工艺技术_冲压工艺与冲裁模培训教材

第2章冲压工艺与冲裁模 教学要点 冲裁工艺设计基础 冲裁工艺计算 排样设计 冲裁模典型结构 冲裁模零部件结构设计 综合案例 重点 冲裁件的断面特征 凸凹模刃口尺寸的计算原则和方法 冲裁模零部件的结构设计 难点 冲裁变形过程和冲裁模零部件的设计 冲裁工艺定义 指利用装在压力机上的模具使板料沿着一定的轮廓形状产生分离的一种冲压工艺 它可以直接冲出所需形状的零件 也可为弯曲 拉深等成形工序制备毛坯 2 1冲裁工艺设计基础 一 冲裁工艺概述 若是为了获取具有所需内孔形状的零件 则称为冲孔 冲下来的是废料 得到的是工件 若是为了获取具有所需外形轮廓的零件 则称为落料 冲下来的是工件 剩余的是废料 冲裁模 冲裁工艺分类 1弹性变形阶段下沉 上翘 初始塌角 撤力后恢复 2塑性变形阶段凸 凹模都切入板料 形成光亮的剪切断面 三个阶段 二 冲裁变形过程 3断裂阶段裂纹不断扩展 上下裂纹重合 分离 圆角带 发生在弹性变形后期和塑性变形初期 由金属的弯曲和拉伸而形成 其大小与材质有关 光亮带 产生于塑性变形阶段 断面主要受剪应力和压应力作用 断面平整 光滑 通常占整个区域的1 3 或者小于1 3 与材质有关 断裂带 产生于冲裁变形的第三阶段 受拉应力作用 得到表面粗糙无光泽且有一定斜度的表面 毛剌区 是由于冲裁间隙的存在而产生 该区域一般不可避免 三 冲裁件的断面特征 注意事项 a 粗大毛刺的产生部位 当凸模刃口磨钝时 落料件的上端会出现粗大的毛刺 当凹模刃口磨钝时 冲孔件的下端会出现粗大的毛刺 当凸 凹模刃口同时磨钝时 则冲裁件上 下端都会产生毛刺 对于落料件 光亮带是工件的最大实体尺寸 当它与孔类配合时 光亮带尺寸就是工件的工作尺寸 对于冲孔件 光亮带是工件的最小实体尺寸 当它与轴类零件相配合时 光亮带尺寸就是工件的工作尺寸 因此 冲裁件是以光亮带作为其工作 配合 检测的标准 b 关于实际应用与尺寸测量的问题 冲裁间隙是凸 凹模刃口尺寸之差 单边间隙 Z 2 Dd Dp 2 双边间隙 Z Dd Dp 凸模 凹模 冲裁板料 单边间隙 2 4冲裁工艺计算 一 冲裁间隙 1 冲裁间隙定义 冲裁件质量包括 冲裁件断面质量 尺寸精度和弯曲度三个方面 间隙对断面质量的影响 a 冲裁间隙对冲裁件质量的影响 间隙小 出现二次剪裂 产生第二光亮带 间隙大 出现二次拉裂 产生二个斜度 2 冲裁间隙对冲裁过程的影响 间隙对冲裁件尺寸精度的影响 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 因冲裁时 材料的弹性变形 从而使得工件尺寸与模具刃口尺寸不一样 间隙较大时 受拉伸的材料 落料件 冲孔 间隙较小时 受压缩的材料 落料件 冲孔 间隙对弯曲的影响 通常间隙越大 则冲裁件就弯曲越严重 b 间隙对冲裁力的影响 一般情况下 间隙越小 则所需的冲裁力越大 但冲裁间隙在一定范围内增大时 冲裁力也相对减小 C 间隙对模具寿命的影响 间隙越小 摩擦越严重 模具寿命就越短 而较大的间隙 可以相对地提高模具寿命 3 合理冲裁间隙的确定 合理冲裁间隙的概念 使模具寿命高 冲裁件质量好的冲裁间隙范围 称为合理冲裁间隙 间隙范围的上限为最大合理间隙Zmax 间隙范围的下限为最小合理间隙Zmin 注意 考虑到刃口磨损 设计制造新模具时 应选用最小合理间隙Zmin 使用过程中当间隙大于Zmax时 需修理模具 经验确定法 