于冲裁软而薄（0.3mm以下）的金属与非金属材料。 这种凹模硬度不高于HRC35HRC38，可以用锤敲打凸台斜面以调整模具间隙,图8.39 凹模刃口形式,镶拼结构一般有拼接与镶接两种。 拼接是将整体的凹模分割成若干块拼接起来； 镶接则是将局部形状分割出再镶入,如图8.40（a）所示。,3镶拼式结构的凹模,镶拼式结构的优点 制造容易、节约模具钢、减少热处理并减少应力集中，而且也更利于修理和更换。 镶拼凹模分块位置如图8.40（b）所示。,图8.40 镶拼式凹模及分块位置,（a） （b）,4凹模的外形尺寸,凹模的外形一般有矩形和圆形两种 圆形凹模已经标准化，非圆形凹模应根据实际应用中常用经验公式，如图8.41所示。 凹模厚度 H=Kb（15mm） 凹模壁厚 C=（1.52）H（30mm）,图8.41 凹模外形尺寸,式中 b冲裁件的最大外形尺寸（mm）； K系数，考虑板厚影响，见表8.25。 凹模刃口轮廓线至边缘的尺寸可根据刃口形状用下式确定，如图8.42所示。,图8.42 凹模刃口至边缘尺寸,刃口轮廓为平滑曲线时：c=c11.2H 刃口轮廓为直线时：c=c21.5H,表8.25 K值系数,刃口轮廓为复杂形状或尖角时： c=c32.0H（H为凹模厚度）。 为固定凹模，凹模上有与下模座相连的螺钉孔和销钉孔，为保证凹模强度，钉孔至刃口边和钉孔之间要有一定距离，其最小值可参考表8.26。,表8.26 螺孔、销孔之间及至刃口边的最小距离（mm）,表8.27 不同厚度凹模的紧固螺钉选用及许可承载能力,5凸凹模,复合模中最关键的一个零件是凸凹模。,凸凹模的最小壁厚受冲模结构影响： 对正装复合模，凸凹模装在上模，内腔不会积存工件或废料，内胀力小，最小壁厚值可小些； 对倒装复合模，则反之，最小壁厚值可取大些。 正装复合模的最小壁厚见表8.28。,表8.28 凹模最小壁厚,8.9.3 定位零件,冲模的定位零件主要由导料装置和挡料、导正装置，定位装置组成。 a.导料装置由导料板、导料销、承料板和侧压装置等组成 b.挡料装置有挡料销、定距侧刃等 c.定位装置主要指定位板和定位销 一般在连续模中内孔与外形的精确定位用导正销；单个毛坯的定位则用定位板（销）,1导料板（导尺）、导料销,导料板的作用 是保证条料或带料的送进方向，它有与卸料板分离和联成整体两种结构。 为使条料顺利通过，两导料板间距离Bo为条料最大宽度加上间隙值。 导料板间距离： Bo=D+2（b+）+F,表8.29 条料与导料板之间的空隙（mm）,式中 D垂直于送料方向的冲裁件尺寸（mm）； b最小侧面搭边（mm）；条料剪切误差（mm）； F条料与导料板之间的空隙（mm），见表8.29。 导料板厚度H根据材料厚度t和挡料销高度h等而定，见表8.30。,表8.30 导料板的厚度（mm）,标准导料板（导尺）可按国标选取。长度尺寸L应等于凹模长度 如果凹模带有承料板，则导尺长度L等于凹模长度与承料板长度Lc之和，见图8.43所示。 当条料从右向左送进时，与材料相靠的基准导料板（销）在后侧；从前向后送料时，基准导板在左侧。,图8.43 导尺结构尺寸图,2承料板和侧压装置,承料板的作用 扩大冲压板料受承托部分的长度，便于送进。,导料销一般用两个，导料销压装在凹模上为固定式，在卸料板上为活动式 导料销一般用于单工序模和复合模。,侧压装置的作用 将条料推向基准导料板一侧，以消除条料宽度误差。当条料宽度尺寸公差较大，常在进料方向的一侧装侧压装置，侧压装置形式见图8.44所示。,图8.44 侧压装置形式,簧片和簧片块式结构简单，常用于材料厚度在lmm以下的薄料 弹簧压块式侧压力较大，适用于冲裁厚料，一般设23个；,压板式的侧压力大且均匀，它的位置一般在进料口，适用于有侧刃定位和有挡料装置的级进模。 双压板式能保证条料的中心位置不变，常用于无废料排样，但其结构较为复杂；,3挡料销,挡料销用于限定条料的送进距离，抵住条料的搭边或工作轮廓，起定位作用。 挡料销主要有活动挡料销、固定挡料销、初始挡料销等。 固定挡料销分圆形和钩形两种，一般装在凹模上。,钩形档料销销孔远离凹模刃口，不会削弱凹模强度。为防止形状不对称的钩头转动，需加定向销，增加了结构的复杂性。固定挡料销的标准结构见图8.45,图8.45 固定挡料销（GB2866.11-81）,应用见图8.46。 固定挡料销适用于手工送料的简单模或连续模及较厚材料的冲裁。 送进时，需要人工抬起条料送进，并将条料套入下一个孔中，回带或向前抵住搭边而定位。,图8.46 固定挡料销,活动挡料销的后端有弹簧或弹簧片作用，挡料销能自由伸缩。 销子一般做成带倒角或做出斜面，以便于条料通过，如图8.47所示。,图8.47 活动挡料销 1. 挡料销 2. 弹簧 3. 螺钉,图8.48 初始挡料销（GB2866.1-81）,初始挡料销又称临时挡料销 它的作用是条料首次送进时的定位 初始挡料销的常见结构如图8.48所示。,4侧刃,侧刃定距是通过在条料侧边冲切掉少量材料来达到限定条料送进距离的目的 根据断面形状侧刃可分为A、B、C型。 A型侧刃制造简单，但容易磨损并在条料侧边形成的毛刺，会影响送进和定位。,B、C型侧刃的尖角磨损后产生的毛刺在条料的缺口内，不会影响条料的送进和定位,同时，侧刃的工作端面有做成平的（型）和做成台阶的（型） 型多用于冲裁厚料，冲裁前侧刃凸出部分首先进入凹模进行导向，从而避免侧压力对侧刃的破坏。 侧刃标准结构见图8.49所示。,图8.49 侧刃结构（GB2865.1-81）,侧刃的数量可以是12个，两个侧刃可对称或对角布置。侧刃凸、凹模根据冲孔模设计原则，侧刃凹模孔按侧刃凸模配制，取单面间隙，侧刃长度为 S=步距公称值+（0.050.1）mm 侧刃宽度B为610mm。 侧刃制造公差取负值，一般为0.02mm。两对角侧刃之间距离为步距的整数倍。,冲模工作时，侧刃像凸模一样切去条料上等于步距的料边，条料则可以向前送进一个步距，这种定位形式准确、可靠，侧刃定距原理见图8.50所示。,图8.50 侧刃定距,5导正销,导正销的结构形式如图8.51所示，根据孔的尺寸选用。 导正销的工作部分由导入和定位两部分组成。导入部分一般为圆弧或圆锥过渡，定位部分为圆柱面 其高度可取（0.50.8）t。圆柱直径取间隙配合h6或h9。,图8.