冲压工艺基础冲裁工艺与冲裁模.ppt

模具设计与制造,授课人:李胜Tel号:786848Email:zhuzhoulisheng45100991,教学参考用书,田光辉，林红旗模具设计与制造北京大学出版社，2012年出版翁其金，徐新成冲压工艺及冲模设计机械工业出版社,机械专业主干专业课程,课程性质：,机械专业的一门主干专业技术课，是一门实践性、综合性很强的课程。,课程情况总体简介,模具设计与制造,模具发展概况:,我国古代模具技术已达到较为先进的水平,我国现代模具行业发展迅猛，2014年模具销售额约2000亿元，最近几年，中国模具销售额年复合增长15%。2014年中国模具产业产值约1.8万亿,居世界之首。(2014年中国GDP63.65万亿。),距今约4000年前的巴蜀三星堆文物,模具设计与制造,模具：是指利用其本身特定形状去成型具有一定形状和尺寸的制品的工具。,在现代工业生产中，70%-80%的工业产品需要使用模具加工。模具技术已成为衡量一个国家产品制造水平的重要标志之一。,美国工业界认为：模具是美国工业的基石,日本工业界认为：模具是促进社会繁荣的动力,国外将模具比喻为“金钥匙”、“进入富裕社会的原动力”。,模具工业是我国国民经济的基础产业，是技术密集的高技术行业。模具是制造过程中的重要工艺装备。模具设计与制造专业人才是制造业紧缺人才。,现代模具分类,第1篇冲压成形工艺与模具设计,第2篇塑料成形工艺与模具设计,第3篇模具制造技术,总目录,第1章冲压工艺基础,第2章冲裁工艺与冲裁模,第3章弯曲工艺与弯曲模,第4章拉深工艺与拉深模,第1篇目录,第一章概述,第二章冷冲压变形基础,第三章冲裁,第四章弯曲,第五章拉深,总目录,第一章概述,内容简介：,本章讲述冲压工艺及冲压模具的基础知识。涉及冲压和冲模概念、冲压工序和冲模分类；常见冲压设备及工作原理。,第一章概述,一冷冲压的特点和应用冷冲压是利用安装在压力机上的冲模对材料施加压力,使其产生分离或塑性变形,从而获得所需要零件(俗称冲压件或冲件)的一种压力加工方法。,第一章概述,加工对象：主要是金属板材,加工依据：板材冲压成形性能（主要是塑性）,加工设备：主要是压力机,加工工艺装备：冲压模具,1.基本概念,冲压模具：,在冲压加工中，将材料加工成零件（或半成品）的一种特殊工艺装备，称为冲压模具（俗称冲模,冷冲模,五金模）。,冲压加工的重要性,根据考古发现，早在2000多年前，我国已有冲压模具被用于制造铜器，证明了中国古代冲压成型和冲压模具方面的成就在世界领先。1953年，长春第一汽车制造厂在中国首次建立了冲模车间，该厂于1958年开始制造汽车覆盖件模具。在走过了漫长的发展道路之后，目前我国已形成了大约1000亿元（未包括港、澳、台的统计数字。）各类冲压模具的生产能力。在模具工业总产值中,冲压模具约占50%,塑料模具约占33%,铸造模约占10%,其它模约占7%。,航空航天、机械、电子信息、交通、兵器、日用电器及轻工等产业都广泛应用冲压加工。据粗略统计,(1)在汽车制造业中有60%-70%采用冲压工艺制成;(2)在机电及仪器仪表生产中也有60%-70%采用冲压工艺制成;(3)在电子产品中,冲压件的数量约占零件总数的85%以上;(4)占世界钢产量60%-70%以上的板材、管材以及其它型材,其中大部分是经过冲压制成成品的。,冲压成形产品示例一日常用品,冲压成形产品示例二高科技产品,汽车覆盖件,飞机蒙皮,冲压产品生产流程：,冲压工艺及冲模设计就是根据冲压零件的形状、尺寸、精度及技术要求，制定冲压加工方案，设计冲压模具的过程。,冲压模具设计与制造包括冲压工艺设计、模具设计与模具制造三大基本工作。冲压工艺设计是冲模设计的基础和依据。冲模设计的目的是保证实现冲压工艺。