Zmin ct 注意 1 行业不同 经验公式及数值不同 2 没经验时 取中间值 3 经验公式及数值都不是准确数值 需经过具体生产情况验证 修正后确定 确定合理冲裁间隙的方法 软材料 t 1mm c 3 4 t 1 3mm c 5 8 t 3 5mm c 8 10 硬材料 t 1mm c 4 5 t 1 3mm c 6 8 t 3 5mm c 8 13 查表确定法 Zmax为初始间隙的最大值 即最大合理间隙 它是考虑到凸模和凹模的制造误差 在Zmin的基础上增加一个数值而得 表中经验数据适用于一般条件下的冲裁 模具在使用过程中 由于工作部分的磨损 间隙将会有所增加 因而使凸模和凹模之间的间隙可能超出表中所列最大合理间隙Zmax的数值 注意 Zmin为初始间隙的最小值 即最小合理间隙 模具初始间隙应在Zmin和Zmax之间 二 刃口尺寸计算 冲裁件的尺寸精度主要决定于模具刃口的尺寸精度 模具的合理间隙值也靠模具刃口尺寸来保证 因此 在设计冲裁模时 要正确确定模具刃口尺寸及其公差 重要性 冲裁件断面带有锥度的 落料件的大端尺寸等于凹模尺寸 冲孔件的小端尺寸等于凸模尺寸 在测量与使用中 落料件是以大端尺寸为基准 冲孔件孔径是以小端尺寸为基准 凸模越磨越小 凹模越磨越大 生产实践发现的规律 凸模刃口尺寸按凹模尺寸减去最小间隙值Zmin确定 落料件以凹模为基准件 因为落料工件的尺寸更接近于凹模的刃口尺寸 先确定凹模刃口尺寸 凹模刃口尺寸接近或等于工件最小极限尺寸 以保证模具在一定范围内磨损后 仍能冲出合格零件 1 凸 凹模刃口尺寸计算原则 冲孔件以凸模为基准件 因为冲孔工件的尺寸更接近于凸模的刃口尺寸 先确定凸模刃口尺寸 凸模刃口尺寸接近或等于孔的最大极限尺寸 以保证模具在一定范围内磨损后 仍能冲出合格零件 凹模刃口尺寸按凸模尺寸加上最小间隙值Zmin确定 凹模和凸模制造公差主要与冲裁件的精度和形状有关 模具制造精度应比冲裁件精度高2 3级 一般为IT6级左右 可查表 为使新模具间隙不小于最小合理间隙 一般凹模公差标成 凸模公差标成 工件尺寸公差与冲模刃口尺寸的制造偏差原则上都应按 入体 原则标注为单向公差 所谓 入体 原则是指标注工件尺寸公差时应向材料实体方向单向标注 但对于磨损后无变化的尺寸 一般标注双向偏差 对于轴 其尺寸越加工越小 这样对于轴 其尺寸上偏差取0 下偏差为负 是为 入体 即入材料体 即其尺寸越来越小 对于孔 其尺寸越加工越大 这样对于孔 其尺寸下偏差为0 上偏差为正 是为 入体 即入材料体 即尺寸越来越大 凸 凹模刃口尺寸计算 根据冲裁件形状的复杂程度 模具制造中 凸 凹模的加工有两种方法 一种是按互换原则组织生产 另一种是按配合加工组织生产 互换加工中凸 凹模刃口尺寸计算 适用于圆形和规则形状的冲裁件 冲孔 重点 凸模 凹模 式中 d 冲孔工件孔的基本尺寸 mm dp dd 冲孔凸 凹模刃口尺寸 mm 工件公差 mm X 磨损系数 查表 凸 凹模制造偏差 查表 mm 设冲裁件的落料尺寸为 根据刃口尺寸计算原则 计算公式为 落料 凹模 凸模 式中 中心孔 孔心距 模具L模 设孔心距为 为零件孔心距公差 为零件孔心距偏差 因为凸 凹模分开加工 要分别标注凸 凹模刃口与制造公差 所以为保证冲裁间隙在合理范围内 应保证下式成立 计算结果校验 如不满足 则应提高模具制造精度 即减小 优点凸 凹模具有互换性 制造周期短 便于批量生产 缺点 模具制造公差小 