工艺技术_精密冲裁工艺及精冲模具设计简介

第九节精密冲裁工艺及精冲模具设计简介 2 9 1精密冲裁概述 1 精密冲裁的工作原理及过程 尺寸精度高 冲裁面光洁 翘曲小且互换性 基本要素 精冲机床 精冲模具 精冲材料 精冲工艺及精冲润滑 普通冲裁和精冲两种工艺方法的区别 1 采用带齿圈的压板起强烈的压边作用 使之造成三向压应力状态 增加变形区及其邻域的静水压 2 凹模 或凸模 刃尖处制造出0 02 0 2mm左右的小圆角 抑制剪裂纹的发生 限制断裂面的形成 有利于工件断面的挤光作用 3 采用较小的间隙 甚至零间隙 使变形区的拉应力尽量小 压应力增大 4 施加较大的反顶力 减小材料的弯曲 同时起到增加压应力的作用 精冲过程 2 9 2精密冲裁的工艺方法 1 整修将普通冲裁后的毛坯放在整修模中 进行一次或多次的整修加工 除去粗糙不平的冲裁断面和锥度 从而得到光滑平整的断面的方法 2 光洁冲裁 1 小间隙圆角刃口冲裁 2 负间隙冲裁3 往复冲裁4 对向凹模冲裁 1 精冲件材料的工艺性精冲的材料必须具有良好的变形特性 以便在冲裁过程中不致发生撕裂现象 2 9 3精冲件的工艺性 2 9 3精冲件的工艺性 2 精冲件的结构工艺性 1 圆角半径为了保证零件的质量和模具的寿命 要求零件避免有尖角太小的圆角半径 2 孔径 槽宽和壁厚精冲件的孔径d和槽宽b不能太小 否则也会影响模具寿命和零件质量 3 齿形精冲齿轮时若节圆上的齿厚小于料厚 则凸模上承受很高的压力 一般要求节圆齿厚s 0 6t 当齿形合理 材料的精冲性能良好时 精冲最小齿厚可为材料的40 即s 0 4t 2 9 4精密冲裁模的设计要点 1 设计要求和内容 1 模具结构必须满足精冲工艺要求 并能在工作状态下形成立体压应力体系 2 模具具有较高的强度和刚度 导向精度良好 3 认真考虑模具的润滑 排气 并能可靠清除冲出的零件及废料 4 模具结构简单 维修方便 具有良好的经济性 2 精冲的排样和精冲力的计算 1 精冲排样设计 合理的材料利用率 足够的齿圈位置 稳定的废料栅 搭边 送料刚度 最佳的排样方法1 零件形状复杂的部分或光洁面要求较高的部分应尽可能放在送料侧2 如果零件光洁面部分要求少或到条料边缘的局部冲裁长度L小于5倍料厚 排料时可低于正常边距值 3 通常允许齿圈压痕重叠 但不能损伤冲裁面质量 2 精冲的排样和精冲力的计算 搭边计算由于精冲时压边圈上带有V形齿圈 故搭边 边距和步距数值都较普通冲裁为大 影响它们的因素主要有 零件冲裁面质量 料厚及强度 零件形状 齿圈分布 搭边和边距数值一般为 零件与零件间搭边 零件与料边边距口 2 精冲的排样和精冲力的计算 2 精冲力由于精冲是在三向受力状态下进行冲裁的 其变形抗力比普通冲裁要大得多 保证精冲需要的工艺力 是实现精冲工艺的重要工艺参数 精冲总压力为FP FP冲裁 FP压边 FP反压 2 9 1 根据有关设计资料有FP冲裁 Lt bf1FP压边 Lh bf2FP反压 SFP式中系数f1 0 6 0 9 常取0 9 L为剪切轮廓线长 系数f2常取4 h为齿圈高度 SF为零件受压面积 p为零件的单位反压力 取20 70MPa 大面积时取大值 小面积 薄零件时取小值 1 精冲模与普通冲模的结构比较 1 精冲模有凸出的齿形压边圈 材料在压边圈和凹模 反压板和凸模的压紧下实现冲裁 工艺要求压边力和反压力大大地大于卸料力的顶件力 以满足在变形区建立三向不均匀压应力状态的要求 因此精冲模受力比普通冲模大 刚性要求更高 2 精冲模凸模和凹模之间的间隙小 大约是料厚的0 5 1 而普通冲裁模的间隙约为料厚的5 15 甚至更大 3 精冲模冲裁完毕模具开启时 反压板将零件从凹模内顶出 压边圈将废料从凸模上卸下 