冲压工艺与模具设计课件(出版社)PPT课件.ppt

第2篇冲压工艺与模具设计 第3章冲裁工艺与模具设计第4章弯曲工艺与模具设计第5章拉深工艺与模具设计第6章成形工艺与模具设计第7章冲压模具设计方法及设计实例 1 第3章冲裁工艺与模具设计 3 1冲裁变形过程分析3 2冲裁件质量分析及控制3 3冲裁工艺计算3 4冲裁工艺设计3 5冲裁模总体结构设计3 6模具主要零件的设计与标准的选用3 7冲裁设备的选择与校核3 8冲裁模设计举例 2 能力要求 能根据冲裁件的废品形式分析其产生的原因 熟悉解决的措施 能独立完成单工序冲裁模 2 3工序复合的复合冲裁模 3工位左右的级进冲裁模模具设计 3 冲裁结束的标志 凸模穿过板料进入凹模 这就是 冲裁 冲裁的概念 4 冲裁的概念 冲裁就是利用模具使板料的一部分与另一部分沿着一定的轮廓形状产生分离的一种冲压工序 简单地说冲裁就是利用模具使板料产生分离的过程 5 主要基本冲裁工序 落料和冲孔 落料与冲孔均是利用模具使板料的一部分与另一部分沿一封闭的轮廓线相分离 落料的目的是得到封闭轮廓线以内的部分 冲孔的目的是得到封闭轮廓线以外的部分 6 冲裁用的模具叫冲裁模 冲裁模特点 凸 凹模之间有间隙刃口锋利 7 冲裁分类 根据冲裁变形机理的不同 冲裁可分为 普通冲裁精密冲裁微冲裁 本章主要讨论普通冲裁 8 3 1 1冲裁过程板料受力情况分析 3 1冲裁变形过程分析 模具与板料开始接触瞬间 冲裁过程中 9 3 1 2冲裁变形过程 1 弹性变形阶段 2 塑性变形阶段 3 断裂分离阶段 模具间隙合适时 冲裁变形过程可分为 10 冲头刚接触板料的初始阶段 发生弹性变形 1 弹性变形阶段 初始塌角 圆角 材料翘曲 11 2 塑性变形阶段 更大的塌角塑性剪切 光亮带内部应力达到极限刃口附近出现微裂纹 12 3 断裂分离阶段 产生粗糙而带有锥度的断裂带毛刺形成 13 重要结论 不考虑弹性回复 落料件尺寸 凹模刃口尺寸冲孔件尺寸 凸模刃口尺寸 14 凸模行程 冲裁力 Fmax 冲裁过程力的变化 15 3 1 3冲裁变形区位置 冲裁变形区位于上 下刃口连线的纺锤形区 16 冲裁件质量指 断面质量 垂直 光洁 毛刺小尺寸精度 图纸规定的公差范围内形状误差 外形满足图纸要求 表面平直 即拱弯小 3 2冲裁件质量分析及控制 17 正常间隙下 冲裁件断面由四个部分组成 3 2 1冲裁件断面特征及其影响因素 1 冲裁件的断面特征 18 冲裁件断面特征实物图片 19 质量最好的部分 光亮带 20 毛刺产生的位置 裂纹不对刃尖 而是在凸 凹模侧面稍上一点的位置 21 2 影响冲裁件断面质量的因素 材料性能的影响 模具间隙的影响 间隙过小 出现二次剪裂 产生第二光亮带 间隙过大 断面质量最差 间隙合适 上下裂纹重合 断面质量好 间隙偏小 断面质量较好 间隙偏大 断面质量下降 22 间隙对剪切裂纹与断面质量的影响 间隙合理 间隙过小 间隙过大 23 模具刃口状态的影响 当凸模刃口磨钝时 则会在落料件上端产生毛刺 当凹模刃口磨钝时 则会在冲孔件的孔口下端产生毛刺 当凸 凹模刃口同时磨钝时 则冲裁件上 下端都会产生毛刺 凸模磨钝 凹模磨钝 凸 凹模均磨钝 24 冲裁件的尺寸精度是指冲裁件的实际尺寸与图纸上基本尺寸之差 影响因素 该差值包括两方面的偏差 一是冲裁件相对于凸模或凹模尺寸的偏差 二是模具本身的制造偏差 1 冲模的制造精度 模具零件加工和装配 2 材料的性质 3 冲裁间隙 3 2 2冲裁件尺寸精度及其影响因素 25 翘曲是指冲裁件呈曲面不平现象 变形是由于坯料的边缘冲孔或孔距太小等原因 因挤压而产生的 3 2 3冲裁件形状误差及其影响因素 26 3 2 4冲裁件质量控制 1 模具工作部分尺寸偏差的控制2 模具间隙的控制3 