冲压知识介绍

本章课件 设计实例 冲压技术发展趋势 冲压知识简述 冲裁力、卸料力及推件力的计算 精密冲裁工艺与模具简介 冲裁工艺设计 冲裁件的排样 冲裁力和压力中心的计算 冲裁模工作部分的设计计算 冲裁模具间隙 冲裁变形分析 冲裁工艺及冲裁模设计,综述冲压知识简述关于冲压绪论： 冷冲压是一种金属加工方法，在金属塑性变形的基础上，利用模具和冲压设备对板料金属进行加工，以获得所需要的零件形状和尺寸. 冷冲压和切削加工比较，具有生产率高、加工成本低、材料利用率高、产品尺寸精度稳定、操作简单、容易实现机械化和自动化等一系列优点，特别适合于大量生产。 由于板料零件具有重量轻，有足够的强度和刚度，可以根据不同的用途，采用不同的材料加工成各种形状尺寸的零件，以满足产品的需要。冷冲压工艺大致可分为分离工序与成形工序两大类分离工序工序名称简图特点及应用范围落料用冲模沿封闭轮廓曲线冲切，冲下部分是零件，用于制造各种形状的平板零件冲孔用冲模按封闭轮廓曲线冲切，冲下部分是废料切断用剪刀或冲模沿不封闭曲线切断，多用于加工形状简单的平板零件切边将成形零件的边缘修切整齐或切成一定形状剖边把冲压加工零件的半成品切开成为二个或数个零件，多用于不对称零件的成双或成组冲压成形之后成形工序工序名称简图特点及应用范围弯曲把板材沿直线弯成各种形状，可以加工形状极为复杂的零件卷圆把板材端部接近封闭的圆头，用于加工类似铰链的零件扭曲把冲裁后的半成品扭转成一定角度拉深把板材毛坯成形制成各种空心的零件变薄拉深把拉深加工后的空心半成品进一步加工成为底部厚度大于侧壁厚度的零件翻孔在预先冲孔的板材上或未经冲孔德板材冲制成竖立的边缘翻边把板材半成品的边缘曲线或圆弧成形成竖立的边缘拉弯在拉力与弯矩共同作用下实现弯曲变形，可得精度较好的零件胀形在双向拉应力作用下实现的变形，可以成形各种空间曲面形状的零件起伏在板材毛坯或零件的表面上用局部成形的方法制成各种形状的突起与凹陷扩口在空心毛坯或管状毛坯的某个部位上使其径向尺寸扩大的变形方法缩口在空心毛坯或管状毛坯的某个部位上使其径向尺寸减小的变形方法旋压在旋转状态下用辊轮试毛坯逐步成形的方法校形为了提高已成形零件的尺寸或获得小的圆角半径而采用的成形方法 1、冲压技术发展的特征 关键问题是破裂、起皱与回弹，涉及可成形性预估、成形方法的创新，以及成形过程的分析与控制。，纵观上世纪的发展历程可见： 冲压技术的发展涉及材料、能源、模具、设备等各方面。工艺方法的创新及其过程的科学分析与控制是技术发展的核心；模具技术是冲压技术发展的体现，是决定产品制造周期、成本、质量的重要因素。2、先进成形技术的发展 冲压技术的发展与材料和结构密切相关。（1）铝合金覆盖件等车身零件的冲压技术。国外已有实用的工艺及模具设计数据资料。 （2）多种厚度激光拼焊板坯的冲压技术。 （3）挤压管坯的内高压成形技术。 （4）复合板的成形技术等。 以液体直接或间接作为半模或传感应介质的各种液压成形技术，属于半模成形或软模成形，有很多优点（已有近60年历史），是飞机钣金零件的主要制造方法。近十多年来在高压源及高压密封问题解决后，得以迅速发展，在汽车工业中获得重要应用。液压成形包括液压橡皮囊成形、充液拉深成形和内高压胀管成形。液压橡皮成形已从航空工业的传统应用扩大到汽车的复杂内外板件的成形，在100-140Mpa的压力下，成形质量很好，适用于试制和小批量生产。新兴的内高压成形技术已经实用化、工业化，生产发动机的支架、排气管、凸轮轴及框架件等，达到了很好的效率和效益。 预计液压成形、拼焊毛坯冲压成形及激光焊接装配将是未来汽车轻量化的三项关键技术。 此外粘介质压力成形、磁脉冲成形，以及各种无模成形技术的研究也有很大进展，显现出越来越多的工艺柔性。 二，随着科学技术的不断进步和工业生产的发展，冷冲压技术也在不断革新和发展，主要表现在以下几个方面： （1）工艺分析计算方法的现代化。例如，生产汽车覆盖件的冲压工艺，传统方法系根据己有的设计 资料和设计者的经验，进行对比分析，确定工艺方案和有关参数，然后按设计实验模具，进行试冲，经过 反复实验和修改，才能转入批量生产。近几年来，国外已经开始采用有限变形的弹塑性的有限元法，对覆 盖件成型过程进行应力应变分析和计算模拟，以预测某一工艺方案对零件成型的可能性和将会发生的问题，将结果显示在图形终端上，供设计人员进行修改和选择。这样，不仅可以节省昂贵的模具试验费用，缩短 新产品的试制周期。而且可以逐步建立一套能紧密结合生产实际的先进设计方法，既促进了冷冲压工艺的 发展，也将使塑性成型理论逐步达到对生产实际的指导作用。 （2）模具设计制造技术现代化。为了加快机电产品的更新换代，缩短工装设计、制造周期，许多先 进国家正大力发展计算机辅助设计和制造（CAD/CAM）的研究，并在生产中开始应用。