[工学]第三章 冲裁.ppt

第2模块冲裁工艺分析与模具设计 内容简介 冲裁过程分析冲裁模间隙确定凸模和凹模刃口尺寸的确定冲裁排样设计冲裁力和冲裁功的计算精密冲裁 整修和聚氨脂橡胶冲裁 第2模块冲裁工艺分析与模具设计 冲裁模的典型结构冲裁模零件设计冲裁模设计的要点与流程冲裁模设计实例 冲裁是利用冲模使材料分离的一种冲压工序 包括切断 落料 冲孔 修边 切口等多种工序 狭义的冲裁主要指落料和冲孔 制取一定外形的冲落部分 制取内孔 分类 普通冲裁和精密冲裁 第2模块冲裁工艺分析与模具设计 第2模块冲裁工艺分析与模具设计 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 2 1冲裁过程分析 第2模块冲裁工艺分析与模具设计 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 2 1冲裁过程分析 2 1 1冲裁变形过程 模具间隙正常 刃口锋利的情况下 冲裁变形过程分为三个阶段 材料内部的应力小于弹性极限 板料发生弹性压缩 弯曲和拉伸等变形 材料内部的应力达到屈服极限 板材开始产生塑性剪切变形 材料内部的应力大于强度极限 1 弹性变形阶段 2 塑性变形阶段 3 断裂分离阶段 第2模块冲裁工艺分析与模具设计 2 1冲裁过程分析 2 1 1冲裁变形过程 板料冲裁分离以后 断面明显的分为四个部分 1 塌角 刃口附近的材料产生弯曲和伸长变形 2 光亮带 塑性剪切变形 表面质量最好的区域 3 断裂带 材料在剪切分离时形成 4 毛刺区 裂纹产生的位置并非对着刃口 毛刺不可避免 第2模块冲裁工艺分析与模具设计 2 1冲裁过程分析 2 1 1冲裁变形过程 第2模块冲裁工艺分析与模具设计 2 1冲裁过程分析 2 1 2冲裁件的断面质量及影响因素 冲裁件的断面质量随材料性能 厚度 模具间隙 模具结构的不同而变化 不同材料 塑性 光亮带 塌角以及毛刺比例较小 剪裂带较大 塑性 光亮带 塌角以及毛刺比例较大 剪裂带较小 同一材料 间隙 光亮带 塌角 斜度和翘曲 二个光亮带 间隙 光亮带 剪裂带 塌角以及毛刺 二个斜度 间隙 光亮带1 3 剪裂带 塌角以及毛刺 第2模块冲裁工艺分析与模具设计 2 1冲裁过程分析 2 1 2冲裁件的断面质量及影响因素 间隙对剪切裂纹与断面质量的影响 间隙过小 间隙合理 间隙过大 第2模块冲裁工艺分析与模具设计 2 2冲裁模间隙 冲裁间隙是指冲裁模中凹模刃口横向尺寸DA与凸模刃口横向尺寸dT的差值 双边间隙 Z表示单边间隙 c表示冲裁间隙是一个非常重要的工艺参数 冲裁模的间隙对冲裁件的质量 冲裁工艺力和模具寿命都有很大的影响 在实际的生产设计中 通常只选择一个范围来作为合理间隙 最小合理间隙 最大合理间隙 第2模块冲裁工艺分析与模具设计 2 2冲裁模间隙 2 2 1冲裁模间隙的确定 三种方法 理论确定法 经验确定法和图表确定法 1 理论确定法 主要依据是冲裁时材料的上 下两裂纹重合 以获得良好的断面 冲裁过程中开始产生裂纹的瞬时状态 根据图中三角形ABC的几何关系 式中 材料厚度 凸模切入深度或光亮带宽度 剪裂纹与垂线方向的夹角 相对切入深度 第2模块冲裁工艺分析与模具设计 2 2冲裁模间隙 2 2 1冲裁模间隙的确定 2 经验确定法 材料厚度 系数 与材料性能及厚度有关 当材料较薄时 可选用下列数值 软钢 纯铁 铜 铝合金 硬钢 当材料厚度大于3mm时 可放大到1 5倍 第2模块冲裁工艺分析与模具设计 2 2冲裁模间隙 2 2 1冲裁模间隙的确定 3 图表法 对于尺寸精度 断面质量要求高的冲裁件应选用较小间隙值 第2模块冲裁工艺分析与模具设计 2 2冲裁模间隙 2 2 1冲裁模间隙的确定 3 图表法 对于尺寸精度 断面质量要求不高的冲裁件应选用较大间隙值 第2模块冲裁工艺分析与模具设计 2 2冲裁模间隙 2 2 2间隙对冲件尺寸精度 模具寿命和冲裁工艺力的影响 1 间隙对模具寿命的影响 较大的间隙有利于提高模具寿命 