冲裁工艺及冲裁模具(1).ppt

,第三章冲裁工艺及冲裁模具,本章要点本章主要讲述冲裁过程变形分析、冲裁件质量分析及冲裁间隙、冲裁件工艺性分析、凸模和凹模工作部分尺寸计算、冲裁力的计算、冲裁工件的排样方法、冲裁模具分类、冲裁模典型结构及特点等内容,第三章冲裁工艺及冲裁模具,一、基本概念冲裁：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。包括:落料、冲孔、切断、修边等工序,冲裁模: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。作用：,分类:普通冲裁、精密冲裁,3.1冲裁变形过程分析普通冲裁工作(如图3-1）。,第三章冲裁工艺及冲裁模具,图3-1落料与冲孔1-工作台2-凹模3-板料4-凸模,普通冲裁板料分离过程1.弹性变形阶段凸模与板料接触并压下板料，板料产生上翘，下拱。但板料内部应力小于屈服极限。在板料与凸模、凹模接触处出现微痕为止。卸载后，板料能恢复原状。2.塑性变形阶段板料内部应力达到并超过屈服极限，此时凸模挤入材料。材料挤入凹模洞口。直到应力达到强度极限，板料与凸、凹模接触处出现微裂为止。3.断裂分离阶段板料内部应力大于强度极限后，第二阶段产生的微裂逐渐扩大，上、下裂纹重合，板料产生分离。图3-2冲裁变形过程,第三章冲裁工艺及冲裁模具,冲裁件断面质量1.断面特征（如图3-3）（1）圆角带。（2）光亮带。（3）断裂带。（4）毛刺。,第三章冲裁工艺及冲裁模具,图3-3冲裁件断面特佂1毛刺2断裂带3光亮带4圆角带,2.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，光亮带较大，断裂带较小，但塌角及毛刺高度相应增大。反之，光亮带较小，断裂带增大，塌角及毛刺较小。3.冲裁条件对断面质量的影响同一种材料，由于冲裁条件不同，在断面上形成的各个区域的比例也不相同。,第三章冲裁工艺及冲裁模具,第三章冲裁工艺及冲裁模具,3.2冲裁件质量分析及冲裁间隙3.2.1冲裁件质量分析从三个方面考察冲裁件质量：保证一定的尺寸精度，良好的断面质量，无明显的毛刺。,冲裁件质量：,垂直、光洁、毛刺小,图纸规定的公差范围内,外形满足图纸要求；表面平直，即拱弯小,指断面状况、尺寸精度和形状误差。,第三章冲裁工艺及冲裁模具,1.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。影响冲裁件尺寸精度的因素：冲裁模制造精度、材料性质、冲裁间隙、工件形状和尺寸。（1）冲裁模的制造精度。精度越高，制件精度也越高；（2）材料性质。软材料弹性变形量较少，冲裁后的回弹值亦小，精度高，硬材料，情况相反；（3）冲裁间隙。当模具制造精度确定后: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。（4）冲裁件的形状。形状越简单，精度越高。,2.断面质量冲裁间隙对断面质量起决定作用。,第三章冲裁工艺及冲裁模具,第三章冲裁工艺及冲裁模具,第三章冲裁工艺及冲裁模具,3.毛刺产生毛刺的原因：（1）冲裁间隙不合理。间隙过大，产生明显的拉断毛刺；间隙过小，产生尖锐的挤出毛刺。（2）凸模或凹模刃口磨钝后形成圆角，这是产生毛刺的主要原因。当凸模、凹模刃口带有圆角后，在冲裁时削减了应力集中而增大了变形区域，产生的裂纹偏离刃口，凸、凹模间金属在剪裂前有很大的拉伸，这就产生了毛刺。