模具CAD/CAM技术应 用得较早的领域是冷冲模。根据国外的经验，采用这一技术，一般可以提高模具设计制造效率的2-3倍， 使模具制造周期缩短1/2-2/3，发展这一技术的最终目的，要达到模具CAD/CAM一体化，而模具图纸只是 作为检验模具使用。采用模具CAD/CAM后，还可提高模具质量，大大减少设计而制造人员的重复劳动，使设计者有可能把精力放在创新开发上。(3)冷冲压生产的机械化和自动化，为了满足大量生产的需要，冲压设备已由单工位低速压力机发 展到多工位高速压力机。一般中小型冷冲件，既可在多工位压力机上生产，也可以在高速压力机上采用多工位级进模加工，是冷冲压生产达到高度自动化。大型冲压件（如汽车覆盖件）可在 多工位压力机上利用自动送料、取件装置，进行机械化流水线生产，从而减轻劳动强度和提高劳动生产率 。（4）为了满足产品更新换代快和生产批量少的发展趋势，发展了一些新的成型工艺（如高能成行和 旋压等）、简易模具（如软模和低熔点合金模等）、通用组合模具、数控冲压设备和冲压柔性制造系统 （FMS）等。这样，就使冷冲压生产既适合大量生产，也同样可以使用于小批量生产。 （5）不断改进板料性能，以提高其成形能力和使用效果。例如，研制高强度钢板，用来生产汽车覆盖件，以减轻零件重量和提高其结构强度。 冲压工艺学是一门实用性很强的课程。对初学者来说，应在学习这门课程以前，对冲压工艺在生产中的应用范围和特点，具有初步感性知识，才能在学习的时候联系实际，容易引起兴趣和加深理解。由于这门课程安排在塑性成形原理之后和冲压工艺课程设计之前，因此，要求学生能将塑性成形理论的分析方法，具体运用到各个冲压工序的分析中去。并对板料在变形过程中的应力、应变分布及影响因素，有一个比较清晰的概念，为制定正确的工艺方案和设计合理的模具结构打下基础。通过本课程学习和课程设计，能初步掌握分析、制订工艺方案和冷冲模具的方法。第二章 冲压件工艺过程设计的内容及步骤不论冲压件的几何形状和尺寸大小如何,其生产过程一般都是从原材料剪切下料开始，经过各种冲压工序和其他必要的辅助工序（如退火，酸洗，表面处理等）加工出图纸所要求的零件。对于某些组合冲压件或精度要求较高的冲压件，还需要经过切削，焊接或铆接等加工，才能完成。冲压件工艺过程的制定和模具设计是冷冲压课程设计的主要内容。进行冲压设计就是根据已有的生产条件，综合考虑影响生产过程顺利进行的各方面因素，合理安排零件的生产工序，最优地选用，确定各工艺参数的大小和变化范围，设计模具，选用设备等，以使零件的整个生产过程达到优质，高产，低耗，安全的目的。2.1 工艺过程设计的基本内容冲压工艺规程是模具设计的依据，而良好的模具结构设计，又是实现工艺过程的可靠保证，若冲压工艺有改动，往往会造成模具的返工，甚至报废。冲制同样的零件，通常可以采用几种不同方法。工艺过程设计的中心就是依据技术上先进，经济上合理，生产上高效，使用上安全可靠的原则，使零件的生产在保证符合零件的各项技术要求的前提下，达到最佳的技术效果和经济效益。冲压件工艺过程设计的主要内容和步骤是：一. 分析零件图(冲压件图)产品零件图是分析和制定冲压工艺方案的重要依据，设计冲压工艺过程要从分析产品的零件图人手。分析零件图包括技术和经济两个方面：1. 冲压加工的经济性分析冲压加工方法是一种先进的工艺方法，因其生产率高，材料利用率高，操作简单等一系列优点而广泛使用。由于模具费用高，生产批量的大小对冲压加工的经济性起着决定性作用，批量越大，冲压加工的单件成本就越低，批量小时，冲压加工的优越性就不明显，这时采用其他方法制作该零件可能有更好的经济效果。例如在零件上加工孔，批量小时采用钻孔比冲孔要经济；有些旋转体零件，采用旋压比拉深会有更好的经济效果。所以，要根据冲压件的生产纲领，分析产品成本，阐明采用冲压生产可以取得的经济效益。2. 冲压件的工艺性分析冲压件的工艺性是指该零件在冲压加工中的难易程度。在技术方面，主要分析该零件的形状特点，尺寸大小，精度要求和材料性能等因素是否符合冲压工艺的要求。良好的工艺性应保证材料消耗少，工序数目少，模具结构简单，且寿命长，产品质量稳定，操作简单，方便等。在一般情况下，对冲压件工艺性影响最大的是冲压件结构尺寸和精度要求，如果发现零件工艺性不好，则应在不影响产品使用要求的前提下，向设计部门提出修改意见，对零件图作出适合冲压工艺性的修改。另外，分析零件图还要明确冲压该零件的难点所在，对于零件图上的极限尺寸，设计基准以及变薄量，翘曲，回弹，毛刺大小和方向要求等要特别注意，因为这些因素对所需工序的性质，数量和顺序的确定，对工件定位方法，模具制造精度和模具结构形式的选择，都有较大影响。