冲裁工艺与模具设计PPT幻灯片课件.ppt

2019/11/24,1,第二章冲裁工艺与模具设计,主讲：闫洁,2019/11/24,2,1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（级进模和复合模）及特点。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：,2019/11/24,3,冲裁是使材料的一部分相对于另一部分发生分离。冲压加工方法中的基本工序。包括：落料、冲孔、切边、切口、冲缺、整修等。,2019/11/24,4,冲裁之后，材料被分离成两部分，一般为冲落部分和带孔部分。若为了制取一定的外形轮廓和尺寸的工件，即被冲下的料为所需部分，而剩下部分为废料，则这种冲裁工序为落料。若为了加工一定形状、尺寸的内孔，则被冲下的料为废料，而剩余部分为所需的部分。这种冲裁工序为冲孔。,2019/11/24,5,本章主要内容,1.冲裁变形过程及其影响因素2.冲裁件断面质量分析及其影响因素3.冲裁力、卸料力、推件力的计算4.降低冲裁力的方法5.冲裁间隙对冲裁的影响。6.合理间隙值的选择和确定。7.冲裁件排样的类别及其选择原则。8.冲裁件的工艺分析和冲裁工艺方案的确定。,2019/11/24,6,本章的关键词：,冲裁、落料、冲孔断面特征区（园角带、光亮带、断裂带、毛刺）冲裁间隙、冲裁力、卸料力模具寿命、刃口尺寸、排样、搭边、冲裁工艺性、复合模、级进模（连续模）。,2019/11/24,7,1.冲裁变形过程及其影响因素,第一阶段：弹性变形阶段第二阶段：塑性变形阶段第三阶段：断裂分离阶段,2019/11/24,8,2019/11/24,9,冲裁变形过程,2019/11/24,10,2.冲裁件断面质量分析及其影响因素,2.1普通冲裁件的四个断面特征区：园角带（又称塌角带）：凸模下降，产生初始塌角，带动周边塑性变形阶段。光亮带：产生于塑性变形阶段，断面较光洁平整，是质量最佳的一段。断裂带：撕裂造成的，表面粗糙而无光泽，并带有锥度。毛刺区：产生微裂时便产生毛刺。,2019/11/24,11,2019/11/24,12,2019/11/24,13,a）冲孔件b）落料件,2019/11/24,14,冲裁件质量是指断面状况、尺寸精度和形状误差。断面状况尽可能垂直、光洁、毛刺小。尺寸精度应该保证在图纸规定的公差范围之内。零件外形应该满足图纸要求；表面尽可能平直，即拱弯小。影响零件质量的因素：材料性能、间隙大小及均匀性、刃口锋利程度、模具精度以及模具结构形式等。,2019/11/24,15,2.2影响断面质量的主要因素,()材料性能的影响。材料塑性好，冲裁时裂纹出现得较迟，材料被剪切的深度较大，所得断面光亮带所占的比例就大，圆角也大。而塑性差的材料，容易拉断，材料被剪切不久就出现裂纹，使断面光亮带所占的比例小，圆角小，大部分是粗糙的断裂面。,2019/11/24,16,2.2影响断面质量的主要因素,()模具间隙的影响。冲裁时，断裂面上下裂纹是否重合，与凸、凹模间隙值的大小有关。当凸、凹间隙合适时，凸、凹模刃口附近沿最大切应力方向产生的裂纹在冲裁过程中能会合，此时尽管断面与材料表面不垂直，但还是比较平直、光滑、毛刺较小，制件的断面质量较好。,2019/11/24,17,当间隙增大时，材料内的拉应力增大，使得拉伸断裂发生早，于是断裂带变宽；光亮带变窄；弯曲变形增大，因而塌角和拱弯也增大。当间隙减小时，变形区拉应力成分减小，塑性变形增加，裂纹受抑制而推迟，上、下裂纹不重合。在两条裂纹之间的材料将被第二次剪切。当上裂纹压入凹模时，受到凹模壁的挤压，产生第二光亮带，同时部分材料被挤出，在表面形成薄而高的毛刺。,2019/11/24,18,a）间隙过小b）间隙合理c）间隙过大,2019/11/24,19,2.2影响断面质量的主要因素,()模具刃口状态的影响。刃口锋利，毛刺小。刃口磨损，毛刺大。