第二章、冲裁.ppt

第二章冲裁,教学目的及要求：了解冲裁变形过程及板料、模具受力情况，掌握断面质量的影响因素，重点掌握间隙z的大小对冲件质量、模具寿命的影响。教学重点与难点：重点掌握模具间隙值根据不同的要求的取法及典型模具结构，运用场合。,冲裁利用模具使板料产生分离的冲压工序，是分离工序的总称。,垫圈：内孔是通过冲孔工序生产，外形是通过落料工序生产，如图2-2。如图2-1冲裁工序可以制成成品：垫圈、夕钢片、钢直尺等。冲裁工序可以制成半成品为其他工序准备毛坯等。,图2-2,本章目录,一、冲裁过程变形分析二、模具间隙三、凸、凹模刃口尺寸的计算四、冲裁工艺力五、排样六、冲模基本构成及分类七、冲裁模典型结构总结,一、冲裁过程变形分析1.剪切区应力状态分析（图2-3）,作用于板料上的力接触面的宽度约为料厚的0.2-0.4倍。冲剪应力状态图2-4研究发现：板料在模具刀尖处及凹、凸模端面的静水压力高于刃口侧面处的静水压力。所以破坏首先是在刃口侧面开始。,2.冲裁过程图2-5,图2-51-弹性变形阶段2-塑性变形阶段3-断裂分离阶段,间隙合理时，分为三个阶段。,（1）弹性变形阶段s屈服极限,图2-6,（2）塑性变形阶段应力状态满足了屈服准则,（3）断裂分离阶段裂纹迅速扩大，材料剪断分离,从三个阶段的分析得出冲裁力与凸模行程曲线，如图2-8。3冲剪断面特征（图2-9）,图2-8冲裁力与凸模行程曲线,三个区域：断裂带是刃口处的微裂纹在拉应力作用下，不断扩展而形成的撕裂面，断裂面粗糙且有斜度。光亮带是塑性变形阶段挤入凸凹模的材料，被模具侧面挤压而成的光滑而垂直的表面。塑性好的材料光亮带宽。圆角带凸模压入材料表面时，由于材料拉伸变形和弯曲变形（被牵连挤入）形成的，软材料比硬材料大。三个区域所占的比例随材料的机械性能，凸、凹模间隙，模具的制造精度，刃口磨损情况的不同而不同。为提高断面质量，可通过提高光亮带的高度和整修工序来达到。提高光亮带的高度，关键是延长塑性变形阶段，推迟裂纹的产生。可通过增加金属材料塑性、硬质材料退火、合理设计模具间隙等。,二、模具间隙模具间隙指凸、凹模刃口间的间缝隙，单边用c表示，双边用z表示。间隙是冲裁模设计的关键尺寸。间隙大小对冲裁件质量和模具使用寿命都有很大影响。间隙对冲裁件质量的影响（断面、尺寸、形状即弯曲度）（1）间隙对断面质量的影响（图2-10）,图2-10间隙对断面质量的影响,az过小，断面平直，双光亮带，挤长毛刺薄，易去除。bz合理，有一定的斜度，比较平直，光洁，光亮带1/2-1/3。cz过大，斜度大，粗糙，光亮带小，拉长毛刺厚，难去除。,从工件的断面可以判断间隙合理否。,（2）间隙对尺寸精度的影响模具制造精度一定时（定性讨论）z过小：材料受挤压成分提高，弹性恢复使落料件尺寸增大，冲孔件尺寸减小z过大：受拉作用大，径向拉伸变形大，工件穹弯大，弹性恢复使落料件尺寸减小，冲孔件尺寸增大;但由于工件穹弯形状弹性恢复，落料件尺寸增大，冲孔件尺寸减小，因此，尺寸误差是两者的综合结果。模具制造精度低，工件的尺寸精度本身无法保证冲裁件内外形尺寸能达到的经济精度it1114见表2-3,不同的冲裁件尺寸精度所对应的模具制造精度不同。,（3）间隙对弯曲度的影响（图2-11?）间隙增大，工件穹弯h增大，为提高制件的平整度，可加压料板或反向压板，保持材料平整状态下冲裁。要求太高可以加整形工序。2.间隙对冲裁力的影响（图-12）z过小，拉伸作用下降，挤压作用增大，静水压力增大，变形抗力增大。上下裂纹不重合，发生二次剪切，力的下降是缓慢的，而不是急剧的，3比2力增加不是很多，而变形功增加很多，对电机功率大小有影响。,图2-12间隙对冲裁力的影响,3.间隙对模具寿命的影响模具寿命以冲出合格制品的冲裁次数来衡量。分两次刃磨间的寿命和全部刃磨后的总寿命。两次刃磨间的寿命为几万次不等，全部磨损的寿命为几十万或上百万次不等,与很多因素有关（选材、制造、热处理等）。作用在模具上的力（图2-13）：,图2-13作用在模具上的力,冲裁模的损坏有崩刃、折断、压塌、凹模胀裂、磨损等。正常的磨损是允许的。生产中：凸模磨损，毛刺产生在落料件上。凹模磨损，毛刺产生在冲孔件上。,工件应力状态分析,磨损机理：受弯矩作用，接触面小，刃口处单位压力极高：(1)在高压作用下，刃口与板料接触产生“附着现象”，当其接触面相对移动时，由于摩擦发热，更加重了金属间的“附着”。