模具制造困难 成本高 刃口尺寸计算注意点 1 分清是冲孔还是落料 2 冲裁间隙Z的确定 与材料和料厚有关 3 冲裁件的尺寸标注是否标准 孔的标注 落料的标注 中心距标注 L 4 模具制造精度一般IT6级 查表得 P和 凹模的公差标成 8 未标注公差的尺寸 依据表2 14确定精度后查表 5 凸模公差标成 7 磨损系数X 只与公差和料厚有关 6 验算 若 应提高模具制造精度 如图冲压件 材料为45号钢 料厚t 0 5mm 计算凸凹模刃口部分尺寸 例1 解 此冲压件的外形属落料 内孔属冲孔查表得 由公差值可查表得磨损系数X为 6 X 0 75 36 X 0 5 1 孔 6 校核 0 004 0 006 0 010 0 020 2 36落料 校核 0 004 0 006 0 010 0 020 冲裁如图的垫圈 材料为10号钢 厚度为1mm 计算凸凹模工作部分的尺寸 请问若冲压件的厚度为3mm 请问模具制造精度能否为IT6级 例2 解 由10号钢和厚度1mm查表得 1 冲孔 51 5 0 50为 510 0 5 由公差值可查得磨损系数x为 51 5 X 0 5 68 X 0 5 2 落料 改为 验证 若t 3mm IT6级 所以 精度应高于IT6级 例3 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 解 由图可知 该零件属于无特殊要求的一般冲孔 落料 则 查表得 设凸 凹模分别按IT6和IT7级加工制造 则 冲孔 0 008 0 012 0 06 0 040 02 0 02 满足间隙公差条件 校核 孔距尺寸 L模 18 0 25 0 09 18 0 023 mm 因此 只有缩小公差 提高制造精度 才能保证间隙在合理范围内 由此可取 落料 校核 0 016 0 025 0 04 0 02 不能满足间隙公差条件 配合加工中凸 凹模刃口尺寸计算 适用于形状复杂或薄料冲裁件 注 目前 一般工厂均采用此法 首先加工凸 凹模中的一件作为基准件 落料时选凹模为基准件 冲孔时选凸模为基准件 然后以选定的间隙配合加工另一件 特点 允许在加工基准件时适当放宽公差 降低模具加工难度 配合加工 计算过程 凹模 凸模 为基准件 尺寸分三类 凹模 凸模 磨损后增大尺寸 A类凹模 凸模 磨损后减小尺寸 B类凹模 凸模 磨损后不变尺寸 C类 式中 A B C 基准件基本尺寸 mm 模具制造公差 mm 计算注意事项 1 A B C三类尺寸的确定2 冲裁间隙的确定3 磨损系数的确定4 A B类尺寸的最大 最小值5 A B C三类尺寸的偏差6 公式中的 为公差 不是偏差7 磨损量的增与减 就是 X 还是 X 8 C类尺寸要求正负偏差值相同 否则需要转换 例1图示零件材料10钢 材料厚度1mm 试确定冲裁加工模具的凸 凹模刃口部分的尺寸及公差 落料件 凹模为基准 按配合加工法制造 落料凹模 凸模的尺寸如图所示 落料凸 凹模尺寸a 落料凹模尺寸b 落料凸模尺寸 按凹模实际尺寸配作 保证双边间隙0 10 0 14mm 例2 冲制如图所示的变压器铁心片 材料为硅钢片1342 料厚t 0 35mm 未注公差尺寸为ITl4级 试进行单工序落料模的刃口尺寸计算 解 查标准公差数值表有 孔类尺寸 自由长度尺寸 30 0 26 轴类尺寸 工件相应尺寸分类 凹模磨损图 磨损系数x a3尺寸为ITl3级 x 0 75其余尺寸为ITl4级 x 0 5 