二. 确定冲压件的总体工艺过程在综合方析，研究零件成形性的基础上，以材料的极限变形参数，各种变形性质的复合程度及趋向性，当前的生产条件和零件的产量质量要求为依据，提出各种可能的零件成形总体工艺方案。根据技术上可靠，经济上合理的原则对各种方案进行对比，分析，从而选出最佳工艺方案（包括成形工序和各辅助工序的性质，内容，复合程度，工序顺序等），并尽可能进行优化。1. 选择冲压基本工序剪裁，落料，冲孔，切边，弯曲，拉深，翻边等是常见的冲压工序，各工序有其不同的性质，特点和用途。有些可以从产品零件图上直观地看出冲压该零件所需工序的性质。例如平板件上的各种型孔只需要冲孔，落料或剪切工序；开口筒形件则需拉深工序。有些零件的工序性质，必须经过分析和计算才能确定。如图2-1 (a)和(b)分别为油封内夹圈和外夹圈冲压件，两个冲压件形状基本相同，只是直边高度和外径不同经分析计算，内夹圈可选用落料冲孔和翻边，共两道工序；而外夹圈选用落料，拉深，冲孔和翻边等四道工序来加工较为合理。图2-1 油封内夹圈和外夹圈的冲压工艺过程a) 油封内夹圈 b)油封外夹圈材料：08钢，厚度：0.8mm2. 确定冲压次数和冲压顺序冲压次数是指同一性质的工序重复进行的次数。对于拉深件，可根据它的形状和尺寸，以及板料许可的变形程度，计算出拉深次数。其它如弯曲件，翻边件等的冲压次数也是根据具体形状和尺寸以及极限变形程度来决定。冲压顺序的安排应有利于发挥材料的塑性以减少工序数量。主要根据工序的变形特点和质量要求来安排，确定冲压顺序的一般原则如下：(1).对于有孔或有缺口的平板件，如选用简单模时，一般先落料，再冲孔或切口，使用连续模时，则应先冲孔或切口，后落料。(2).对于带孔的弯曲件，孔边与弯曲区的间距较大，可先冲孔，后弯曲。如孔边在弯曲区附近或孔与基准面有较高要求时，必须先弯曲后冲孔。(3).对于带孔的拉深件，一般都是先拉深后冲孔，但是孔的位置在零件底部，且孔径尺寸要求不高时，也可先在毛坯上冲孔，后拉深。(4).多角弯曲件，应从材料变形和弯曲时材料移动两方面考虑安排先后顺序，一般情况下先弯外角，后弯内角。(5).对于形状复杂的拉深件，为便于材料变形和流动，应先成形内部形状，再拉深外部形状。(6).整形或校平工序，应在冲压件基本成形以后进行。3. 工序的组合方式一个冲压件往往需要经过多道工序才能完成，因此，编制工艺方案时，必须考虑是采用简单模一个个工序冲压呢？还是将工序组合起来，用复合模或连续模生产。通常，模具的选用主要取决于冲压件的生产批量，尺寸大小和精度要求等因素。生产批量大，冲压工序应尽可能地组合在一起，采用复合模或连续模冲压；小批量生产，常选用单工序简单模。但对于尺寸过小的冲压件，考虑到单工序模上料不方便和生产率低，也常选用复合模或连续模生产；若选用自动送料，一般用连续模冲压；为避免多次冲压的定位误差，常选用复合模生产，当用几个简单模制造费用比复合模高，而生产批量又不大时，也可考虑用将工序组合起来，选用复合模生产。工序的组合方式，可选用复合模或连续模。一般来说，复合模的冲压精度比连续模高，结构紧凑，模具轮廓面积比连续模小；但是，连续模的生产率较高，操作比较安全，容易实现单机自动化生产，若装上自动送料装置，可适用小件的自动冲压。常见的复合模和连续模的工序组合方式，可按表2-1选用。4. 辅助工序对于某些组合冲压件或有特殊要求的冲压件，在分析了基本工序，冲压次数，顺序及工序的组合方式后，尚须考虑非冲压辅助工序，如钻孔，铰孔，车削等机械加工，焊接,铆合,热处理，表面处理，清理和去毛刺等工序。如多次拉深工序之间，为消除加工硬化，要进行退火处理；为除锈要酸洗等。这些辅助工序可根据冲压件结构特点和使用要求选用，安排在各冲压工序之间进行，也可安排在冲压工序前或后完成。表2-1 复合模和连续-复合模型式三. 确定并设计各工序的工艺方案依据所确定的零件成形的总体工艺方案，确定并设计各道冲压工序的工艺方案。内容包括：确定完成本工序成形的加工方法；确定本工序的主要工艺参数；根据各冲压工序的成形极限，进行必要的工艺计算，如弯曲件的最小弯曲半径，一次翻边的高度等；确定毛坯的形状，尺寸和下料方式，计算材料利用率，确定各工序的成形力，计算本工序的材料，能源，工时的消耗定额等，由所定的工艺方案计算并确定每个的工件形状和尺寸，绘出各工序的工件图。五. 合理选择冲压设备根据零件的大小，所需的冲压力（包括压料力，卸料力等），冲压工序的性质和工序数目，模具的结构型式，模具闭合高度和轮廓尺寸，结合现有设备的情况，来决定所需设备的类型，吨位，型号和数量。选择设备和设计模具的工作是相互联系的，许多工作可交叉进行或同时进行。