第三章冲裁工艺.ppt

第三章冲裁工艺 使板料分离的冲压工序称为冲裁冲裁工序是冲压工艺中最基本工序之一 既可以直接冲出成品零件 也可以作为弯曲 拉深和挤压等其他工序的坯料 还可以在已成形的工件上进行再加工 如 切边 切口 冲孔等 冲裁工艺 一 概述二 冲裁过程分析三 冲裁件的质量分析四 冲裁间隙五 凸模与凹模工作部分尺寸计算 六 冲裁工艺力及压力中心七 排样 搭边以及送料步距与条料宽度的计算 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 基本工序 落料和冲孔 既可加工零件 也可加工冲压工序件 一 概述 根据冲裁变形机理分类 普通冲裁 精密冲裁 图3 1垫圈的落料与冲孔 二 冲裁过程分析 1 冲裁变形时板材变形区受力情况分析 冲裁时作用于板料上的力1 凸模2 板材3 凹模 F1 F2 凸 凹模对板料的垂直作用力 F3 F4 凸 凹模对板料的侧压力 F1 F2 凸 凹模端面与板料间的摩擦力 F3 F4 凸 凹模侧面与板料间的摩擦力 相关链接 弯曲模具 a 弹性变形阶段b 塑性变形阶段c 断裂分离 剪裂 阶段 2 变形过程 变形过程 1 弹性变形阶段2 塑性变形阶段3 应力屈服点 出现剪裂纹点4 断裂阶段 剪裂纹重合 5 断裂分离3 4 5 剪裂阶段 a 圆角带b 光亮带c 断裂带d 毛刺 圆角带又称为塌角 产生在板料不与凸模或凹模相接触的一面 是由于板料受弯曲 拉深作用而形成的 材料塑性越好 凸 凹模之间间隙越大 形成的塌角也越大 紧挨着圆角带的是光亮带 它是由于凸模切入板料 板料被挤入凹模而形成的 光亮带的长度约占整个断面的1 3 1 2左右 光亮带垂直于底面 材料塑性越好 模间间隙越小 光亮带的高度越高 光亮带下来紧接着的是断裂带 断裂带是由冲裁时产生的裂纹扩张而形成的断裂带表面粗糙 并带有4 6 的斜角 模间间隙越大 断裂带高度越大 斜角也越大 毛刺紧挨着断裂带的边缘 是由裂纹在分离面上形成的粗糙部分 理论上讲冲裁的过程必然造成毛刺的产生 也就是说毛刺是不可避免的 但是如果间隙合适 毛刺的高度可以很小 3 四个特征带 关于实际应用与尺寸测量的问题 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 4 注意点 冲裁模凸 凹模与冲裁件之间的关系 若不考虑弹性变形的影响 冲孔件的光亮带尺寸决定了它与轴类零件的配合性质冲孔件的光亮带尺寸近似等于凸模尺寸落料件的光亮带尺寸决定了它与孔类零件的配合性质落料件的光亮带尺寸近似等于凹模尺寸 凸 凹模的设计依据 冲孔尺寸 凸模尺寸落料尺寸 凹模尺寸落料是以最大部分尺寸为其尺寸 以凹模尺寸为准冲孔是以最小部分尺寸为其尺寸 以凸模尺寸为准 三 冲裁件的质量分析 冲裁后的零件应该保证一定的尺寸精度 良好的断面质量和没有明显的毛刺一 尺寸精度冲裁件应保证图纸规定的公差范围二 断面质量冲裁件的切断面应平直 光洁 无裂纹 撕裂 夹层等缺陷三 毛刺应该避免粗大的毛刺 1 尺寸精度 a 冲模的制造精度b 材料性质c 冲裁件的形状d 冲裁间隙 冲模的制造精度 a 冲模的制造精度冲模的制造精度对冲裁件的尺寸精度有直接的影响 冲模的精度越高 冲裁件的精度也越高 材料性质 冲裁件形状 b 材料性质材料性质的问题主要 是由于存在的弹性恢复 回弹 现象造成的 使得冲裁件的尺寸与凸 凹模不符 从而影响精度 屈服点低 回弹小c 冲裁件形状形状越简单 精度越高 冲裁间隙 冲裁间隙对于冲裁件精度是一个关键 当间隙合适时 板料在比较纯的剪切作用下被分离 使落料尺寸等于凹模尺寸 冲孔尺寸等于凸模尺寸 