2 间隙对冲裁工艺力的影响 间隙 冲裁力 不是很显著 卸料力 推件力 比较显著 3 间隙对冲裁件尺寸精度的影响 冲裁件尺寸精度是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 差值 冲裁件相对于凹模或凸模尺寸的偏差 模具本身的制造偏差 第2模块冲裁工艺分析与模具设计 2 3凸模和凹模刃口尺寸的确定 2 3 1刃口尺寸确定的依据和原则 1 先确定基准件设计落料模时 以凹模为基准 间隙取在凸模上 设计冲孔模时 以凸模为基准 间隙取在凹模上 考虑冲模的磨损规律设计落料模时 基本尺寸应取落料件公差范围内的最小尺寸设计冲孔模时 基本尺寸应取冲孔件公差范围内的最大尺寸3 凸 凹模间隙则取最小合理间隙值 4 确定冲模刃口制造公差时 应考虑制件的公差要求 在模具设计中 刃口尺寸的确定很重要的工艺计算内容 第2模块冲裁工艺分析与模具设计 2 3凸模和凹模刃口尺寸的确定 2 3 2刃口尺寸的计算方法 1 落料 设落料件的尺寸为 式中 落料凹模 凸模刃口尺寸 落料件公差 修正系数 取0 75 0 5 最小双边合理间隙 第2模块冲裁工艺分析与模具设计 2 3凸模和凹模刃口尺寸的确定 2 3 2刃口尺寸的计算方法 2 冲孔 设冲孔件的尺寸为 式中 落料凹模 凸模刃口尺寸 落料件公差 修正系数 取0 75 0 5 最小双边合理间隙 凹 凸模制造公差 第2模块冲裁工艺分析与模具设计 2 3凸模和凹模刃口尺寸的确定 2 3 3计算实例 为了保证新模具的间隙小于最大合理间隙值 凸模和凹模的制造公差必须满足下列关系 如图所示为垫圈 材料为Q235 A钢 料厚t 2mm 外圆由落料制成 内孔由冲孔制成 试确定冲孔模和落料模的直径 第2模块冲裁工艺分析与模具设计 2 3凸模和凹模刃口尺寸的确定 2 3 3计算实例 根据冲压手册或冲压模具大典 选取间隙值 由表查出凸 凹模的制造公差 落料部分的基本尺寸为35mm 则 第2模块冲裁工艺分析与模具设计 2 3凸模和凹模刃口尺寸的确定 2 3 3计算实例 冲孔部分的基本尺寸为12 5mm 则 计算落料部分刃口尺寸 落料凹模 修正系数x取0 5 落料凸模 第2模块冲裁工艺分析与模具设计 2 3凸模和凹模刃口尺寸的确定 2 3 3计算实例 计算冲孔部分刃口尺寸 冲孔凸模 冲孔凹模 第2模块冲裁工艺分析与模具设计 2 4冲裁排样设计 2 4 1排样的方式 第2模块冲裁工艺分析与模具设计 排样是冲裁件在条料 带料或板料上的布置方法 有废料排样 无废料排样 少废料排样 2 4冲裁排样设计 2 4 2材料的利用率 第2模块冲裁工艺分析与模具设计 一个步距内的材料利用率 一板料上总的材料利用率 2 4冲裁排样设计 2 4 3搭边值确定 第2模块冲裁工艺分析与模具设计 2 4冲裁力和冲裁功 2 4 1冲裁力的计算 冲裁力 冲裁过程中凸模对板料施加的压力 用普通平刃口模具冲裁时 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 材料抗剪强度 材料的强度极限 K 系数 一般取K 1 3 第2模块冲裁工艺分析与模具设计 2 4冲裁力和冲裁功 2 4 2卸料力 推件力及顶件力的计算 卸料力 从凸模将零件或废料卸下的力 为系数 可查表 推件力 将梗塞在凹模内的料顺冲裁方向推出所需要的力 为系数 可查表 n为卡在凹模中工件或废料数 第2模块冲裁工艺分析与模具设计 2 4冲裁力和冲裁功 2 4 2卸料力 推件力及顶件力的计算 为系数 可查表 顶件力 逆冲裁方向将料从凹模内顶出所需要的力 第2模块冲裁工艺分析与模具设计 2 4冲裁力和冲裁功 2 4 3冲裁功的计算 平刃冲裁时 冲裁功的计算如下 式中 t 材料厚度 mm 冲裁力 N 系数 与材料有关 一般取0 63 第2模块冲裁工艺分析与模具设计 2 4冲裁力和冲裁功 2 4 4降低冲裁力的方法 1 斜刃冲裁 斜刃落料 斜刃冲孔 第2模块冲裁工艺分析与模具设计 2 4冲裁力和冲裁功 