如先根据计算的冲压力，粗选的设备不大，但模具的轮廓尺寸大时，可重选大些的设备，使设备的闭合高度，漏料孔的尺寸与模具的结构尺寸相适应。通常，设计模具和选择压力机应注意下列几点：1. 为保证冲模正确和平衡地工作，冲模的压力中心必须通过模柄轴线而和压力机滑块中心线相重合，以免滑块受偏心载荷，从而减少冲模和压力机导轨的不正常磨损。2. 压力机的装模高度是指滑块在下死点时，滑块下表面至工作台垫板上表面之间的距离。模具的闭合高度H应介于压力机的最大装模高度Hmax和最小装模高度Hmin之间，即满足关系式 Hmin+10mmHHmax-5mm3. 对于深拉深的模具，要计算拉深功，校核压力机的电机功率。4. 拉深，弯曲工序一般需要较大行程，在拉深中，为了便于安放毛坯和取出工件，要校核模具出件时压力机的行程，其行程不小于拉深件高度的2.5倍。图2-6 一、 冲裁力的计算 冲裁力是指冲裁过程中的最大剪切抗力，计算冲裁力的目的是为了合理选择压力机和设计模具。各种形状刃口冲裁力的基本计算公式见表6。考虑到模具刃口 的磨损、凸模与凹模的间隙不均、材料性能的波动和材料厚度偏差等因素，实际所需冲裁力应比表列公式计算的值增加30%。表 6 冲裁力的计算公式及举例注：1. 为材料之抗剪强度。由表查得： =440Mpa2.双斜刃凸模和凹模的主要参数 列于表7中表7 斜刃凸模和凹模的主要参数材料厚度t/mm斜刃高度h/mm 斜刃倾角平均冲裁力为平刃的百分比33102tt5830406065 如用平刃口 模具的冲裁时，按表列公式进行计算：F=KLt式中 F冲裁力（N）L冲裁件周长（mm）；t材料厚度（mm）；材料剪切强度（Mpa）K-系数。考虑到模具刃口的磨损，模具间隙的波动，材料力学性能的变化及材料厚度偏差等因素，一般K取1.3。二，降低冲裁力的方法在冲裁力超过车间现有压力机吨位，就必须采取措施降低冲裁力。一般采用以下几种方法：（1） 材料加热红冲。 材料加热后，抗剪强度大大地降低，从而降低冲裁力。 一般适用于厚板或工件表面质量及精度要求不高的零件。（2） 在度凸模冲模中，将凸模作阶梯形布置。 其一般用在几个凸模直径相差悬殊、彼此距离又很近的情况下，采用阶梯形布置还能避免小直径凸模由于承受材料流动的挤压力而产生折断或倾斜的现象（此时应将小凸模做短一些）。凸模间的高度差h 取决于材料厚度，如：t 3mm, h=0.5t(3) 用斜刃口模具冲裁。 斜刃口冲模的冲裁力可用斜刃剪切公式近似计算， 即： F=K0.5 t /tg 0.5 t b/ tg式中 K-系数， 一般取1.3-材料抗剪强度， 为Mpa-刃口斜角（一般小于12）斜刃冲裁力也可用下列简化公式计算：F=KLt当ht时，K0.40.6h2t时， K0.20.4式中 L-剪切周长， L为mmh-斜刃高度， h为mm-材料抗剪强度， 为Mpat-材料厚度， t为mm三、卸料力、推件力和顶件力 冲裁时，工件或废料从凸模上卸下来的力叫卸料力，从凹模内将工件或废料顺着冲裁的方向推出的力叫推件力，逆冲裁方向顶出的力叫顶件力。通常多以经验公式计算：卸料力 F卸=K卸F （N）推件力F推=nK推F（N）顶件力 F顶=K顶F （N）式中 F冲裁力（N）； n同时卡在凹模里的工件（或废料）；数目n=h/t (h凹模孔口直壁高度；t材料厚度)；K卸、K推、K顶分别为卸料力、推件力、顶件力系数、其值查表2-8。表2-8 卸料力、推件力和顶件力系数料 厚K卸K推K顶 钢0.10.10.50.52.52.56.56.50.0650.0750.0450.0550.040.050.030.040.020.030.10.0630.0550.0450.0250.140.080.060.050.03铝、铝合金、纯铜、黄铜0.0250.08 0.020.060.30.070.030.09注：卸料力系数K卸在冲多孔、大搭边和轮廓复杂说取上限值。冲裁时之冲压力为冲裁力、卸料力和推件力之和，这些力在选择压力机时是否考虑进去，应根据不同的模具结构区别对待，即：采用刚性卸料装置和下出料方式的冲裁模时为： F总F冲F推采用弹性卸料装置和下出料方式的冲模为: F总F冲F卸F推采用弹性卸料装置和上出料方式的冲模为: F总F冲F卸F顶冲裁模的结构设计冲裁模是冲裁工序所用的模具。冲裁模的结构型式很多，为研究方便，对冲裁模可按不同的特征进行分类。 1按工序性质可分为落料模、冲孔模、切断模、切口模、切边模、剖切模等； 2按工序组合方式可分为单工序模、复合模和级进模； 3按上、下模的导向方式可分为无导向的开式模和有导向的导板模、导柱模、导筒模等。 4按凸、凹模的材料可分为硬质合金冲模、钢皮冲模、锌基合金冲模、聚氨脂冲模等； 5按凸、凹模的结构和布置方法可分为整体模和镶拼模，正装模和倒装模。 