冲模制造则是模具设计过程的延续，目的是使设计图样，通过原材料的加工和装配，转变为具有使用功能和使用价值的模具实体。,第一章概述,冷冲压生产现场,第一章概述,一、冲压与冲模概念,合理的冲压工艺,先进的模具,高效的冲压设备,冲压生产的三要素,曲柄压力机工作原理:,通过曲柄连杆机构,将电机的旋转运动转变为滑块的直线往复运动。,开式固定台曲柄压力机,冲压设备,按床身结构形式可分为：,开式压力机：床身为C型，工作台三面敞开，便于前后、左右送料。刚性较差，用于1000KN以下的小型压力机。,闭式压力机：床身左右封闭，只有前后两面敞开，刚度好，精度高，1000KN以上的大、中型压力机多采用。,第一章概述,曲轴压力机传动系统1-电机2-皮带轮3、4-齿轮5-离合器6-连杆7-滑块,1、冲压设备类型的选择冲压设备类型的选择主要是根据冲压工艺特点和生产率、安全操作等因素来确定的。在中小型冲压件生产中，主要选用开式压力机；在需要变形力大的冲压工序（如冷挤压等），应选择刚性好的闭式压力机；,2、冲压设备规格的选择,）公称压力（吨位）的确定公称压力（额定压力）是指滑块离下死点前某一特定距离p或特定角度p时，滑块上所允许承受的最大作用力。,2）行程次数的选择行程次数是指滑块每分钟往复运动的次数，它主要根据所需生产率、操作的可能性和允许的变形速度等来确定。3）工作台面尺寸的选择工作台面（或工作垫板）尺寸一般应大于模具底座各边mm；其孔眼尺寸应大于工件或废料尺寸，以便漏料。,）闭合高度的选择,压力机的闭合高度是指滑块在下死点位置时，滑块下端面到工作台上表面的距离。闭合高度减去垫板厚度的差值，称压力机的装模高度。没有垫板的压力机，其装模高度与闭合高度相等。模具的闭合高度是指工作行程终了时，模具上模座顶面到下模座底面之间的距离。选择压力机时，应使模具的闭合高度介于压力机的最大装模高度与最小装模高度之间（图11），一般应满足：(maxH)（min）式中max最大闭合高度，连杆调到最短时；Hmin最小闭合高度，连杆调到最长时，压力机闭合高度，Hmin=HmaxL1H1压力机工作垫板厚度(Hmax-H1)压力机最大装模高度(Hmin-H1)压力机最小装模高度H模具的闭合高度L1连杆调节长度,模具与压力机的相关尺寸,(1)优点:1)生产率高,操作简便;2)无需切削加工,节省能源,节省原材料;3)产品尺寸稳定、互换性好;4)产品壁薄、质量轻、刚度好,可以加工成形状复杂的零件。,(2)缺点:,1)模具要求高、制造复杂、周期长、制造费用昂贵，不适合于生产批量较小的场合;2)噪声较大;危害:听力下降,甚至耳聋;脑血管功能紊乱,头痛,失眠,焦躁,烦躁等.来源:噪声来自电机的转动，传动系中皮带与皮带轮的摩擦、齿轮的碰撞，离合器的作用，冲头打击工件等。改进措施:在阻断噪声传播方面，可以在各种噪声源附近安装各种遮声板、隔声板、吸声板。现在又出现了新的主动消声技术，它在对噪声进行频谱分析的基础上，利用主动产生的与其频谱相同而相位相反的另一噪声对其进行抵消，从而取得近乎完全消声作用。,3)有一定危险性.危险性:冲压断指。改进措施:双按钮操作;使用光电保护装置;使用气压装置,使装取工件在模具外进行,做到手不入模;在模具上挖出放手空间,用手在此空间送取工件;在模具设计上,使加工工件一部分在模具外面,供人手送取工件等。,冲压工序的分类,第一章概述,根据材料的变形特点分：,分离工序：,分离工序、成形工序,冲压成形时，变形材料内部的应力超过强度极限b，使材料发生断裂而产生分离，从而成形零件。分离工序主要有冲孔和落料等。,第一章概述,成形工序：,冲压成形时，变形材料内部应力超过屈服极限s，但未达到强度极限b，使材料产生塑性变形，从而成形零件。成形工序主要有弯曲、拉深、翻边等。