,第三章冲裁工艺及冲裁模具,模具刃口状态对断面质量的影响,3.2.2冲裁间隙冲裁间隙是指冲裁凸、凹模之间工作部分的尺寸之差,Z=D凹-D凸,（如图3-4）。,第三章冲裁工艺及冲裁模具,图3-4冲裁间隙,第三章冲裁工艺及冲裁模具,间隙对模具寿命的影响模具寿命,总寿命,刃口寿命,间隙过小-加剧模具刃口磨损，故在保证冲件质量的前提下,应适当采用较大的间隙值。,1）冲裁件断面质量及制造公差要求较高时，其间隙应取较小值；2）冲裁件断面质量没有严格要求时，应取较大间隙，以降低冲压力及提高模具寿命；3）计算冲裁模刃口尺寸时，考虑到模具在使用过程中的磨损，应按最小合理间隙值计算。,间隙值的确定：1.理论计算法。2.经验确定法。Z=ct式中t材料厚度，单位mm；c系数，与材料性能及厚度有关。当t3mm时软钢、纯铁c=(69)%c=(1519)%铜、铝合金c=(610)%c=(1621)%硬钢c=(812)%c=(1725)%3.查表法。生产上一般采用查表法。,第三章冲裁工艺及冲裁模具,理论依据：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,查表3-2、3-3,3.3冲裁件工艺性分析冲裁件的工艺性是指冲裁件对冲压工艺的适应性能，即冲裁件的结构形状、尺寸大小、工件精度等对冲裁加工难易程度的影响。影响冲裁件工艺性的主要因素：1.冲裁件形状与尺寸（1）冲裁件的结构形状应力求简单、对称；（2）应避免尖角，并以圆角过渡,rmin0.5t；（3）孔径不能过小，见表3-4；（4）孔间距、孔壁与孔壁之间的最小距离不应太小,一般c2t,且c3-4mm。,第三章冲裁工艺及冲裁模具,（5）在弯曲或拉深零件上冲孔时，其孔壁与零件直壁之间应保持一定的距离（如图3-5）。,第三章冲裁工艺及冲裁模具,图3-5弯曲件和拉深件上的冲孔位置,（6）零件外形应尽量采用少、无废料结构设计。（7）零件的结构尺寸应尽可能设计成对称形或互成比例。2.冲裁件的精度对于普通冲裁，冲裁件的尺寸精度在IT10IT11以下，粗糙度高于Ra12.5m。冲孔精度可比落料精度高一级。对于普通冲裁，冲孔件公差最好低于IT9级；落料件公差最好低于IT10级。,第三章冲裁工艺及冲裁模具,冲裁件的尺寸基准冲裁件的尺寸基准应尽可能和制模时的定位基准重合，孔位置尺寸基准应尽量选择在冲裁过程中始终不参加变形的面或线上。,第三章冲裁工艺及冲裁模具,第三章冲裁工艺及冲裁模具,3.4凸模和凹模工作部分尺寸计算3.4.1工作部分尺寸计算原则,落料时因D工=D凹先确定D凹(即以D凹为准),又因D工随D凹的磨损而增大D凹=DG较小,D凸=D凹-Zmin,冲孔时因d工=d凸先确定d凸(即以d凸为准),又因d工随d凸的磨损(即)而d凸=d工较大,d凹=d凸+Zmin,第三章冲裁工艺及冲裁模具,1.先确定基准件落料：以凹模为基准，间隙取在凸模上；冲孔：以凸模为基准，间隙取在凹模上。2.考虑冲模的磨损规律落料模：凹模基本尺寸应取最小极限尺寸；冲孔模：凸模基本尺寸应取最大极限尺寸。3.凸、凹模刃口制造公差应合理形状简单的刃口制造偏差：按IT6-IT7级或查教材表3-5；形状复杂的刃口制造偏差：取冲裁件相应部位公差的1/4；对刃口尺寸磨损后无变化的制造偏差：取冲裁件相应部位公差的1/8并冠以（）。,第三章冲裁工艺及冲裁模具,4.冲裁间隙采用最小合理间隙值（）凸凹模磨损到一定程度情况下,仍能冲出合格制件。5.尺寸偏差应按“入体”原则标注落料件上偏差为零,下偏差为负；冲孔件上偏差为正,下偏差为零。