6按自动化程度可分为手工操作模、半自动模、自动模。 分类的方法还比较多，上述的各种分类方法从不同的角度反映了模具结构的不同特点。下面以工序组合方式，分别分析各类冲裁模的结构及其特点。 单工序冲裁模 单工序冲裁模指在压力机一次行程内只完成一个冲压工序的冲裁模，如落料模、冲孔模、切断模、切口模、切边模等。 (一)落料模 落料模常见有三种形式： 1无导向的敞开式落料模，其特点是上、下模无导向，结构简单，制造容易，冲裁间隙由冲床滑块的导向精度决定。可用边角余料冲裁。常用于料厚而精度要求低的小批量冲件的生产。 2导板式落料模，是将凸模与导板间(又是固定卸料板)选用H7h6的间隙配合，且该间隙小于冲裁间隙。回程时不允许凸模离开导板，以保证对凸模的导向作用。它与敞开式模相比，精度较高，模具寿命长，但制造要复杂一些常用于料厚大于 0.3mm的简单冲压件(图1)。1下模座;2销;3导板;4销;5档料钉;6凸模;7螺钉 8上模座；9销；10、垫板；11凸模固定板；12螺钉；13导料板14凹模；15螺钉图 1 导板式落料模 3图2是带导柱的弹顶落料模。上下模依靠导柱导套导向，间隙容易保证，并且该模具采用弹压卸料和弹压顶出的结构，冲压时材料被上下压紧完成分离。零件的变形小，平整度高。该种结构广泛用于材料厚度较小，且有平面度要求的金属件和易于分层的非金属件。 1-上模座；2-卸料弹簧；3-卸料螺钉；4-螺钉；5-模柄；6-防转销；7-销；8-垫板；9-凸模固定板；10-落料凸模；11-卸料板；12-落料凹模；13-顶件板；14-下模座;15-顶杆；16-板；17-螺栓；18-固定挡料销；19-导柱；20-导套；21-螺母；22-橡皮图 2 导柱式落料模 (二)冲孔模 冲孔模的结构与一般落料模相似。但冲孔模有其自己的特点，特别是冲小孔模具，必须考虑凸模的强度和刚度，以及快速更换凸模的结构。在已成形零件侧壁上冲孔时，要设计凸模水平运动方向的转换机构。 冲侧孔模 图 3是在成形零件的侧壁上冲孔。图a)是采用的是悬臂式凹模结构，可用于圆筒形件的侧壁冲孔、冲槽等。毛坯套入凹模体 3，由定位环7控制轴向位置。此种结构可在侧壁上完成多个孔的冲制。在冲压多个孔时，结构上要考虑分度定位机构。图 b)是依靠固定在上模的斜楔1来推动滑块4，使凸模5作水平方向移动，完成筒形件或U形件的侧壁冲孔、冲槽、切口等工序。 图 3 侧壁冲孔模 斜楔的返回行程运动是靠橡皮或弹簧完成。斜楔的工作角度以 40 45为宜。40的斜楔滑块机构的机械效率最高，45时滑块的移动距离与斜楔的行程相等。需较大冲裁力的冲孔件，可采用 35，以增大水平推力。此种结构凸模常对称布置，最适宜壁部对称孔的冲裁。 小孔冲模 (图4) 这副模具冲制的工件如图右上角所示。工件板厚 4mm，最小孔径为05t。模具结构采用缩短凸模长度的方法来防止其在冲裁过程中产生弯曲变形而折断。采用这种结构制造比较容，凸模使用寿命也较长。这副模具采用冲击块 5冲击凸模进行冲裁工作。小凸模由小压板7进行导向，而小压板由两个小导柱 6进行导向。当上模下行时，大压板8与小压板7先后压紧工件，小凸模 2、3、4上端，露出小压板7的上平面，上模压缩弹簧继续下行，冲击块5冲击凸模 2、3、4对工件进行冲孔。卸件工作由大压板8完成。厚料冲小孔模具的凹模洞口漏料必须通畅，防止废料堵塞损坏凸模。冲裁件在凹模上由定位板 9与1定位，并由后侧压块 10使冲裁件紧贴定位面。 图 4 超短凸模的小孔冲模 复合冲裁模 图 5 复合模的基本结构 在压力机的一次工作行程中，在模具同一部位同时完成数道冲压工序的模具，称为复合冲裁模。复合模的设计难点是如何在同一工作位置上合理地布置好几对凸、凹模。 图 5是落料冲孔复合模的基本结构。在模具的一方是落料凹模，中间装着冲孔凸模；而另一方是凸凹模，外形是落料的凸模，内孔是冲孔的凹模。若落料凹模装在上模上，称为倒装复合模；反之，称为顺装复合模。 复合模的特点是：结构紧凑，生产率高，制件精度高，特别是制件孔对外形的位置度容易保证。另一方面，复合模结构复杂，对模具零件精度要求较高，模具装配精度也较高。 (一)倒装复合模 1凸模；2凹模；3上模固定板；4、16垫板；5上模板；6模柄；7推杆 8推块；9推销；10件块；11、18活动档料销；12固定挡料销；13卸料板； 14凸凹模；15下模固定板；17下模板；19弹簧；图 6 垫圈复合冲裁模 图 6是冲制垫圈的倒装复合模。落料凹模2在上模，件1是冲孔凸模，件14为凸凹模。倒装复合模一般采用刚性推件装置把卡在凹模中的制件推出。刚性推件装置由推杆7、推块8、推销9推动推件块，推出制件。废料直接由凸模从凸凹模内孔推出。凸凹模洞口若采用直刃，则模内有积存废料，胀力较大，当凸凹模壁厚较薄时，可能导致胀裂。