,2019/11/24,20,a）凹模磨损b）凸模磨损c）凸、凹模均磨损,2019/11/24,21,3.冲裁力、卸料力、推件力的计算,3.1冲裁力概念及计算冲裁力是指板料或卷料上冲出所需轮廓尺寸的工件和进行冲孔时材料对凸模最大抵抗力。冲裁力大小是随凸模进人材料的深度(凸模行程)而变化。,2019/11/24,22,3.1冲裁力概念及计算,用普通平刃口模具冲裁时，其冲裁力F一般按下式计算：,式中F冲裁力；L冲裁周边长度；t材料厚度；K系数；材料抗剪强度；,F=KLt,2019/11/24,23,3.2卸料力及推件力的计算,由于材料的弹性回复（包括径向弹性回复和弹性翘曲的回复）及摩擦的存在，将使冲落部分的材料梗塞在凹模内，而冲裁剩下的材料则紧箍在凸模上。卸料力从凸模上将零件或废料卸下来所需的力。推件力顺着冲裁方向或把废料从凹模腔推出所需的力。顶件力逆着冲裁方向将零件或废料从凹模腔顶出的力。,2019/11/24,24,3.2卸料力及推件力的计算,经验公式：,2019/11/24,25,4.降低冲裁力的方法,为了实现小设备冲裁大工件，或使冲裁过程平稳以减少压力机振动，常用下列方法来降低冲裁力。阶梯凸模冲裁斜刃口冲裁加热冲裁（红冲）,2019/11/24,26,阶梯凸模冲裁,2019/11/24,27,斜刃口冲裁,2019/11/24,28,加热冲裁（红冲）金属在常温时其抗剪强度是一定的，但是，当金属材料加热到一定的温度之后，其抗剪强度显著降低，所以加热冲裁能降低了冲裁力。但加热冲裁易破坏工件表面质量，同时会产生热变形，精度低，因此应用比较少。,2019/11/24,29,5.冲裁间隙对冲裁的影响,5.1.冲裁间隙的概念：冲裁间隙是指冲裁凸模与凹模之间工作部分的尺寸之差，即：Z=D凹D凸冲裁间隙不仅对冲裁件的质量起决定性的作用，而且直接影响模具的使用寿命,2019/11/24,30,5.2间隙对断面质量的影响,2019/11/24,31,5.3间隙对尺寸精度的影响,由于弹性变形的存在，冲裁结束后出现弹性恢复，使尺寸与凸凹模刃口尺寸产生尺寸偏差，而弹性变形大小与冲裁间隙有直接的关系。,2019/11/24,32,5.4间隙对冲裁力的影响,冲裁间隙对冲裁力的影晌规律是间隙越小,变形区内压应力成分越大,拉应力成分越小,材料变形抗力增加,冲裁力就越大。反之,间隙越大,变形区内拉应力成分就越大,变形抗力降低,冲裁力就小。间隙达材料厚的5%-20%时，冲裁力下降不明显。当单边间隙Z增大到材料厚度的15%-20%时，卸料力为0。,2019/11/24,33,5.5间隙对模具寿命的影响,由于工件与凸、凹模侧壁之间有摩擦的存在，间隙小，摩擦大，模具寿命短。冲裁过程中,凸模与被冲孔之间，凹模与落料件之间均有摩擦，而且间隙越小，摩擦越严重。所以过小的间隙对模具寿命极为不利，而较大的间隙可使凸模与凹模的侧面与材料间的摩擦减小，并能减缓间隙不均匀的影响，从而提高模具的寿命。,2019/11/24,34,5.6间隙对卸料力和推件力的影响,随着间隙增大，使冲孔的尺寸增大，使落料件的尺寸减小，因此从凸模上卸料或从凹模上推出都较省力，即大间隙可以减小卸料力和推件力。,2019/11/24,35,冲压实际生产中，主要根据冲裁件的断面质量、尺寸精度和模具寿命这三个因素综合考虑，给间隙规定一个范围。在设计、制造时，不论冲孔、落料应采用最小合理间隙Zmin,2019/11/24,36,6.合理间隙值的选择和确定,6.1合理间隙的选择把间隙选择在彼此比较接近的某一区域内作为合理间隙，即最小合理间隙Zmin与最大合理间隙Zmax之间。生产中是以不同材料与厚度来确定间隙数值。理论计算法：较复杂。查表选取法：目前生产上普遍应用。,2019/11/24,37,6.2凸、凹模刃口尺寸计算原则：落料模先确定凹模刃口尺寸落料时，以凹模为基准刃口。冲孔模先确定凸模刃口尺寸冲孔时，以凸模为基准刃口；选择模具刃口公差时，a，一般冲模精度比工件精度高23级。