间隙太大 同时存在拉伸和弯曲变形 冲裁后尺寸向实体方向收缩落料件尺寸小于凹模尺寸 冲孔件尺寸大于凸模尺寸间隙太小 同时受到较大的挤压作用 冲裁后尺寸向实体反方向胀大落料件尺寸大于凹模尺寸 冲孔件尺寸小于凸模尺寸 2 断面质量 断面质量取决于冲裁间隙 间隙合理 由凸 凹模刃口所产生的裂纹重合间隙不合理 则上下裂纹不重合 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 3 毛刺 a 由冲裁的过程可以知道 冲裁件产生微小的毛刺是不可避免的 因此 对于要求较高的工件 必须增加一道去毛刺的工序 b 一旦冲裁过程不合理 毛刺会明显增大 这是不允许的 A 冲裁间隙不合理B 刃口磨钝 间隙不合理时的毛刺 间隙太大 会产生明显的拉断毛刺间隙太小 会产生尖锐的挤出毛刺 刃口磨钝时的毛刺 在模具的工作过程中 刃口磨钝是产生毛刺的主要原因 当凸模刃口磨钝时 落料件上端会产生毛刺当凹模刃口磨钝时 冲孔件下端会产生毛刺当凸模和凹模刃口磨钝时 冲裁件的上 下端同时产生毛刺 四 冲裁间隙 冲裁间隙是凸模与凹模刃口轮廓相应尺寸之差 双边间隙 Z D凹 d凸 冲裁间隙是保证合理冲裁过程的最主要的工艺参数 冲裁间隙的重要性 间隙对冲裁件质量的影响 间隙对冲裁力的影响 随间隙的增大冲裁力有一定程度的降低 但影响不是很大 间隙对卸料力 推件力的影响比较显著 随间隙增大 卸料力和推件力都将减小 间隙是影响冲裁件质量的主要因素 冲裁间隙的重要性 间隙对模具寿命的影响 模具失效的原因一般有 磨损 变形 崩刃 折断和涨裂 小间隙将使磨损增加 甚至使模具与材料之间产生粘结现象 并引起崩刃 凹模胀裂 小凸模折断等异常损坏 所以 为了延长模具寿命 在保证冲裁件质量的前提下适当采用较大的间隙值是十分必要的 冲裁间隙的理论确定 b t 冲裁时模具挤入材料的相对深度 光亮带相对宽度 可以通过查表确定 结论 t Z b t Z 板料愈厚 塑性愈差 合理的间隙愈大 板料愈薄 塑性愈好 合理的间隙愈小 冲裁间隙的经验确定 确定冲裁间隙的总的原则是 在保证满足冲裁件断面质量和尺寸精度的前提下 使模具寿命最高 在实际生产中初始合理间隙的数值是参照查表得出的 参看课本p46 表3 3 表3 4 依据不同的材料 材料厚度得出一个许可的取值范围 Zmim Zmax 五 凸模与凹模工作部分尺寸计算 1 尺寸计算的原则 2 分别加工法的尺寸计算3 配合加工法的尺寸计算 1 尺寸计算的原则 a 设计基准的选择对于落料工序 应以凹模刃口尺寸作为设计基准 间隙取在凸模 对于冲孔工序 应以凸模刃口尺寸作为设计基准 间隙取在凹模 b 设计公称尺寸和模具间隙的确定 对于落料工序 凹模刃口公称尺寸取接近或等于工件最小极限尺寸 间隙取最小合理间隙对于冲孔工序 凸模刃口公称尺寸取接近或等于工件最大极限尺寸 间隙取最小合理间隙 c 尺寸设计方法的确定 分别加工法 分别规定凸模和凹模的尺寸和公差 分别制造 用凸模与凹模的尺寸及制造公差来保证间隙要求配合加工法 用凸模和凹模相互单配的方法来保证合理间隙 分别加工法适用于简单件 用于间隙较大 精度要求低的模具 凸 凹模具有互换性 配合加工法用于复杂件 用于精度要求高 间隙较小的模具 凸 凹模之间无互换性 d 模具公差的确定 分别加工法 对于有规则成形工件 如圆形 可按IT6 凸模 和IT7 凹模 取公差 也可以通过查表得到 配合加工法 基准件刃口制造公差可取工件公差 的25 凸 凹模制造精度一般比制件精度高2 3级 2 分别加工法的尺寸计算 对于分别加工法 我们必须给出凸 凹模的设计尺寸以及它们的公差 