冲裁材料的控制4 其他方面因素的控制 27 3 3冲裁工艺计算 3 3 1排样设计1 排样与材料利用率 28 排样是指冲裁件在板料或条料上的布置方法 合理的排样 提高材料利用率 降低成本 保证冲件质量及提高模具寿命 排样的优劣如否 如何衡量 1 排样 29 2 材料利用率 材料利用率是指零件的实际面积与所用材料面积的百分比 一个步距内的材料利用率 30 一张板料 或带料 条料 上总的材料利用率 31 废料的种类 结构废料 由工件的结构需要而产生 如冲孔废料工艺废料 为完成冲压工艺而需要设置的废料 包括工件与工件之间 工件与条料侧边之间 定位孔 料头 料尾等 3 提高材料利用率的方法 32 减少工艺废料的措施 设计合理的排样方案 选择合适的板料规格和合理的裁板法 减少料头 料尾和边余料 利用废料作小零件等 33 利用结构废料的措施 当材料和厚度相同时 在尺寸允许的情况下 较小尺寸的冲件可在较大尺寸冲件的废料中冲制出来 在使用条件许可下 也可以改变零件的结构形状 提高材料利用率 34 改变结构形状提高材料利用率 35 哪种结构更有利于节省材料 36 2 排样类型 37 排样形式 38 排样形式的选择 零件的形状零件精度材料利用率模具结构模具寿命操作的方便与安全 39 搭边 排样时 工件与工件之间 工件与条 板 料边缘之间的工艺余料 有搭边a1和侧搭边a之分 1 搭边及其作用 3 搭边 进距及料宽的确定 40 用于定位 补偿定位误差和剪板误差 确保冲出合格零件 增加条料刚度 方便条料送进 提高劳动生产率 提高模具寿命 搭边的作用 41 42 搭边值的确定 确定原则 满足作用的前提下取最小值 具体的可查阅相关的设计资料 如书中表3 3 1 材料的力学性能 硬材料的搭边值可小一些 软材料 脆材料的搭边值要大一些 2 材料厚度 材料越厚 搭边值也越大 3 冲裁件的形状与尺寸 零件外形越复杂 圆角半径越小 搭边值取大些 4 送料及挡料方式 用手工送料 有侧压装置的搭边值可以小一些 5 卸料方式 弹性卸料比刚性卸料的搭边小一些 43 2 进距的确定 进距也称步距 是指模具每冲裁一次 条料在模具上前进的距离 44 3 料宽的确定 条料宽度的确定与条料在模具中的定位方式有关 导料板和挡料销定位导料板内带侧压装置导料板内不带侧压装置导料板和侧刃定位 45 条料始终靠一边的导料板送进 故 1 有侧压装置时条料宽度的确定 裁板误差 46 2 无侧压装置时条料宽度的确定 理想送料状态 实际送料状态 47 3 侧刃定位时条料宽度的确定 48 4 裁板方式 分别计算 纵 横 比较取大者 实际生产中还需考虑生产效率和操作方便等 可纵裁 亦可横裁 轧制方向 49 5 排样图的绘制 一张完整的排样图应标注条料宽度尺寸 步距S 工件间搭边和侧搭边 排样图通常画在总装配图右上角 50 模具装配图的绘制要求 51 3 3 2冲裁工艺力与压力中心的计算 冲裁工艺力主要包括 冲裁力卸料力推件力顶件力 52 冲裁力是指冲裁时所需的压力 这里指冲裁过程中的最大值 用普通平刃口模具冲裁时 冲裁力F一般按下式计算 注 F 冲裁力 L 剪切长度 t 材料厚度 材料抗剪强度 K 安全系数 一般取K 1 3 F 1 冲裁力的计算 53 L 的含义 剪切长度 54 2 卸料力 推件力和顶件力的计算 卸料力是指从凸模或凸凹模上将制件或废料卸下来所需的力 推件力是指从凹模内顺冲裁方向将制件或废料推出所需的力 顶件力是指从凹模内逆冲裁方向将制件从凹模孔内顶出的力 55 K卸 K推 K顶 卸料力 推件力 顶件力系数 见表3 8 n 同时卡在凹模刃口内的冲裁件 或废料 数 式中h 凹模洞口的直刃壁高度 t 板料厚度 卸料力 推件力及顶件力的计算公式 56 3 压力中心的计算 