2 4 4降低冲裁力的方法 2 阶梯凸模冲裁 3 加热冲裁 红冲 第2模块冲裁工艺分析与模具设计 2 5精密冲裁 2 5 1精密冲裁机理及相关计算 精密冲裁 它能在一次冲压行程中获得比普通冲裁零件尺寸精度高 冲裁面光洁 翘曲小且互换性好的优质精冲零件 并以较低的成本达到产品质量的改善 第2模块冲裁工艺分析与模具设计 2 5精密冲裁 2 5 1精密冲裁机理及相关计算 精密冲裁 它能在一次冲压行程中获得比普通冲裁零件尺寸精度高 冲裁面光洁 翘曲小且互换性好的优质精冲零件 并以较低的成本达到产品质量的改善 第2模块冲裁工艺分析与模具设计 2 5精密冲裁 2 5 1精密冲裁机理及相关计算 第2模块冲裁工艺分析与模具设计 2 5精密冲裁 2 5 1精密冲裁机理及相关计算 精密冲裁实现的必要条件 1 强力的齿圈压边 V形压边环2 很小的冲裁间隙 c 0 5 t3 刃口带有小圆角 r 0 01 0 03 4 强力的反顶装置 反压力顶杆 第2模块冲裁工艺分析与模具设计 2 5精密冲裁 2 5 1精密冲裁机理及相关计算 精密冲裁与普通冲裁的比较 第2模块冲裁工艺分析与模具设计 2 5精密冲裁 2 5 1精密冲裁机理及相关计算 精密冲裁工艺力的计算 冲裁力 压边力 反压力 卸料力 顶件力 式中 材料的抗拉强度N mm2 内外冲裁周边长度的总和mm 材料的厚度mm 精冲件面积mm2 单位反压力 一般取20 70N mm2 第2模块冲裁工艺分析与模具设计 2 5精密冲裁 2 5 2半精冲工艺 光洁冲裁 分离机理与普通冲裁相同 但是由于加强了冲裁区的静水压效果 推迟了剪裂纹的发生 使光亮带比例增加 断面质量明显提高 常见的半精冲工艺有小间隙圆角刃口冲裁 负间隙冲裁 上下冲裁和对向凹模冲裁等 第2模块冲裁工艺分析与模具设计 2 5精密冲裁 2 5 2半精冲工艺 1 小间隙圆角刃口冲裁落料时凹模刃口带小圆角 冲孔时凸模刃口带小圆角 冲裁间隙为0 01 0 02mm 适于塑性好的材料 冲裁力 P 1 3 1 5 P普 第2模块冲裁工艺分析与模具设计 加工零件的表面粗糙度Ra1 6 0 8尺寸精度等级IT9 IT11 2 5精密冲裁 2 5 2半精冲工艺 2 负间隙冲裁 挤压冲裁 凸模直径大于凹模直径 一般为 0 05 0 3 t 冲裁时先形成一倒锥毛坯 再将其挤过凹模洞口 只适于软的有色金属及其合金 软钢等 冲裁力 P cP普c 系数 铝c 1 3 1 6黄铜 软钢c 2 25 2 8 第2模块冲裁工艺分析与模具设计 加工零件的表面粗糙度Ra0 8 0 4尺寸精度等级IT9 IT11 2 5精密冲裁 2 5 2半精冲工艺 3 上下冲裁 第2模块冲裁工艺分析与模具设计 2 5精密冲裁 2 5 2半精冲工艺 4 对向凹模冲裁 对向凹模冲裁是在专用压力机上 借助特殊结构的凸起凹模 在强力的作用下 使材料发生剪切变形 第2模块冲裁工艺分析与模具设计 适用于塑性较差 料较厚的材料 2 5精密冲裁 2 5 3整修 整修 将普通冲裁后的毛坯放在整修模中 进行一次或多次整修加工 以除去普通冲裁时在断面上留下的塌角 毛刺和断裂带等 外缘整修 整修冲裁件的外形 内缘整修 整修冲裁件孔的内形 外缘整修 内缘整修 1 凹模2 切削3 凸模4 工件 第2模块冲裁工艺分析与模具设计 2 5精密冲裁 2 5 3整修 第2模块冲裁工艺分析与模具设计 2 5精密冲裁 2 5 3整修 整修量 整修次数 整修力 式中 单边整修量 mm 整修轮廓周长 mm 材料抗剪强度 N mm2 与材料 厚度 外形有关 也和整修前加工情况有关 越少越好 可能时应尽量采用一次整修 第2模块冲裁工艺分析与模具设计 2 5精密冲裁 2 5 4聚氨酯橡胶冲裁 聚氨酯橡胶 全称 聚氨基甲酸酯橡胶 的简称 介于橡胶和塑料之间的一种高分子材料 别称 流体钢 用聚氨酯橡胶来代替钢质冲裁中的一个凸模 凹模或凸凹模 落料模 凹模为聚氨酯橡胶 凸模为金属模 冲孔模 凹模为金属模 凸模为聚氨酯橡胶 第2模块冲裁工艺分析与模具设计 2