不另外需要顶件和卸料装置 4 由于精冲模为上出件 模具无漏料孔 可使凸凹模和模座更加坚固 2 精冲模的结构 1 活动凸模式精冲模活动凸模式精冲模的优点是 维修简单 安装方便 适于冲裁力不大的中小零件 缺点是 在冲内孔多的零件时 凸模1的支承推板13强度不够 2 固定凸模式精冲模优点是结构稳定 凸模的支承好 缺点是制造和调整麻烦 且需专用的结合环 3 简易精冲模简易精冲模利用碟簧 见机械零件手册 在机械作用下变形产生的轴向压缩力 对冲裁过程产生齿圈压力和顶件力 2 9 6精冲模齿圈的设计 1 齿圈的作用 1 固定被加工板料 避免材料受弯曲或拉伸 2 抑制冲件以外的力 3 压应力提高了被加工材料的塑性变形能力 4 减少塌角 5 兼退料作用 2 9 6精冲模齿圈的设计 2 齿圈的分布 1 在塌角大的部分 V形齿圈应和刃口的形状相一致 2 在塌角较小的部分 V形齿圈与刃口形状可以不一致 3 冲小孔时一般不需要V形齿圈 冲大孔时 直径在30 40mm以上时 建议在顶杆上加V形齿圈 4 如果料厚t4 5mm 或材料强度高 b 800MPa 或者对于齿轮和带锐角的零件 通常使用两个v形齿圈 一个做在齿圈压板上 另一个做在凹模上 即双齿圈 2 9 6精冲模齿圈的设计 3 齿圈的结构 1 齿圈的形式 精冲齿圈常用三角形凸起 也可使用台阶形和圆锥形 截面斜角为45 20 压板来压边 图2 9 22齿圈形式a V形环 b 台阶形 c 圆锥形 2 9 6精冲模齿圈的设计 2 齿形参数 齿形角度 和 齿圈高度h 齿圈高度h与材料厚度 机械性能和齿圈位置等因素有关 h Ktt为料厚 K系数 由图2 9 23选取4 齿圈的尺寸V形齿圈已标准化 2 9 6精冲模齿圈的设计 4 齿圈的尺寸 续 根据Feintool资料 当t 4 5mm 而仅在压板或凹模上使用齿圈时 其值可由表2 9 4选取 当t 4 5mm 而在压板和凹模上同时使用齿圈时 其值可由表2 9 5选取 根据Schmid资料 如图2 9 25所示 当t 4mm时 使用单面齿圈 当t 4mm时 使用双面齿圈 其值由表2 9 6选取 2 9 6精冲模齿圈的设计 5 齿圈的保护精冲时 齿圈与材料接触 为了防止齿圈与凹模相碰或采用双齿圈时的互撞而造成破坏 在齿圈压板或凹模上设计高出齿顶的保护面 其高度必须小于料厚 以免冲裁时发生干涉 图示在设计保护面时 还应考虑其位置的正确性 特别是受力状态 以防止弯曲或损坏 另外 当两侧都有保护面时 保护面高度必须一致 以避免工作时产生倾斜力 图示 第十节硬质合金冲裁模 2 10 1硬质合金材料的性能及模具的寿命所谓硬质合金冲模一般是指凸模或凹模为硬质合金材斟 或凸模和凹模均为硬质合金材料的冲模硬质合金耐磨性好 抗压强度高 弹性模量大 但冲击韧度较差 抗弯强度低 加工性差 硬质合金具有高硬度 耐磨损等特性 用它制造的模具寿命比用合金工具钢制造的高几十倍至1百倍 第十节硬质合金冲裁模 1 硬质合金冲模与钢冲模的比较硬质合金冲模的模座 凸模及凹模 固定板等的强度及硬度要求较高 导向装置的精度与刚度要求也高 卸料板一般还要求起导板的作用 硬质合金模凸 凹模的间隙比钢冲模稍大 压力机精度要高 第十节硬质合金冲裁模 2 10 1硬质合金材料的性能及模具的寿命 续 2 硬质合金的牌号与性能一般硬质合金是以碳化钨和碳化钛为基 以钴 镍或铁做粘结剂 经烧结而成 因其主要成分是硬质相 所以不能进行切削加工 表2 10 1 钢结硬质合金既有近似硬质合金的高硬度 高耐磨性 又有一般工具钢的可切削加工 锻造 焊接 热处理等性能 表2 10 2 第十节硬质合金冲裁模 2 10 2硬质合金冲裁模的结构设计特点1 排样的要求在级进模中大部分采用侧刃定位 