,冲压工序的分类（续）,分离工序：是在冲压过程中使冲压件与板料沿一定的轮廓线相互分离的工序。,落料(blanking)将材料沿封闭轮廓分离,被分离下来的部分大多是平板形的零件或工序件。,冲孔(piercing,punching)将废料沿封闭轮廓从材料或工序件上分离下来,从而在材料或工序件上获得需要的孔,切断(cutting-off)将材料沿敞开轮廓分离,被分离的材料成为零件或工序件。,切舌(lancing)将材料局部而不是完全分离,并使被局部分离的部分达到工件所要求的一定位置,不再位于分离前所处的平面上。,切边(trimming)利用冲模修切成形工序件的边缘,使之具有一定形状和尺寸。,剖切用剖切模将成形工序件一分为二,主要用于不对称零件的成双成组冲压成形之后的分离。,整修(shaving)沿外形或内形轮廓切去少量材料,从而降低断面粗糙度,提高断面垂直度和零件尺寸精度。,精冲(fineblanking)用精冲模冲出尺寸精度高,断面光洁且垂直的零件。,成形工序:毛坯在不被破坏的条件下产生塑性变形，形成所要求的形状和尺寸精度的制件。,弯曲(bending)用弯曲模使材料产生塑性变形,从而弯成一定曲率一定角度的零件.它可以加工各种复杂的弯曲件。,卷边(curling)将工序件边缘卷成接近封闭圆形,用于加工类似铰链的零件。,拉弯在拉力与弯矩共同作用下实现弯曲变形,使坯料的整个弯曲横断面全部受拉应力作用,从而提高弯曲件精度。,扭弯将平直或局部平直工序件的一部分相对另一部分扭转一定角度。,拉深(drawing)将平板形的坯料或工序件变为开口空心件,或把开口空心工序件进一步改变形状和尺寸成为开口空心件。,变薄拉深将拉深后的空心工序件进一步拉深,使其侧壁减薄,高度增大,以获得底部厚度大于侧壁的零件。,翻孔(burring)沿内孔周围将材料翻成竖边,其直径比原内孔大。,翻边(flanging)沿外形曲线周围翻成侧立短边。,胀形(bulging)将空心工序件或管状件沿径向往外扩张,形成局部直径较大的零件。,起伏依靠材料的伸长变形使工序件形成局部凹陷或凸起。,扩口将空心工序件或管状件口部向外扩张,形成口部直径较大的零件。,缩口缩径将空心工序件或管状件口部或中部加压使其直径缩小,形成口部或中部直径较小的零件。,校平整形校平是将拱弯或翘曲的平板形零件压平以提高其平直度;整形是依靠材料的局部变形,少量改变工序件形状和尺寸,以保证工件的精度。,旋压用旋轮使旋转状态下的坯料逐步成形为各种旋转体空心件。,第二章冷冲压变形基础,第一节冷冲压变形的基本原理概述固体材料受到外力作用,如果发生形状和尺寸的变化,这种现象称为变形。弹性变形:变形力去除后,能恢复原状的变形。塑性变形:变形力去除后,不能恢复原状的变形。加工硬化:在金属塑性变形过程中,金属的性能和组织都会发生变化,随着变形程度的增加,变形阻力增大,强度和硬度升高,而塑性和韧性下降。,1.变形温度,对于大多数金属,总的影响趋势是:随着温度的升高,塑性增加,变形抗力下降。温度升高导致金属内部各种物理-化学状态的变化,这些变化包括:回复与再结晶;原子动能增加;金属的组织结构发生变化;扩散蠕变机理起作用;晶间滑移作用增强。由于金属和合金的种类繁多,温度变化引起的物理-化学状态的变化各不相同,所以温度对各种金属和合金塑性及变形抗力的影响规律也各不相同。,碳钢塑性随温度变化,2.应变速率,应变速率是指单位时间内应变的变化量。一般来说,由于塑性变形需要一定的时间来进行,因此应变速率太大,塑性变形来不及在塑性变形体中充分扩展和完成,导致塑性下降。应变速率也有使金属塑性增加的一面,温度效应在此间起了很大的作用。对冷变形而言,一般随着应变速率的增加,开始时塑性略有下降,以后由于温度效应的增强,塑性会有较大的回升。