,第三章冲裁工艺及冲裁模具,3.4.2工作部分尺寸计算方法,分别加工法-分别规定凸模和凹模的尺寸和公差大小来保证间隙要求,单配加工法-用凸模和凹模相互单配的方法来保证配合间隙,第三章冲裁工艺及冲裁模具,1.凸模和凹模分开加工时工作部分尺寸计算凸模和凹模分开加工时,应分别计算和标注凸模和凹模工作部分尺寸与制造公差。适合圆形或形状简单的凸模和凹模及大量生产冲模时采用。模具的制造公差与冲裁间隙之间应满足：|p|d|ZmaxZmin如果|p|d|ZmaxZminp0.4(ZmaxZmin)d0.6(ZmaxZmin)（1）冲孔（设工件孔的尺寸为d0+）凸模刃口尺寸：（3-3）,第三章冲裁工艺及冲裁模具,凹模刃口尺寸：（3-4）（2）落料（设工件孔的尺寸为D0-）凹模刃口尺寸：（3-5）凸模刃口尺寸：（3-6）,第三章冲裁工艺及冲裁模具,第三章冲裁工艺及冲裁模具,图3-6垫圈,第三章冲裁工艺及冲裁模具,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。,第三章冲裁工艺及冲裁模具,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180.09由冲孔同时获得。查表33得，,由落料获得，,，则,第三章冲裁工艺及冲裁模具,由公差表查得：,查表3.6，取x=0.75；,设凸、凹模制造公差查表3-5，则p=-0.02,d=+0.02冲孔：,校核：,0.02+0.020.06-0.04(不满足间隙公差条件）,查表3.6，取x=0.5；,第三章冲裁工艺及冲裁模具,因此,按下面公式取模具制造公差,=0.40.02=0.008,=0.60.02=0.012,因此,第三章冲裁工艺及冲裁模具,孔距尺寸：,=L/8=180.12520.09=(180.023)mm,校核：0.03+0.02=0.050.02（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：,=0.40.02=0.008mm,=0.60.02=0.012mm,落料：,第三章冲裁工艺及冲裁模具,故：,2.凸模和凹模配合加工时工作部分尺寸计算配合加工方法是先按工件的尺寸和公差制造出凹模或凸模中的一个(基准件，一般落料件先加工出凹模，冲孔件先加工出凸模)，然后以此件为基准件再按最小合理间隙配作另一件。特点：（1）模具的冲裁间隙在配作中保证，不需受到|p|d|ZmaxZmin条件限制，加工基准件时可适当放大公差，使加工容易。根据经验，普通冲裁模具的制造偏差p或d一般可取/4（为工件公差）。,第三章冲裁工艺及冲裁模具,（2）尺寸标注简单，只要把基准件的工作部分的尺寸及公差在图样上标注清楚，另一件只需在图样的技术要求中注明“凸模（或凹模）按凹模（或凸模）的实际尺寸配作，保证配合间隙”即可。但该方法制造的凸模、凹模是不能互换的。,第三章冲裁工艺及冲裁模具,第三章冲裁工艺及冲裁模具,冲孔零件、凸模图,冲压件,凸模,第三章冲裁工艺及冲裁模具,落料件、凹模图,冲压件,凹模,落料件、凹模图,一个凸模或凹模会同时存在着三类不同磨损性质的尺寸：凸模或凹模磨损会变大的尺寸；凸模或凹模磨损后会变小的尺寸；凸模或凹模磨损后大小不变的尺寸。,第三章冲裁工艺及冲裁模具,复杂形状落料件和凹模工作部分形状及尺寸：,第三章冲裁工艺及冲裁模具,图3-7落料件和落料凹模尺寸a）工件尺寸b）落料凹模尺寸,第三章冲裁工艺及冲裁模具,复杂形状冲孔件和凸模工作部分形状及尺寸,第三章冲裁工艺及冲裁模具,(a)工件图(b)凸模刃口图图38冲孔形状和凸模刃口图,冲裁件材料为45钢，料厚t=0.3mm。