(2)“附着部分”的金属产生剪切而引起模具的磨损,当z过小：弯矩小，挤压作用增大，静水压力高，材料不易裂。a.单位压力大；b.加上二次剪切，材料与模具接触面大，相对滑动距离大，磨损严重；c.因摩擦发热把二次剪切的碎屑粘附在凸、凹模上造成的熔敷现象反过来加剧磨损；d.冲裁件弹性恢复，冲孔件卡在凸模上，落料件卡在凹模上，加剧凸、凹模刃口侧面的磨损，特别是凸模。,当z过大：拉伸作用强，挤压作用弱，光亮带窄，相对滑动距离短，冲件弹性恢复与上相反。凸凹模磨损大为减轻。同一间隙z：凸模端面比凹模端面磨损小。凸模侧面比凹模侧面磨损大。为提高模具寿命，一般采用较大间隙。若采用小间隙应提高模具硬度；如模具制造精度高，表面粗糙度低，并改善润滑条件，可以减小磨损。,4.合理间隙的确定生产中选用一个适当的范围作为合理间隙，只要间隙在这个范围内，就可冲出良好产品，这个范围的最小值称为最小合理间隙，最大值称为最大合理间隙。新设计模具应采用最小值。理论确定法：根据两裂纹重合，获得良好断面依据。单边c=t(1ho/t)tgho/t相对压入深度裂纹与垂线间夹角表2-5公式可见，ho/t和材料的性质（图2-4）关系，影响合理间隙值的主要因素是材质和厚度。,图2-14,经验法、查表法很多书、手册、杂志上都有，可参考。表2-6较小间隙，用于尺寸精度、断面垂直度要求高的工件。其它表2-5、2-7、2-8、2-9等等。生产中常用较大间隙：用于尺寸精度及端面垂直度要求不高的工件。软材料t1z=(6%-8%)tt=1-3z=(10-15%)tt=3-5z=(15%-20%)t硬材料t1z=(8%-10%)tt=1-3z=(11-17%)tt=3-5z=(17%-25%)t,三、凸、凹模刃口尺寸的计算1尺寸计算原则生产中的三种情况:落料件大端凹模尺寸冲孔件小端凸模尺寸凸模越磨越小，凹模越磨越大。,图2-15,原则：（1）设计基准落料模以凹模为准，冲孔模以凸模为准。（2）基准尺寸的取法考虑磨损设计落料模时，凹模基本尺寸应取工件公差范围的较小尺寸。设计冲孔模时，凸模基本尺寸应取工件公差范围的较大尺寸。（3）模具制造精度与工件精度相适应书表2-3未注公差的工件，圆形取it10，非圆形取it14。圆形模具制造精度取it67，非圆形模具制造取it11。,2.尺寸计算方法凸、凹模分开加工适用于圆形和形状简单的工件，分开加工能保证制造精度。分别标注凸、凹模刃口尺寸与制造公差。（教材图冲裁2-21）冲孔模尺寸落料模尺寸为保证间隙值，必须（保证）满足下列要求：可以查表p+d(zmax-zmin)或者：p=0.4(zmax-zmin)d=0.6(zmax-zmin),冲孔模设工件尺寸先凸模后凹模落料模设工件尺寸先凹模后凸模x公差带偏移系数，其值为0.5-1表2-11，目的是为了不使多数产品偏向极限尺寸.举例书图2-19垫圈,(2)凸模与凹模配合加工适用于薄料和形状复杂的工件，为保证间隙，先加工基准件，后加工另一件配作。解决模具制造困难问题，基准件公差不受限制，可适当放宽制造公差。,标注落料模和冲孔模的基准件刃口尺寸方法一样分为三类，书图2-20.第一类:基准件尺寸磨损增大的为a类;第二类:基准件尺寸磨损后减小的为b类.第三类:基准件尺寸磨损后没有增减的为c类，cj分为三种情况,当公式中标注为+，-时，=/4当标注形式为+时，=/8=/4模具另一件只标注基本尺寸，并在零件图上说明：凸模(或凹模)按凹模(或凸模)实际尺寸配作，保证双面间隙zmin-zmax。举例书图2-21,四、冲裁工艺力计算目的：为选择设备、设计模具强度提供依据。1.冲裁力计算平刃口:f=lt为保险，乘以保险常数1.3f=1.3ltltbl-冲裁周长t-材料厚度b-抗拉强度,2.降低冲裁力的方法冲裁高强度板或厚材，如设备力量不够，可采用措施降低冲裁力措施。（1）材料加热红冲；（2）在多凸模冲模中，采用凸模阶梯布置；（附教材图冲裁2-22）（3）用斜刃口模具冲裁。（落料件，凸模平刃，冲孔件，凹模平刃）（附教材图冲裁2-23）设计参数书表2-1,3.卸料力及推件力的计算,图2-16,从凸模上将废料或工件卸载下来的力为卸料力。f3=k3fk3系数表2-2,从凹模内顺冲裁方向把工件或废料推出的力称为推件力。