,图2-2应变速率对变形抗力的影响示意图1高速2低速,1)对于形状简单的小零件,因为变形程度小,一般可以不考虑速度因素。2)对于大型复杂零件的冲压成形,宜用低速压力机。3)对于应变速率比较敏感的材料,如不锈钢、耐热合金、钛合金等,加载速度不宜超过0.25m/s。,应力状态对金属塑性的影响:压应力个数越多数值越大时,金属表现出的塑性越好;相反,拉应力个数越多数值越大时,金属表现出的塑性越差。应变状态对金属的塑性也有一定的影响:在主应变状态中,压应变的成分越多,拉应变的成分越少,越有利于材料塑性的发挥;反之,越不利于材料塑性的发挥。原因:材料的裂纹与缺陷在拉应变的方向易于暴露和扩展,沿着压应变的方向则不易于暴露和扩展。,3.应力应变状态,4.尺寸因素,同一种材料,在其它条件相同时,尺寸越大,塑性越差,变形抗力越小。原因:材料尺寸越大,组织和化学成分越不均匀,且内部缺陷也越多,应力分布也不均匀。,五.冷冲压成形中的硬化现象,一般常用的金属材料,在冷塑性变形中会产生加工硬化现象。材料不同,变形条件不同,其加工硬化的程度也就不同。,图2-4几种材料的硬化曲线,加工硬化的影响:有害影响:由于材料变形抗力增大,塑性下降,使需要大变形量的冲压件无法一次成形,增加了退火工序。有利影响:可以促使变形扩展,避免过大的局部集中变形,有利于提高变形的均匀性,从而增大成形极限。,硬化曲线的简化类型,塑性拉伸失稳及极限应变,第二节冷冲压材料及其冲压成形性能,一.板料的冲压成形性能板料的冲压成形性能:板料对冲压成形工艺的适应能力。材料的冲压性能好,就是指其便于冲压加工,一次冲压工序的极限变形程度和总的极限变形程度大,生产率高,容易得到高质量的冲压件。冲压成形性能主要涉及的因素:成形极限和成形质量。,1.成形极限,成形极限:材料的最大变形限度。成形极限对冲压的影响:(1)拉伸失效:坯料局部出现过度变薄或破裂;(2)受压失效:板料产生失稳起皱。从材料方面来看,为了提高成形极限,就必须提高材料的塑性指标和抗拉、抗压的能力。若材料已确定,从冲压工艺参数的角度来看,为了不影响成形过程正常进行(不起皱、不破裂),就必须限制其成形极限。,起皱与破裂的实例,2.成形质量,冲压件的质量包含尺寸精度、形状精度、厚度变化和表面质量等。影响冲压件质量的因素很多,从材料方面看,主要有以下一些因素1)板料的贴模性:指板料在冲压过程中取得模具形状的能力,成形过程中发生的内皱、翘曲、塌陷和鼓起等几何面缺陷均会使贴模性下降。,2)板料的定形性(也叫冻结性),指零件脱模后保持其在模内既得形状的能力。回弹是影响定形性的最主要因素,当载荷卸除后,由于材料的弹性回复,造成制件的尺寸和形状偏离模具,影响制件的尺寸和形状精度。3)板料性能的各向异性,特别是板平面方向与板厚方向的性能差异的大小,是影响冲压成形后板厚变化的重要因素。4)板料表面的原始状态、晶粒大小、冲压时材料粘模的情况等将是影响工件的表面质量。原材料的表面状态直接影响工件的表面质量;晶粒粗大的钢板拉深时产生所谓”桔子皮”样的缺陷。,表面桔皮状,5)板料的加工硬化性能,以及变形的均匀性,直接影响成形后材料的物理力学性能。,二.板料冲压成形性能的测定,板料的冲压成形性能可以通过试验进行测定和评价。试验方法通常可分为三类:力学试验,金属学试验和工艺试验。工艺试验是指模拟某一类实际成形方式中的应力状态和变形特点来成形小尺寸试样的板料冲压试验,所以工艺试验也称为模拟试验。用工艺试验可以直接测得被测板料的某种极限变形程度,而该极限变形程度即反映此板料对应于这类成形方式的冲压成形性能,所以又称之为直接试验.下面简要介绍几种常用的工艺试验方法。,(1)胀形试验(杯突实验),(2)扩孔试验,(3)拉深性能试验,三.板料的基本性能与冲压成形性能的关系,板料基本性能指标,是指按国家有关标准规定的试验方法(包括力学试验和金属学试验)测定得到的通用性能指标。