倒装复合模的凹模最小壁厚，可查阅有关设计资料。 采用刚性推件的倒装复合模，条料不是处于被压紧状态下冲裁，因而制件的平直度不高。适宜厚度大于 0.3mm的板料。若在上模内设置弹性元件，采用弹性推件，则可冲较软且料厚在 0.3mm以下，平直度较高的冲裁件。 (二)顺装复合模 图 7 顺装复合冲模 图 7是一顺装复合模结构。它的特点是冲孔废料可从凸凹模中推出，使型孔内不积聚废料，使凸凹模涨裂力小，故壁厚可比倒装复合模最小壁厚小。 级进冲裁模 级进模 (又称连续模、跳步模)，是指压力机在一次行程中，依次在模具几个不同的位置上同时完成多道冲压工序的冲模。整个制件的成形是在级进过程中逐步完成的。级进成形是属工序集中的工艺方法，可使切边、切口、切槽、冲孔、塑性成形、落料等多种工序在一副模具上完成。级进模可分为普通级进模和多工位精密级进模。多工位精密级进模我们将作为一专题在后续章节中讨论。 由于用级进模冲压时，冲裁件是依次在几个不同位置上逐步成形的，因此要控制冲裁件的孔与外形的相对位置精度就必须严格控制送料步距。为此，级进模有两种基本结构类型：用导正销定距的级进模与用侧刃定距的级进模。 (一)用导正销定距的级进模1模柄；2螺钉；3冲孔凸模；4落料凸模；5导正销6固定档料销；7始用档料销 图 8 用导正销定距的冲孔落料级进模 图 8是用导正销定距的冲孔落料级进模。上、下模用导板导向。冲孔凸模3与落料凸模4之间的距离就是送料步距 A。材料送进时由固定挡料销6进行初定位，由两个装在落料凸模上的导正销5进行精定位。导正销与落料凸模的配合为H7r6，其连接应保证在修磨凸模时的装拆方便。导正销头部的形状应有利于在导正时插入已冲的孔，它与孔的配合应略有间隙。为了保证首件的正确定距，在带导正销的级进模中，常采用始用挡料装置。它安装在导板下的导料板中间。在条料冲制首件时，用手推始用挡料销 7，使它从导料板中伸出来抵住条料的前端即可冲第一件上的两个孔。以后各次冲裁由固定挡料销 6控制送料步距作初定位。 用导正销定距结构简单。当两定位孔间距较大时，定位也较精确。但是它的使用受到一定的限制。当板料太薄 (一般为t0.3mm)或较软的材料，导正时孔边可能有变形，因而不宜采用。 (二)采用侧刀定距的级进模图 9 双侧刃冲孔落料级进模 图 9为冲裁接触环双侧刃定距的级进模。它与图238相比，特点是：用侧刃2代替了始用挡料销、挡料钉和导正销。用弹压导卸板 7代替了固定卸料板。本模具采用前后双侧刃对角排列，可使料尾的全部零件冲下。弹压卸料板 7装于上模，用卸料螺钉6与上模座连接。它的作用是：当上模下降、凸模冲裁时，弹簧 11(可用橡皮代替)被压缩而压料；当凸模回程时，弹簧回复推动卸料板卸料。 图 10为弹压导板级进模。此类模具的特点是：各凸模(如件7)与固定板6成间隙配合(普通导柱模多为过渡配合 )，凸模的装卸、更换方便；凸模以弹压导板导向，导向精度高；弹压导板 2由安装下模座14上的导柱1和10导向，导板由六根卸料螺钉5与上模连接，因此能消除压力机导向误差对模具的影响，模具寿命长，零件质量好。 1导柱；2弹压导板；3导套；4导板镶块；5卸料螺钉；6凸模固定 板； 7凸模；8上模座9限制柱；10导柱；11导套；12导料板； 13凹模；14下模座；15侧刃档块图 10 弹压导板级进模冲裁工艺设计冲裁工艺设计包含冲裁件的工艺性分析、冲裁工艺方案的确定和技术经济分析的内容。良好的工艺性和合理的工艺方案，可以用最少的材料，最少的工序数量和工时，并使模具结构简单，模具寿命高，最终稳定地获得合格工作劳动量和工艺成本是衡量冲裁工艺设计的主要指标。 冲裁件的工艺性分析 冲裁件的工艺性，是指冲裁件对冲压工艺的适应性，即冲裁件的结构、形状、尺寸及公差等技术要求是否符合冲裁加工的工艺要求。工艺性是否合理，对冲裁件的质量、模具寿命和生产率有很大的影响。 ( 一 )冲裁件的形状和尺寸 冲裁件形状应尽可能简单、对称、排样废料少。在满足质量要求的条件下，把冲裁件设计成少 、无废料的排样形状。如图 1a)所示零件，若外形无关紧要，只是三孔位置有较高要求，改为图 b)所示形状，可用无废料排样，材料利用率提高40%。 除在少、无废料排样或采用镶拼模结构 时，允许工件有尖锐的清角外 ，冲裁件的外形或内孔交角处应采用圆角过渡， 避免清角 。其圆角值见表 1。图 1 冲裁件形状对工艺性的影响示例 表 1 冲裁件最小圆角半径R 尽量避免冲裁件上过长的悬臂 与狭槽 ，如图 2，应使它们的最小宽度b1.5t。 图 2 冲裁件的结构工艺性图冲裁件孔与孔之间 、孔与零件边缘之间的壁厚 (图2)，因受模具强度和零件质量的限制，其值不能太小。一般要求 c15t，ct。