f1=nk1fk1系数表2-2n-同时梗塞在凹模内的工件或废料，n=h/t，h-刃口高度.逆冲裁方向把工件或废料从凹模内顶出的力叫顶件力。f2=k2fk2系数表2-2选择压机时，根据不同的模具结构把不同的力叠起来。对下落料式结构：f总=f+f1+f3对上出料式结构：f总=f+f2+f3,五、排样（附排样ppt）1.材料的经济利用排样冲裁件在条料或板料上的布置方式称为排样。衡量排样的经济性的标准材料的利用率。100%ao工件实际面积a所用材料面积例如垫圈图（附教材图冲裁2-25）a一定时，废料增多，ao增大，增大，成本降低。,为了提高，在不改变零件使用的前提下，可改变零件形状，以便于排样。（附教材图冲裁3-55）,图2-17,2.排样方法（附教材图冲裁2-25）（1）有废料排样例如垫圈工件周边都有搭边，因为搭边既能保护产品质量，又能使模具寿命长，但材料的利用率低。（2）少废料排样（附教材图冲裁7-9）沿工件部分面积冲裁，只局部有搭边和余料。（3）无废料排样无任何搭边，材料的利用率可达8595%，一次冲裁多个，生产效率高。,（2）、（3）生产效率高，但工件质量差，模具寿命不高，模具结构简化，冲裁力小，生产效率高。目前采用计算机排样，选最佳方案保证产品质量，操作简便，以最低成本生产满足质量和产量要求。,3.搭边（附教材图冲裁2-25）（1）工件之间及工件与条料侧面之间的余料叫搭边。（2）作用：1.补偿定位误差，保证冲压合格的工件；2.保证条料有一定的刚度，便于送料；3.保护模具刃口，延长寿命。搭边过大，材料利用率低，下降。搭边过小，冲裁时易拉断，使工件产生大的毛刺，有时会拉入间隙中摩擦磨损模具刃口，降低寿命。送料没有一定刚度，不便于送料。参考手册及书上表2-13选取,六、冲模基本构成及分类1.冲模的基本构成（模型、图册）任一副模具分为上模和下模。上模上在滑块上，下模固定在压力机工作台上，简单模具由十几个零件组成，复杂模具由上百个零件组成。,（附教材图冲裁8-46模具与设备关系）,根据零件在模具上的作用可分为五大类：工作零件作用：使被加工材料变形、分离，从而加工成工件，例如，凸模、凹模、凸凹模等。定位零件作用：控制条料的送进和送料步距，确保条料在冲模中的正确位置。挡料销图8-2，8-3导正销图8-33导尺图8-2定位销图8-12定位板图8-20侧压板侧刀,压料、卸料、顶料零件作用：保证冲压完毕后将工件或废料从模具中排出。拉深模中的压边圈主要防止毛坯板料起皱。图8-22刚性卸料板，图8-3弹性卸料板图8-6顶板8-11打杆8-7废料切刀导向零件作用：保证凸模对下模相对运动有精确导向，使凸模和凹模之间保证均匀的间隙。导柱导套图8-3导板图册28、29,固定零件作用：使上述四类零件联接在一起，构成上下模两部分，并使冲模能安装在压力机上。上模板、下模板、凸模固定板、凹模固定板、垫板限位器、销钉、螺钉、模柄。一般模具具有上述五类零件，但有时简单模具只有工作零件和固定零件，而有些模具有送料装置或出料装置。,2.冲模分类按工序组合为：单工序模图册定义p221在一副模具中只完成一个工序。,复合模定义p209图册55、28p209优点：在压机的一次行程中，在模具的同一工位上，完成两个以上工序的模具。一次定位，内外形的精度高，生产效率高。适合于大中形零件。,连续模定义p210图册32优点p210在压机的一次行程中，在模具的不同工位上，完成两道以上的工序。生产效率高，适合于中小型零件，多次冲压送料难，精度要求不高的零件生产，且用于带料生产，要求有送料装置。,三种模具的特点比较在设计指导书表30教材书247页,3.冲裁模分类按工序性质分：落料模、冲孔模、切边模、剖切模、整修模、精冲模。按工序组合分：单工序模、复合模、连续模按有无导向装置分：无导向开式模，有导向的导板模，导柱模等。,七、冲裁模典型结构（附教材图、附图册图、模型）1、落料模图8-1特点p198?图8-2特点p199图8-3特点：适合于冲裁件精度要求高，大量和成批生产。2、冲孔模图8-4特点图8-5特点图8-6特点图8-8特点图8-10特点,3、复合模图册29，30倒装复合模：落料凹模在上模，冲孔废料朝下走，结构简单，操作简单。由于刚性推件装置不起压干作用，工件不平整。凸凹模壁厚较小，强度不足易胀裂。正装复合模：落料凹模在上模口，冲孔废料朝上，由刚性打杆