板料基本性能指标与冲压成形性能之间存在着密切的关系,通过对板料基本性能的分析,能够间接地判定其冲压成形性能,所以,我们也将此类相关的试验称之为板料冲压成形性能的间接试验法。,重要基本性能指标,1.伸长率在单向拉伸试验中试样开始产生局部集中变形(刚出现颈缩时)的伸长率,称为均匀伸长率,记作b。b表示板料产生均匀变形或称稳定变形的能力。在伸长类变形工序中,b越大,则极限变形程度越大。2.屈服极限ss小,材料容易屈服,成形后回弹小,有利于提高弯曲件的精度。3.屈强比s/bs/b小,即材料易进入塑性变形(需要较小的力),而又不容易产生破裂(需要较大的力),这对所有冲压成形都是有利的。,二.板料冲压成形性能的测定,单向拉伸试验曲线,4.应变硬化指数n硬化指数n表示材料在冷塑性变形中材料硬化的程度。n值大的材料,硬化效应就大,这意味着在变形过程中局部变形程度的增加会使该处变形抗力较快增大,这样就可以补偿该处因截面积减少而引起的承载能力的减弱,制止了局部集中变形的进一步发展。,5.塑性应变比r(板厚方向性系数)塑性应变比是指板料试样单向拉伸时,宽向应变与厚向应变之比。r值大小反映了板平面方向和厚度方向变形的难易程度。r值大,表明板平面方向上越容易变形,而厚度方向上较难变形.对于伸长类成形,板料的变薄量小,有利于成形质量的提高。,对于轧制板材,因平行纤维方向与垂直纤维方向的力学性能不同,故从不同方向所取试样测得的r值也就不同。为便于应用,常用下式计算板厚方向性系数的平均值,轧制工序,20钢轧制(约100倍,侵蚀剂:4%硝酸酒精溶液),白色:铁素体,黑色:珠光体,20钢轧制(约300倍,未侵蚀),黑色:硫化锰夹杂,6.板平面方向性系数(凸耳系数)r板料经轧制后其力学物理性能在板平面内出现各向异性,称为板平面方向性。r值越大,板材的方向性越明显,对冲压成形性能的影响就越大。由于板平面方向性对冲压变形和制件的质量都是不利的,所以生产中应尽量设法降低板材的r值。7.应变速率敏感系数m,板料单向拉伸性能与冲压成形性能的关系,五.冷冲压材料及其在图样上表示方法冲压加工常用的板料种类,2.常用板料的规格,冲压用原材料大部分以板料、带料的形式供货,其规格包含尺寸规格与性能规格。尺寸规格指长度、宽度、厚度及极限偏差,国家标准GB/T708-1988规定了冷轧钢板和钢带的尺寸、外形、重量及允许偏差。钢板厚度精度分为A、B、C三级:A高级精度;B较高精度;C普通精度。,板料的性能规格是指其表面质量和某些成形性能指示进行的分级规定。GB/T13237-1991规定厚度4mm以下的优质碳素结构钢冷轧薄钢板和钢带,其表面质量可分为、三组:高级的精整表面;较高级的精整表面;普通的精整表面。,GB/T5213-2001深冲压用冷轧薄钢板及钢带标准,规定冲压性能分为Z、S、P三级:Z最深拉深级;S深拉深级;P普通拉深级。同时规定铝镇静钢08Al按其拉深质量分为ZF、HF、F三级:ZF拉深最复杂零件;HF拉深很复杂零件;F拉深复杂零件。,3.板料在图样上的表示,在冲压工艺资料和图样上,对材料的表示方法有特殊的规定.现以优质碳素结构钢冷轧薄钢板标记为例。例08钢,尺寸1.0X1000X1500mm,较高精度,较高级的精整表面,深拉深级的冷轧钢板表示为:,中外常用金属材料牌号对照,在工作中,常常会遇到各个国家的技术图纸,因此有必要了解中外常用金属材料的牌号对照。,第三章冲裁,内容简介：,冲裁是最基本的冲压工序。本章是本课程的重点章。在分析冲裁变形过程及冲裁件质量影响因素的基础上，介绍冲裁工艺计算、工艺方案制定和冲裁模设计。