a 凸 凹模公差的确定 首先我们必须先确定一下冲裁间隙 通过查表可以得到 Zmim Zmax 按凸模IT6 凹模IT7进行设计 或者按照课本p 49表3 6查表确定凸 凹模的设计公差 然后必须校核一下 保证由凸 凹模制造公差而形成的间隙落在合理冲裁间隙范围之内 如果校核不合格的话 我们按照以下公式确定凸 凹模的设计公差 b 落料件设计 a 设计思路 为保证制件的精度 以凹模为设计基准 以为设计公称尺寸 设计完毕凹模尺寸后 以凹模公称尺寸为设计基准设计凸模 x称为磨损系数 其取值根据制件的精度要求 当精度要求IT10以上时 取x 1IT11 IT13时 取x 0 75IT14以下时 取x 0 5也可以通过课本p 49表3 5查得 b 凸 凹模尺寸设计 将制件图纸尺寸化为标准尺寸 凹模尺寸设计 凸模尺寸设计 c 冲孔件设计 a 设计思路 为保证制件的精度 以凸模为设计基准 以为设计公称尺寸 设计完毕凸模尺寸后 以凸模公称尺寸为设计基准设计凹模 x称为磨损系数 其取值根据制件的精度要求 当精度要求IT10以上时 取x 1IT11 IT13时 取x 0 75IT14以下时 取x 0 5也可以通过课本p 49表3 5查得 b 凸 凹模尺寸设计 将制件图纸尺寸化为标准尺寸 凸模尺寸设计 凹模尺寸设计 d 中心距尺寸的设计确定 设中心距尺寸为 模具相应尺寸为 分别加工法简单模工作零件设计 例 冲制图示零件 材料40 料厚t 0 8mm 计算冲裁凸 凹模刃口尺寸及公差 解 1 确定冲裁间隙由课本表3 3 根据 材料40 料厚t 0 8 查得 设 分别按IT6和IT7级加工制造 图纸中冲孔工序尺寸为 查公差表 得 分别加工法简单模工作零件设计 校核 由公差表查得 属于IT12 所以 x 0 75 2 冲孔件设计 分别加工法简单模工作零件设计 由设计公式得 由公差表查得 属于IT14 所以 x 0 5 3 落料件设计 分别加工法简单模工作零件设计 设 分别按IT6和IT7级加工制造 图纸中落料工序尺寸为 查公差表 得 校核 分别加工法简单模工作零件设计 图纸中中心距尺寸为 设计尺寸为 4 中心孔尺寸设计确定 3 配合加工法的尺寸计算 a 设计思路 设计过程 一般为首先根据制件类型 冲孔 还是落料 确定首先设计的基准件 然后根据基准件磨损后制件尺寸变化趋势 套用不同的公式 设计基准件尺寸 公差 最后在图纸上注明另一半工作零件按照基准件实际尺寸配作 保证合理间隙 b 尺寸类型的区分 一般 我们根据模具磨损后 制件尺寸变化趋势将制件尺寸划分为三类 第一类 模具磨损后 制件尺寸增大 第二类 模具磨损后 制件尺寸减小 第三类 模具磨损后 制件尺寸基本不变 c 三类尺寸的设计之一 第一类 模具磨损后 制件尺寸增大 按一般落料凹模公式设计计算 制造公差取将尺寸转化为标准尺寸 则其设计公式为 三类尺寸的设计之二 第二类 模具磨损后 制件尺寸减小 按一般冲孔凸模公式设计计算 制造公差取将尺寸转化为标准尺寸 则其设计公式为 三类尺寸的设计之三 第三类 模具磨损后 制件尺寸基本不变 按中心距尺寸公式设计计算 制造公差取将尺寸转化为标准尺寸 则其设计公式为 配合加工法尺寸计算例题 例1 制件如图所示 材料为黄铜 H62 料厚t 0 8mm 试计算凸凹模刃口尺寸及制造公差 使用配合加工法 解 该制件为落料件 应以凹模为设计基准 图纸尺寸公差皆为IT14 所以 x 0 5 根据材料 料厚 查表3 4 得 配合加工法尺寸计算例题 所以 R14尺寸由制件宽度28保证 凸模按凹模实际尺寸保证间隙0 04 0 056要求配作 例2 如图2 4 3所示的落料件 