压力中心就是冲压合力的作用点 形状对称的冲裁件 其压力中心位于冲裁轮廓的几何中心上 复杂形状工件或多凸模冲裁件的冲裁压力中心 可按力矩平衡原理进行解析计算 57 1 按比例将冲裁工件的冲裁轮廓画出 2 建立直角坐标系xoy 3 将冲裁件的冲裁轮廓分解为若干直线段和圆弧段L1 L2 L3 Ln等基本线段 4 计算各基本线段的长度及其重心到坐标轴x y的距离y1 y2 y3 yn和x1 x2 x3 xn 5 计算压力中心坐标xc yc 单凸模冲压复杂形状冲裁件压力中心计算 58 多凸模冲压时压力中心的计算 1 按比例将各凸模的轮廓画出2 建立直角坐标系xoy3 求出每个凸模的重心坐标 xi yi 4 计算各凸模的冲切长度Li5 计算压力中心坐标xc yc 59 3 4冲裁工艺设计 冲裁件的工艺性分析冲裁工艺方案确定 60 冲裁件的工艺性分析 冲裁件的工艺性是指冲裁件对冲裁工艺的适应性 是从产品设计角度提出的要求 冲裁工艺性好是指能用普通冲裁方法 在模具寿命和生产率较高 成本较低的条件下得到质量合格的冲裁件 冲裁件的工艺性由其结构形状 精度要求 形位公差和技术要求等方面决定 61 1 冲裁件的结构工艺性 1 冲裁件的结构尽可能简单 对称 尽可能有利于材料的合理利用 对比两种结构 62 2 冲裁件的外形和内孔应避免尖锐的清角 宜有适当的圆角 63 3 冲裁件上应避免窄长的悬臂和凹槽 一般凸出和凹入部分的宽度B应大于或等于板厚t的1 5倍 即B 1 5t 4 孔边距 孔间距应大于或等于板厚t的1 5倍 64 5 在弯曲件或拉深件上冲孔时 孔边与直壁之间应保持一定距离 6 冲孔时 孔的尺寸不应太小 65 2 冲裁件的尺寸精度 表3 11部分 GB T13914 2002 共分为11级 用符号ST表示 从ST1到ST11逐级降低 66 表3 12普通冲裁件公差等级选用 GB T13914 2002 3 冲裁件的断面粗糙度 67 例3 3图示冲裁件 材料Q235 料厚2mm 试分析其冲裁工艺性 68 分析 1 该冲裁件结构对称 无凹槽 悬臂 尖角等 符合冲裁工艺要求 2 由表3 11和表3 12可知 内孔和外形尺寸的精度以及孔心距的精度等级均属于一般精度要求 采用普通冲裁即可冲出 3 由图3 42和表3 9可知 所冲孔的尺寸及孔边距和孔间距尺寸均满足最小值要求 可以采用复合冲压 4 Q235是常用的冲压用材料 具有良好的冲压工艺性 综上所述 该冲裁件的冲裁工艺性良好 适合冲压 69 在工艺分析的基础上 从结构 精度 尺寸 批量等方面综合考虑 需解决 基本冲压工序基本冲压工序的组合冲裁顺序的安排 3 4 2工艺方案的确定 70 1 基本工序数的确定 冲裁件所需的基本工序数可由其形状作直接判断 落料冲孔 落料 落料冲孔 71 基本工序数确定举例 72 2 基本冲压工序的组合 单工序冲裁 在冲床的一次行程中 只能完成一道冲压工序复合冲裁 只有一个工位 并在压力机的一次行程中 同时完成两道或两道以上的冲压工序 级进冲裁 在压力机一次行程中 在送料方向连续排列的多个工位上同时完成多道冲压工序 与之对应的模具分别是单工序冲裁模 复合冲裁模和级进冲裁模 73 只有一个工位 并在压力机的一次行程中 同时完成两道或两道以上的冲裁工序的模具 复合冲裁模 74 在压力机一次行程中 在送料方向连续排列的多个工位上同时完成多道冲裁工序的模具 级进冲裁模 75 三种类型模具的比较 76 工序是否复合 如何选择 结构 尺寸生产效率精度操作方便 安全生产批量模具成本 一般原则是 大量生产时采用复合或级进冲压 小批量生产时宜采用单工序模生产 大型尺寸宜采用单工序或复合模小尺寸且精度要求高 即使批量小也宜采用复合或级进模生产 77 1 级进冲裁的顺序安排1 