b，工件未注公差时，非园形按IT14级，园形按IT10级。c，工件按“入体”原则标注（即标注公差向实体单向标注）。1）轴尺寸按基轴制标注，上偏差为零，下偏差为负，即d2）孔尺寸按基孔制标注，上偏差为正，下偏差为零，即D3）对于中心距等尺寸标注对称上下标，即A,2019/11/24,38,为了减少模具刃口制造误差对间隙的影响，有分开加工和配合加工两种加工方法，偏差的计算也不同。凸模与凹模分开加工：（适用于圆形或形状简单的制件）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。凸模与凹模配合加工：（对于冲压形状复杂制件的模具，为了保证冲裁凸模、凹模间有一定的间隙，必须采用配合加工。）此方法是先做好基准件，然后以此基准件的实际尺寸来配作加工另外一件。Zmin易保证，无互换性、制造周期长。,2019/11/24,39,6.2.1按凸模与凹模图样分别加工法,（1）落料（2）冲孔（3）孔心距,=L,2019/11/24,40,6.2.1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+ZminZmax，选取必须满足以下条件：凸、凹模的制造公差，可按级来选取，也可查表2.4.1选取，但需校核。或取,2019/11/24,41,6.2.2按凸模与凹模配作法,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。特点：模具的间隙由配制保证，工艺比较简单，不必校核。的条件，并且还可放大基准件的制造公差，使制造更容易。,2019/11/24,42,7.冲裁件排样的类别及其选择原则,冲裁件在条料、带料或板料上的布置方法叫排样。合理的排样是提高材料利用率、降低成本，保证冲件质量及模具寿命的有效措施。冲裁件的实际面积与所用板料面积的百分比叫材料利用率。它是衡量合理利用材料的经济性指标。一个步距内的材料利用率,式中：A在一个步距内冲裁件的实际面积；B条料宽度；S步距。,2019/11/24,43,一张板料(或带料、条料)上总的材料利用率,2019/11/24,44,7.1排样的分类,*按废料的角度划分有废料、少废料、无废料*按工件在材料上的排列形式划分直排、斜排、对排、混合排、多排等,2019/11/24,45,a）有废料b）少废料c）无废料d）无废料,2019/11/24,46,结构废料工艺废料,废料,提高材料利用率主要从减少工艺废料入手,2019/11/24,47,7.2搭边值的确定,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叫搭边。搭边的作用：补偿定位误差和剪板误差，确保冲出合格零件；增加条料的刚度，方便条料送进，提高劳动生产率；避免冲裁时条料边缘的毛刺被拉入模具间隙，从而提高模具寿命。,2019/11/24,48,7.2.1影响搭边值的因素(1）材料的力学性能(2）材料厚度(3）冲裁件的形状与尺寸(4）送料及挡料方式(5）卸料方式7.2.2搭边值的确定搭边值是由经验确定的。,2019/11/24,49,7.3条料宽度的确定,在排样方案和搭边值确定之后，就可以确定条料的宽度，进而确定导料板间的距离。条料宽度的计算按照以下两种情况考虑：,有侧压装置,无侧压装置,2019/11/24,50,侧刃装置,单边平侧刃,单边齿型侧刃,2019/11/24,51,8.冲裁件的工艺性分析和冲裁工艺方案的确定,8.1冲裁件的工艺性即冲裁件对冲压工艺的适应能力。代表冲裁件的结构形状、尺寸、工件精度等在冲裁的难易程度。8.1.1冲裁件的结构工艺性冲裁件的形状冲裁件内形及外形的转角,2019/11/24,52,8.1冲裁件的工艺性8.1.1冲裁件的结构工艺性（续）,冲裁件上凸出的悬臂和凹槽冲裁件的孔边距与孔间距在弯曲件或拉深件上冲孔时,2019/11/24,53,8.1冲裁件的工艺性8.1.2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。