其中 d 22 0 14mm 板料厚度t 1mm 材料为10号钢 试计算冲裁件的凸模 凹模刃口尺寸及制造公差 由表3 3查得 解 该冲裁件属落料件 选凹模为设计基准件 只需要计算落料凹模刃口尺寸及制造公差 凸模刃口尺寸由凹模实际尺寸按间隙要求配作 配合加工法尺寸计算例题 配合加工法尺寸计算例题 落料凹模的基本尺寸计算如下 第一类尺寸 磨损后增大的尺寸 由公差表查得 尺寸80mm 选x 0 5 尺寸15mm 选x 1 其余尺寸均选x 0 75 配合加工法尺寸计算例题 第三类尺寸 磨损后基本不变的尺寸 第二类尺寸 磨损后减小的尺寸 落料凸模的基本尺寸与凹模相同 分别是79 79mm 39 75mm 34 75mm 22 07mm 14 94mm 不必标注公差 但要在技术条件中注明 凸模实际刃口尺寸与落料凹模配制 保证以0 10 0 14间隙与落料凹模配制 配合加工法尺寸计算例题 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 模具工作尺寸计算习题 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 1 冲裁工艺力 冲裁工艺力是选择压力机的主要依据 也是设计必须的数据包括冲裁力 卸料力 推件力 顶件力 六 冲裁工艺力及压力中心 1 冲裁工艺力 1 压力机许用压力曲线 2 冲裁工艺冲裁力实际变化曲线 3 拉深工艺拉深力实际变化曲线 冲裁力是指板料作用在凸模上的最大抗力 k 为冲裁系数 是考虑刃口纯化 间隙尺寸均匀 材料力学性能和厚度波动而增加的安全系数 一般取值为k 1 3 为抗剪强度L 为冲裁件冲裁曲线周长t 为板料厚度 1 冲裁力的计算 对于平刃口 a 阶梯冲裁b 斜刃冲裁c 加热冲裁 2 降低冲裁力的方法 3 卸料力 推件力 顶件力 K卸 卸料力系数K推 推件力系数K顶 顶件力系数其中 F 冲裁力 n 梗塞在凹模内冲件数n h th 凹模直壁洞口高度 t 板料厚度 4 冲裁工艺力的确定 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 弹压卸料装置 刚性卸料装置 2 冲模压力中心的确定 冲压力合力的作用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而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 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 开式冲裁 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 闭式冲裁 b 任意梯形 可直接由图示作图法求得 闭式冲裁 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 3 形状复杂工件压力中心计算 a 在工件轮廓内外 任选基准坐标b 将轮廓分成若干基本线段计算各线段的长度c 确定基本线段的压力中心坐标d 根据 各分力对某轴力矩力之和 诸力的合力对该轴的力矩 原理 便可求出合力作用点的坐标 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 冲裁件在条料上的布置方法称为排样 排样的原则 减少材料消耗 降低生产成本 改善模具机构 延长模具寿命 保证零件质量操作方便 安全 降低劳动强度 1 排样 七 排样 搭边以及送料步距与条料宽度的计算 有废料排样法