零件图如右图计算冲裁凸、凹模刃口尺寸及公差。,查表得:Zmin=0.04Zmax=0.06。根据表3.6得:,x=0.5;本冲裁件形状复杂，且为薄料，为了确保凸、凹模之间的间隙值，必须采用配合加工。且以凹模为基准件，根据凹模磨损后尺寸的变化情况，将零件尺寸分类：,A类尺寸：B类尺寸：C类尺寸：按照配合加工时凹模刃口计算公式:,凸模的刃口尺寸按凹模实际尺寸配置，并保证双面间隙0.040.06.,3.5冲裁力的计算3.5.1冲裁力的计算1.冲裁力是指从板料或卷料上冲出所需轮廓尺寸的工件或坯料以及在工件或坯料上冲孔时，材料对凸模的最大抵抗力，也就是压力机在此时应具有的最小压力。2.计算冲裁力的目的选用合适的压力机、设计模具以及检验模具强度。,第三章冲裁工艺及冲裁模具,3.冲裁力普通平刃口冲裁力：FP=kLt（3-17）式中：FP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（MPa）；k系数，是考虑到实际生产中的各种因素影响而给出的，通常取k=1.3。对同一种材料，一般其强度极限b=1.3，则冲裁力也可按下式计算：FP=Ltb(3-18),第三章冲裁工艺及冲裁模具,3.5.2降低冲裁力的方法1.斜刃冲裁（如图3-9）,第三章冲裁工艺及冲裁模具,图39斜刃口冲裁模,第三章冲裁工艺及冲裁模具,图3-10阶梯凸模冲裁,2.阶梯冲裁（如图3-10）图310阶梯凸模冲裁3.加热冲裁,3.5.3卸料力、推件力和顶件力的计算卸料力是将工件或废料从凸模上卸下时所需的力；推件力是将工件或废料顺着冲裁方向从凹模内推出的力；将工件或废料从凹模洞口逆冲裁方向顶出所需的力，称为顶件力（如图3-11）。,第三章冲裁工艺及冲裁模具,图3-11卸料力、推件力和顶件力,卸料力:FPx=KxFP(3-19)推件力:FPt=nKtFP(3-20)顶件力:FPd=KdFP(3-21)式中FPx、FPt、FPd分别为卸料力、推件力和顶件力；Kx、Kt、Kd分别为卸料力系数、推件力系数和顶件力系数，其值见表3-7；P冲裁力；n同时卡在凹模洞口内的件数，对圆柱形凹模洞口，n=H/t(H为洞口柱形的高度，t为材料厚度)；当采用锥形洞口时，因无工件卡在凹模内，故不计推件力。,第三章冲裁工艺及冲裁模具,3.5.4总冲压力的计算原则：压力机公称压力总冲压力总冲压力：刚性卸料装置+自然漏料方式（下出件）FPz=FP+FPt=FP+nKtFP（3-22）弹性卸料装置+弹性顶件装置（上出件）FPz=FP+FPx+FPd=FP+KxFP+KdFP（3-23）弹性卸料装置+自然漏料方式（下出件）FPz=FP+FPx+FPt=FP+KxFP+nKtFP(3-24）上式中FPz为总冲压力，即压力机应给出的最小压力。,第三章冲裁工艺及冲裁模具,3.6冲裁工件的排样方法排样是指冲裁件在板料、带料或条料上的布置方式。目的：合理排样是降低成本和保证制件质量及模具寿命的有效措施。排样的原则：提高材料利用率。操作方便、安全，降低操作者劳动强度。模具结构简单、寿命较高。保证制件质量和制件对板料纤维方向的要求。,第三章冲裁工艺及冲裁模具,排样设计的工作内容：选择排样方法。确定搭边的数值。计算条料宽度与送料步距。画出排样图。必要时，还应核算一下材料的利用率。,第三章冲裁工艺及冲裁模具,3.6.1排样方法根据材料经济利用的程度，可分为以下三种：有废料排样法少废料排样法无废料排样法少、无废料排样优点：提高材料的利用率；简化模具结构、降低冲裁力。缺点：刃口单边磨损；模具寿命低；制件精度低。,第三