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。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12.53.2m。,2019/11/24,54,8.1冲裁件的工艺性,8.1.3冲裁件尺寸标注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。,2019/11/24,55,8.2冲裁工艺方案的确定,8.2.1冲裁工序的组合冲裁工序的组合方式可分为：单工序冲裁、复合冲裁和级进冲裁。所使用的模具对应为：单工序模、级进模、复合模。单工序模：在压力机一次行程内只完成一个冲压工序的冲裁模。级进模：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。复合模：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。,2019/11/24,56,1-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,导柱式单工序落料模,2019/11/24,57,1-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,导柱式单工序冲孔模,2019/11/24,58,复合模（多工序冲裁模）定义：冲床一次行程中，在模具同一位置上能完成几个不同冲裁工序的模具。结构特点：一副模具有一个凸凹模。（图为复合模的结构原理图）分类：正(顺)装式复合模倒装式复合模。正装式复合模（图为正装式复合模的典型结构）适用：制件平直度要求较高或冲裁时易弯曲的大而薄的制件。缺点：操作不方便，也不安全，不适用于多孔制件的冲裁。倒装式复合模(图倒装式复合模)特点：操作方便、安全应用：平直度要求不高，多孔厚板制件的冲裁。复合冲裁模的特点：1）制件形位尺寸精度较高。2）制件冲孔与落料的毛刺同在一侧。3）可以节省材料。4）模具的体积较小，模具结构紧凑。5）制件内外形尺寸直接影响凸凹模强度。6）生产效率高。由于凸凹模的壁厚受到限制，复合模适宜冲裁生产批量大，精度要求高、厚度不大于3mm的形状复杂软料和薄料。,2019/11/24,59,复合模结构原理图,2019/11/24,60,正（顺）装式复合模的典型结构,正（顺）装式复合模的典型结构,2019/11/24,61,倒装式复合模,倒装式复合模,2019/11/24,62,级进冲裁模：一次行程中，在不同的位置上同时完成多道冲裁工序（如冲孔、落料等）。关键问题：毛坯定位级进模常用以下几种典型结构：用固定挡料销和导正销定位用侧刃定距特点：（侧刃的长度等于步距）侧刃作用：是在冲床的每次行程中，沿条料边缘冲下一块长度等于步距的料边。优点：操作方便，定位准确，生产率高。缺点：结构复杂，材料损失大。应用：厚度小于0.5mm的薄板或不便使用定位销、导正销定位时。级进冲裁模的特点：优点：生产率高，制件精度高，便于自动化，操作方便安全。缺点：结构尺寸大，制造复杂，成本高。,2019/11/24,63,级进模与复合模相比的特点:(1)具有比复合模更高的生产率。(2)不存在“最小壁厚”问题，模具的强度高，寿命较长。(3)操作安全，易于实现自动化.(4)比复合模的制件精度低。,2019/11/24,64,1-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,导正销定距的冲孔落料级进模,2019/11/24,65,1-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,双侧刃定距的冲孔落料级进模,2019/11/24,66,8.2.1冲裁工序的组合（续）