先冲孔 缺口或工件的结构废料 最后落料或切断 将工件与条料分离 2 采用定距侧刃时 侧刃切边工序一般安排在前 与首次冲孔同时进行 以便控制送料进距 采用两个定距侧刃时 也可安排成一前一后 3 冲裁顺序的安排 78 级进冲压的工序顺序安排举例 79 4 冲裁工艺方案确定的基本步骤 分析产品的冲裁工艺性列出所需的基本冲压工序列出可能的若干个方案分析比较得出最佳方案 80 冲压方案确定方法举例 例3 4冲制图示零件 年产量300万件 要求制定其冲压工艺方案 81 1 该冲裁件结构对称 无凹槽 悬臂 尖角等 符合冲裁工艺要求 2 由表3 11和表3 12可知 内孔和外形尺寸的精度以及孔心距的精度等级均属于一般精度要求 采用普通冲裁即可冲出 3 由图3 42和表3 9可知 所冲孔的尺寸及孔边距和孔间距尺寸均满足最小值要求 可以采用复合冲裁 4 Q235是常用的冲压用材料 具有良好的冲压工艺性 综上所述 该冲裁件的冲裁工艺性良好 适合冲压 1 分析冲压工艺性 82 该零件需要落料 冲孔两个基本冲裁工序 根据上述工艺分析可以列出以下三种工艺方案 方案一 采用单工序模生产 即先落料 后冲孔 方案二 采用复合模生产 即落料 冲孔同时进行 方案三 采用级进模生产 即冲孔 落料连续完成 2 确定冲压工艺方案 83 3 分析比较 方案一模具结构简单 但需两道工序 两副模具 生产率较低 难以满足大量生产时对效率的要求 方案二只需一副模具 冲裁件的形位精度和尺寸精度容易保证 生产率比方案一高 但模具结构较方案一复杂 操作较不方便 方案三也只需要一副模具 操作方便安全 生产率最高 模具结构较方案一复杂 冲出的零件精度介于方案一和方案二之间 但由于产品本身的精度要求不高 因此能满足产品的精度要求 通过对上述三种方案的分析比较 该件的冲压生产采用方案三为佳 84 3 5冲裁模总体结构设计 3 5 1冲裁模具的分类 85 模具装配图的一般画法 明细表标题栏 技术要求 3 5 2冲裁模的典型结构 86 看图方法与步骤 模具结构图的看图方法 看标题栏 了解模具名称看工件图看排样图 了解送料方向 进而知道定位零件的大概位置看主视图找涂黑的料和工件找使板料成形的工作零件找定位零件 结合俯视图找出件零件找导向零件找固定零件 87 单工序模也叫简单模 是指在压力机的一次行程中只完成一道冲压工序的模具 1 单工序模典型结构 88 带刚性卸料装置的落料模 89 带弹性卸料装置的落料模 90 带有弹性卸料和顶料装置的单工序落料模 有分离现象产生 91 冲孔模 92 侧向冲孔模 93 斜楔式水平侧向冲孔模 94 模具的零件分类 根据功用的不同可分为 95 2 级进模的典型结构 级进模又称连续模或跳步模 是指在压力机一次行程中 在送料方向连续排列的多个工位上同时完成多道冲压工序的模具 96 冲孔 落料级进模 97 用导正销定距的冲孔落料级进模 98 99 双侧刃定距的冲孔落料级进模 100 侧刃和导正销联合定距的级进冲裁模 101 102 复合模是指只有一个工位 并在压力机的一次行程中 同时完成两道或两道以上的冲压工序的模具倒装复合模正装复合模 3 复合模的典型结构 103 正 倒装复合模比较 104 正装式复合模 1 打杆2 模柄3 推板4 推杆5 卸料螺钉6 凸凹模7 卸料板8 落料凹模9 顶件块10 带肩顶杆11 冲孔凸模12 挡料销13 导料销 105 1 下模座2 卸料螺钉3 导柱4 固定板5 橡胶6 导料销7 落料凹模8 推件块9 固定板10 导套11 垫板12 20 销钉13 上模座14 模柄15 打杆16 21 螺钉17 冲孔凸模18 凸凹模19 卸料板22 挡料销 倒装式复合模 106 切边冲孔复合模 107 带有刚 弹性推件装置的倒装复合模 108 