侧刃位置要适当 排样时也应避免凸 凹模单边工作2 对模架的要求模架要求刚性好 精度高 上 下模座的厚度比钢冲模要大 模架材料以45钢为好 调质处理到25 30HRC 为提高模架的导向精度 可采用滚动导向装置 模柄一般多采用浮动式 如图2 10 3所示 第十节硬质合金冲裁模 2 10 2硬质合金冲裁模的结构设计特点3 对其他零件的要求 1 硬质合金模具的间隙比普通模具要大 一般取普通钢模的1 5倍 2 当采用弹性卸料板时 卸料板应装有导向装置 对凸模进行导向 为了防止弹性卸料板在冲裁时撞击凹模的硬质合金镶块 模具闭合时卸料板与硬质合金凹模之间应有的间隙 如图2 10 4所示 3 为防止硬质合金凹模在冲裁时因弯曲变形而碎裂 在凹模底部应加淬硬的厚垫板 4 对小凸模应将其根部加粗 或配以护套以增加小凸模的刚性 并采用卸料导向 第十节硬质合金冲裁模 2 10 2硬质合金冲裁模的结构设计特点4 对压力机的要求压力机应有良好的刚性压力机精度要高采用快速压力机为宜 并配备自动送料装置 压力机的离合器必须能对故障信号作出迅速反应 及时停机 第十节硬质合金冲裁模 2 10 2硬质合金冲裁模的结构设计特点2 10 3硬质合金块的固定 1 焊接固定法 2 机械固定法 3 热套 或冷压 固定法 4 黏结固定法 普通冲裁与精冲的区别 1一落料凸模2一凹模3一冲孔凸模4一顶件板5一顶杆6一压板7一压杆8一齿圈9一精冲材料lO一精冲件1l一内形废料c一冲裁间隙图2 9 2精冲示意图 1一齿圈压板2一凹模 落料 3一凸凹模4一顶板5一材料6一零件7一冲孔废料图2 9 3精冲过程a 模具初始位置 b 齿圈压入 c 冲裁 d 冲裁过程结束 e 模具开启 f 卸出冲孔废料 g 顶出零件及卸出带料 h 排出零件和废料 向前送料 1一凹模 2一切屑 3一凸模 4一工件图2 9 4整修 图2 9 5小间隙圆角刃口冲裁图2 9 6负间隙冲裁 a 落料 b 冲孔 图2 9 7往复冲裁图2 9 8对向凹模冲裁的过程 图2 9 17精冲模与普通复合模的比较a 活动凸模式精冲模与普通复合模 b 固定凸模式精冲模与普通复合模 1一凸模 2一凹模 3一顶件板 4一压边圈 5一冲孔凸模 6 顶杆 7一传力杆 8一垫板 9一支承环 10一冲孔凸模垫板 11一传力杆 12一凸模座 13一推板 14一座圈 15一垫板 16一模座 17一导向装置 18一压床上工作台 19一压床下工作台 20一标准结合环 21一顶柱 22一顶柱 23一定位板 24一液压活塞图2 9 18活动凸模式复合精冲模 1一凹模 2一压边圈 3一凸模 4一顶件板 5一冲孔凸模 6一顶杆 7一冲孔凸模 8一顶杆 9一垫座 10一凸模座板 11一垫板 12一下垫板 13一传力杆 14一闭锁销 15一模座 16一支板 17一导向件 18一压床上工作台 19一压床下工作台 20一专用上结合环 21一专用下结合环 22一压板 23一支承销 24一液压活塞 25一缩紧环图2 9 19固定凸模式复合精冲模 l一导柱 2一导套 3一上托 4一螺钉 5一销钉 6一螺钉 7一模柄 8一销钉 9一垫板 lO一凸模 11一凸模固定板 12一齿圈压板 13一销钉套 14一销钉 15一凹模 16一限位螺柱 17一固定板 18一顶杆 19一螺母 20一缀钉 21一底座 22一螺钉 23一推件板 24一螺钉 25一螺母 26一垫片 27一卸辩板 28一糠簧 29一螺钉图2 9 20简易精冲落料模 图2 9 23齿高系数K图2 9 24齿圈尺寸 表2 9 4压板或凹模有齿圈时的齿圈尺寸 t一料厚 K一凸模退回距离 K一顶板顶出距离 R 一凹模圆角 R 0 1 0 2 tl一压板 2一凹模 3一