在凸模零件工作图上 只注与凹模刃口尺寸对应的基本尺寸 不注公差 并在技术要求中注明 刃口尺寸按凹模实际尺寸配作 保证单边间隙为0 01mm 查电器类冲裁件之小间隙值得该件冲裁模初始合理双面冲裁间隙为 mm 0 02mm 例3 如图所示零件冲孔工序 设计冲孔工序模具尺寸 分别用分开加工法和配合加工法计算 材料 黄铜 H62 料厚 t 0 8 概念 冲裁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它附加力 卸料力 推料力 顶料力 的总和 它是设计模具 选择压力机的重要依据 1 冲裁力的计算 使板料发生分离的力称为冲裁力 一般平刃冲裁模的冲裁力F可用下式计算 K 系数 取1 3 对于同一材料 b 1 3 三 冲裁工艺力的计算 2 卸料力 顶件力 推件力的计算 卸料力Fx 从凸模上将零件或废料卸下来所需要的力 Fx KxF 推件力Ft 顺着冲裁方向将零件或废料从凹模型孔推出的力 Ft nKtF 顶件力Fd 逆着冲裁方向将零件或废料从凹模型孔推出的力 Fd KdF F 冲裁力 一般模具的各种机构的组合方式有三种 采用弹压卸料装置和下出件装置的模具采用弹压卸料装置和上出件装置的模具采用刚性卸料装置和下出件装置的模具 3 冲压工艺力的计算 它是选取压力机吨位的主要依据 具体计算要考虑模具的结构型式 选择压力机时 压力机的公称压力N必须大于或等于F总 冲压力合力的作用点总称为模具的压力中心 模具的压力中心必须通过模柄轴线和压力机滑块中心线重合 压力中心的求解计算采用空间平行力系的合力作用线的求解方法 四 冲裁压力中心的计算 1 开式冲裁 冲裁轮廓不封闭 a 任意直线段x0 0 5a b 任意角 的折线 c 不封闭的矩形 d 半径为R 夹角为的弧线段 2 闭式冲裁 冲裁轮廓封闭 a 任意三角线 压力中心为三中线交点 b 任意梯形 可直接由图示作图法求得 c 半径为R 夹角为扇形 d 对于冲裁其它任何对称形状的工件时 其压力中心就是工件的几何中心 建立直角坐标系xOy 3 形状复杂工件压力中心计算 方法如下 按比例将冲裁件的冲裁轮廓画出 如图 将冲裁件的冲裁轮廓分解为若干直线和圆弧等基本线段l1l2 ln 因为冲裁力与轮廓线长度成正比关系 故可用线段长度代替冲裁力进行压力中心计算 计算各基本线段的长度及其重心到坐标轴x y的距离x1 x2 xn和y1y2 yn 计算压力中心坐标 例题 确定如图所示落料凸模的压力中心位置 解 1 按比例画出凸模刃口的轮廓形状 2 建立坐标系 3 将凸模刃口轮廓线分为若干线段或圆弧段L1 L2 L7 4 确定凸模刃口各段的压力中心位置及其坐标值 X1 Y1 X2 Y2 Xn Yn 计算数据表 5 计算凸模压力中心坐标 xc yc 4 多凸模冲裁的压力中心 计算方法同形状复杂工件压力中心的计算方法 指冲裁件在条料 带料或板料上的布置方式 一 排样设计原则和分类 排样设计概念 2 3冲裁排样设计 排样设计原则 冲压件在条料中的排样条料在板料中的排样 提高材料利用率 改善操作性 工人操作方便 安全 劳动强度低 换条料和翻动条料次数少 提问 工件宽 厚时 选用哪种排样形式 工件窄 薄时 选用哪种排样形式 使模具结构简单 合理 保证冲裁件质量 冲裁件断面质量 要搭边 弯曲件注意纤维方向 一次冲两个 模具解构复杂 凹模璧薄 寿命低 条料在板料中的布置 裁剪形式 尽量采用纵裁 减少裁板次数和换条料次数 在