若在弯曲或拉深件上冲孔 ，冲孔位置与件壁间距 应满足图示尺寸。其要求见图 3。 3 弯曲件的冲孔位置 5冲裁件的孔径因受冲孔 凸 模强度和刚度的限制，不宜太小，否则容易折断和压弯。冲孔最小尺寸取决于材料的机械性能、 凸 模强度和模具结构。用自由 凸 模 和带护套 的凸模所能冲制的最小孔径分别见表 2和3，孔距的最小尺寸可见表3。 表 2自由凸模冲孔的最小尺寸(mm)表3 带护套的凸模的最小尺寸 表4 最小间距 (二)冲裁件的尺寸精度和表面粗糙度要求 冲裁件的精度要求，应在经济精度范围以内，对于普通冲裁件，其经济精度不高于 IT11级，冲孔件比落料件高一级。冲裁件外形与内孔尺寸公差可见表 3。如果工件精度高于上述要求，则需在冲裁后整修或采用精密冲裁冲t件两孔孔心距所能达到的公差见表 5。冲裁件断面的表面粗糙度和允许的毛刺高度可见表 7和表8 表 5冲裁件外形与内孔尺寸公差 表6 冲裁件孔中心距的公差7 冲裁断面的表面粗糙度表8 冲裁件允许毛刺的高度 (三)冲裁件的尺寸基准 冲裁件的尺寸基准应尽可能和制模时的定位基准重合，以避免产生基准不重合误差。孔位尺寸基准应尽量选择在冲裁过程中始终不参加变形的 面或线上 ，切不要与参加变形的部位联系起来。如图 4所示，原设计尺寸的标注(图a)，对冲裁图样是不合理的，因为这样标注，尺寸 L1、L2必须考虑到模具的磨损而相应给以较宽的公差造成孔心距的不稳定，孔心距公差会随着模具磨损而增大。改用图 b)的标注，两孔的 孔心距才不受 模具磨损的影响，比较合理。 图 4 冲裁件的尺寸基准 冲裁加工的经济性分析 ( 一 )冲裁件的制造成本 所谓经济性，就是以尽可能少的生产消费获得尽可能大的经济效益，在进行冲压工艺设计时，应该运用经济分析的方法找到降低成本，取得优异经济效果的工艺途径。 冲裁件的制造成本 C总包括C总材工模 式中 C材：材料费；C工加工费(工人工资、设备折旧费、管理费等 )；C模：模具费。上述成本中，模具费、设备折旧费一般与产量无关，加工费中的工人工资和其它经费只要在一定时间内，基本上也是不变的，因此，叫做固定费用，用 Ca表示。 而材料费、外购件费等，将随生产量大小而变化，属可变费用 Cb表示(以单件计)， 若产量 为，则： （ 224) 这样，产品制造成本由固定费用和可变费用两部分组成。设法降低固定费用或可变费用，都能使成本降低、利润增加并积累资金。产品的制造成本和产量之间有着密切关系，现用图 5图7分别进行分析。 固定费用 总的固定费用 Ca不随产量的增加而增加，而单件产品的固定费用(单位固定费用)却由于产量 Q的增加而逐渐下降，如图5b)所示 。 图 5 固定费用图 a)总固定费用b)单位固定费用 2.可变费用 总的可变费用将 随产量 的增加而增加，但对产品单位费用而言，其直接耗费的原材料费、外购件费、外协加工费等则基本不变，如图 6所示。 6 可变费用图 a)总可变费用b)单位可变费用 成本与产量的关系 (如图7) 产品的单位成本 C可用公式表示，并由图7b)可知，单位成本将 随产量 的增加而下降。 图 7 成本曲线图 a)成本Cb)单位成本C (二)降低冲压 件成本 的途径 增产可降低单件产品成本中的固定费用，相对地减少消耗，通过节约可以直接降低消耗，两者都是降低成本的重要途径。冲压件的成本包括材料费、加工费、模具费等项因此，降低成本，就是要降低上述各项费用，降低成本有以下各种措施： 降低小批量生产中的冲压件成本 由图 5a)可知，试制或小批量生产时，降低成本的有效途径是降低固定费用，这样能取得较好的经济效益，其中降低模具费用，是降低成本的有力措施。如冲压 件质量 要求较高，须采用 正规模具，一般情况下，应尽可能分散工序，选用结构简单，制造方便、价格低廉的简易模具。如：薄板模、组合冲模、聚氨脂橡皮模、锌合金模低熔点合金模等。 2工艺合理化 冲压生产中，合理的工艺是降低成本的可靠保证。新产品投产前应通过试生产，对工艺可行性进行验证，然后再正式投入生产。 当产量改变，发现模具早期损坏或事故频繁，以及更改产品设计而改换模具、或更换设备等生产条件变化时，都要对产品工艺进行认真的讨论和研究。在制定工件的冲压工艺时，处理工序的分散与集中是比较复杂的问题。它取决于工件的批量、结构形状、质量要求、工艺特点等。对于板料冲压件，通常是大批量生产情况下，应当尽量采取工序集中的方案，采用复合 或级进模进行冲压，这样既提高生产率，又能做到安全生产。但小批量生产时，则以采用单工序模，用工序分散的冲压方式为宜。实践经验表明，对于复合模，集中到一副模具上的工序数量不宜太多，一般为 2 个 工序，最多四个工序， 对于级进模 ，集中的工序数可以多些，因为其模具结构的布局范围自由度比 前者大 得多。 