3 5 3冲裁模的类型选择 对于单工序模 由于正装结构的模具出件方便 优先采用正装结构 对于复合模 由于倒装复合模操作方便安全 实际生产中优先考虑倒装结构 当所冲板料较薄 孔间距稍小 对工件的平面度又有要求时 应选择正装结构的复合模 在大批量生产中小型件时 广泛采用带有自动送料的级进模 以节省人工并提高生产效率 109 3 6模具主要零件的设计与标准的选用 工艺结构零件 工作零件 凸模 凹模 凸凹模 侧刃定位零件 导料板 挡料销 导正销等卸料及推件零件 卸料板 推件块 顶件块 废料切断刀 辅助结构零件 导向零件 导柱 导套 导板固定零件 固定板 垫板 模柄 上模座 下模座 螺钉 销钉等 110 3 6 1工作零件的设计与标准的选用 凸模凹模凸凹模侧刃 作用是使材料产生分离 得到所需冲裁件形状和尺寸 这里根据习惯仍将侧刃放在定位零件一节讲授 111 1 模具间隙的确定 冲裁模具间隙是指冲裁模具中凹模与凸模刃口侧壁之间的距离 用符号c表示 是指单面间隙 GB T16743 2010 112 1 间隙对冲裁过程的影响 1 间隙C对零件质量的影响适当降低间隙值 可有效提高冲裁件的断面质量 2 间隙C对冲裁工艺力的影响C增大 冲裁力F冲有一定程度降低 C增大 F卸 F推 F顶减小 则总的冲压力下降 反之 当Z减小时 各冲裁工艺力都会增加 则总冲压力增加 113 模具的失效形式 磨损 凹模刃口涨裂 崩刃 变形等 间隙C主要影响模具的磨损 刃口涨裂 C增大时 由于冲裁工艺力均减小 使得模具的磨损减小 凹模刃口涨裂减小 因此寿命提高 反之寿命缩短 3 间隙C对模具寿命的影响 114 分析结果 提高制件质量需要较小的模具间隙 降低冲压力需要较大的模具间隙 提高模具寿命需要较大的模具间隙 115 2 合理间隙值的确定 1 合理间隙值的理论计算依据 上下刃口处产生的裂纹重合 模具间隙合理 2 查表确定法表3 19表3 20 116 表3 19金属板料冲裁间隙分类 117 表3 20金属板料冲裁间隙值 GB T16743 2010 118 3 冲裁间隙选用方法 选用金属板料冲裁间隙时 应针对冲裁件技术要求 使用特点和特定的生产条件等因素 首先按表3 19确定拟采用的间隙类别 然后按表3 20相应选取该类间隙值 新模具的间隙应取间隙值中的最小值 119 2 凸 凹模刃口尺寸及公差的确定 1 凸 凹模刃口尺寸的计算原则 落料时 选凹模作基准 首先设计凹模刃口尺寸 间隙通过减小凸模刃口尺寸得到 2 冲孔时 选凸模作基准 首先设计凸模刃口尺寸 间隙通过增大凹模刃口尺寸得到 3 取磨损后尺寸增大的基准模刃口尺寸等于或接近于工件的最小极限尺寸 取磨损后尺寸减小的基准模刃口尺寸等于或接近于工件的最大极限尺寸 对磨损前后尺寸不发生变化的刃口尺寸取其等于工件的尺寸 4 工件尺寸公差与冲模刃口尺寸的制造公差原则上按 入体 原则标注为单向偏差 即落料件和凸模刃口尺寸标注成单向负偏差 冲孔件和凹模刃口尺寸标注成单向正偏差 磨损后无变化的尺寸 一般标注双向偏差 120 2 刃口尺寸计算方法 刃口尺寸计算方法与模具加工方法有关 模具加工方法常见的有两种 分别加工法配合加工法 121 两种模具加工方法比较 122 1 凸模与凹模分别加工 123 磨损系数x值 表2 12磨损系数x 124 刃口尺寸计算举例 例3 7冲制图3 73所示零件 材料Q235 料厚t 2mm 计算冲裁凸 凹模刃口尺寸及公差 125 解 由图3 73可知 该零件需要落料 冲孔两道冲裁工序完成 下面分别计算其模具刃口尺寸及公差 1 落料以凹模为基准 由于形状规则 其模具采用分别加工法进行加工 查表3 19和表3 20得c 7 10 t 即 cmin 7 t 0 07 2 0 14mm cm