多件同时冲压 产量较大时，采用多件同时冲压，可使模具费、材料费和加工费降低，对成形工艺来说也有利于材料应力、应变对称均匀，如图 8所示。 图 8 左右同时成形后再切割 冲压过程的高速自动化 自动化生产对安全和降低成本都有利。是冲压加工的发展方向，今后不仅大批量生产中应采用自动化，在小批量生产中也倾向采用自动化。 提高材料利用率 降低材料费，特别是材料价格较高时，必须认真地考虑此问题。降低材料 费主要 可从材料的经济利用入手。方法已在前述排样设计中进行了研究。 节约模具费用 模具费用在冲压件的制造成本中占有相当比重。图 229表示冲压件的加工费用(加工费 和模具折旧费 )与产量之间的关系。 图 9 冲压件的加工费用与产量之间的关系 B点处表示大量生产时的情况，其加工费比少量生产要低，而模具折旧费更低。采用自动化大量生产时，虽然模具折旧费有所增加，但因加工费更少，所以冲压 件加工 的费用为最小值。A点处是少量生产的情况。加工费和模具折旧费都比大量生产时要高得多，所以累计的制件加工费用非常高，尤其是模具折旧费，随着产量的减少增大较快。以上分析表明，少量生产时，要降低冲压 件加工 的费用，必须减少模具费。近年来，对各种简易模具进行了研究，结果表明，由于其结构简单，制造迅速，价廉，适用于小批量生产，能节约模具费，降低冲压件制造成本在大批大量生产中，应尽量采用高效率、长寿命的级进冲压的硬质合金冲模。硬质合金冲模的刃磨寿命和总寿命比钢模具长得多。据统计资料其刃磨寿命为钢模具的 10倍，总寿命为 20倍，但模具制造费用只为钢模具的倍。冲裁工艺方案的确定 在冲裁工艺分析和技术经济分析的基础上根据冲裁件的特点确定冲裁工艺方案。 ( 一 )冲裁工序的组合 冲裁工序可分为单工序冲裁、复合冲裁和级进冲裁。 复合冲裁是在压机一次行程中，在模具的同一位置同时完成两个或两个以上的冲压工序；级进冲裁是把冲裁件的若干个冲压工序，排列成一定的顺序，在压机一次行程中条料在冲模的不同工序位置上，分别完成工件所要求的工序。除最初几次冲程外，以后每次冲程都可以完成一个冲裁件。组合的冲裁工序比单工序冲裁生产效率高，获得的制件精度等级高。 冲裁组合方式的确定应根据下列因素决定。 生产批量一般来说，小批量与试制采用单工序冲裁， 中批和 大批量生产采用复合冲裁或级进 冲裁。 工件尺寸公差等级复合冲裁所得到的工件尺寸公差等级高，因为它避免了多次冲压的定位误差，并且在冲裁过程中可以进行压料，工件较平整。级进冲裁所得到的工件尺寸公差等级较复合 冲裁低， 在级进 冲裁中采用 导正销结构 ，可提高冲裁件精度。 对工件尺寸、形状的适应性工件的尺寸较小时，考虑到单工序上料不方便和生产率低，常采用复合 冲裁或级进 冲裁。对于尺寸中等的工件，由于制造 多副单工序 模的费用比复合模昂贵，也宜采用复合冲裁。但工件上孔与孔之间或孔与边缘之间的距离过小时，不宜采用复合冲裁和单工序冲裁，宜采用级进冲裁。 所以级 进冲裁可以加工形状复杂、宽度很小等异形工件 (参见图10），且可冲裁的材料厚度比复合冲裁时要大， 但级进 冲裁受压机台面尺寸与工序数的限制，冲裁工件尺寸不宜太大。模具制造、安装调整和成本对复杂形状的工件，采用复合冲裁比采用级进冲裁为宜。因模具制造、安装调整较易，成本较低。 操作方便与安全复合冲裁出件或清除废料较困难，工作安全性较差。级进冲裁较安全。 综合上述分析，对于一个工件，可以得出多种工艺方案。必须对这些方案进行比较，选取在满足工件质量与生产率的要求下，模具制造成本低、寿命长、操作方便又安全的工艺方案。 (二)冲裁顺序的安排 级进冲裁的顺序安排 (1)先冲孔或切口，最后落料或切断，将工件与条料分离。首先冲出的孔可作后续工序的定位用。在定位要求较高时，则可冲出专供定位用的工艺孔 (一般为两个，参见图10)。 图 10 级进冲裁 (2)采用定距侧刃时， 定距侧刃切边工序安排与首次冲孔同时进行，以便控制送料进距 。采用两个定侧距刃时，可以安排成一前一后，也可并例 。 多工序工件用单工序冲裁时的顺序安排 (1)先落料使毛坯与条料分离，再冲孔或冲缺口。后继各冲裁工序的定位基准要一致，以避免定位误差和尺寸链换算。 (2)冲裁大小不同、相距较近的孔时，为减少孔的变形，应先冲大孔，后冲小孔。冲裁件的排样录入: 151zqh 来源: 日期: 2006-4-7,12:26 材料的利用率在冲压零件的成本中，材料费用约占 60%以上，因此材料的经济利用具有非常重要的意义。冲压件在条料或板料上的布置方法称为排样。不合理的排样会浪费材料，衡量排样经济性的指标是材料的利用率。 可用下式计算 ： 一个进距内的材料利用率：A/A0nA/h (220) 式中材料利用率；