涉及冲裁变形过程分析、冲裁件质量及影响因素、间隙确定、刃口尺寸计算原则和方法、排样设计、冲裁力与压力中心计算、冲裁工艺性分析与工艺方案制定、冲裁典型结构、零部件设计及模具标准应用。,第三章冲裁,1冲裁变形规律及冲裁件质量影响因素；2刃口尺寸计算原则和方法；3冲裁工艺性分析与工艺方案制定；4冲裁模典型结构及特点；5冲裁模结构设计及模具标准应用。,重点：,难点：,1冲裁变形规律及冲裁件质量影响因素；2刃口尺寸计算原则和方法；3模具结构设计及模具标准应用。,第一节冲裁概述,第二节冲裁过程的分析,第三节冲裁模间隙,第三章冲裁,第四节凸模与凹模刃口尺寸的确定,第五节冲裁件的工艺性,第六节排样,第七节冲裁力和压力中心的计算,第八节冲裁模分类及典型冲裁模结构分析,第九节冲裁模主要部件和零件的设计与选用,本章目录,第一节概述,第三章冲裁,分类:,冲裁模：,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。,冲裁所使用的模具叫冲裁模，它是冲裁过程必不可少的工艺装备。凸、凹模刃口锋利，间隙小。,普通冲裁、精密冲裁,冲裁模的工作部分零件与成形模不同,一般都具有锋利的刃口来对材料进行剪切加工,并且凸模进入凹模的深度较小,以减少刃口磨损。冲裁的应用非常广泛,它既可以直接冲出所需形状的成品工件,又可以为其它成形工序如拉深、弯曲、成形等制备毛坯。,间隙正常、刃口锋利情况下，冲裁变形过程可分为三个阶段：,第二章冲裁,1、冲裁变形过程,1弹性变形阶段变形区内部材料应力小于屈服应力。,2塑性变形阶段变形区内部材料应力大于屈服应力。,凸、凹模间隙存在，变形复杂，并非纯塑性剪切变形，还伴随有弯曲、拉伸，凸、凹模有压缩等变形。,3断裂分离阶段变形区内部材料应力大于强度极限。,裂纹首先产生在凹模刃口附近的侧面,凸模刃口附近的侧面,上、下裂纹扩展相遇,材料分离,冲裁变形过程,冲裁件的断面分析,(1)塌角a(圆角带):是由于冲裁过程中刃口附近的材料被牵连拉入变形的结果。(2)光面b(剪切面):是由于刃口切入板料后产生塑剪变形时,凸凹模侧面与材料挤压形成的光亮垂直的断面。(3)毛面c(断裂带):是由主裂纹贯通而形成的表面十分粗糙且有一定斜度的撕裂面。塑性差的材料撕裂倾向严重,毛面所占比例也大。(4)毛刺d:是在刃口附近的侧面上材料出现微裂纹时,当凸模继续下行时,便使已形成的毛刺拉长并残留在冲裁件上。冲裁间隙越小,毛刺的高度越小.,第三节冲裁模间隙,冲裁凸模和凹模之间的间隙,不仅对冲裁件的质量有极其重要的影响,而且还影响模具寿命、冲裁力、卸料力和推件力等。因此,间隙是冲裁模设计的一个非常重要的参数。,一.间隙对冲裁件质量的影响,冲裁件的质量主要通过切断面质量尺寸精度和表面平直度来判断。在影响冲裁件质量的诸多因素中,间隙是主要的因素之一。,第三节冲裁模间隙,冲裁件质量：,第三章冲裁,一、间隙对冲裁件质量的影响,垂直、光洁、毛刺小,图纸规定的公差范围内,外形满足图纸要求；表面平直，即拱弯小,指切断面质量、尺寸精度和表面平直度。,在影响冲裁件质量的诸多因素中,间隙是主要的因素之一。,间隙大小对冲裁件断面质量的影响(a)间隙过小;(b)间隙合适;(c)间隙过大1毛面;2-光亮带;3圆角带,第三节冲裁模间隙,冲裁件尺寸精度及其影响因素,第三章冲裁,冲裁件的尺寸精度：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（2）材料的性质（3）冲裁间隙,2.间隙对尺寸精度的影响,当凸、凹模间隙较大时，材料所受拉伸作用增大，冲裁结束后，因材料的弹性恢复使冲裁件尺寸向实体方向收缩，使落料件尺寸小于凹模尺寸，冲孔孔径大于凸模直径。当间隙较小时，由于材料受凸、凹模挤压力大，故冲裁完后，材料的弹性恢复使落料件尺寸增大，冲孔孔径变小。,尺寸变化量的大小与材料性质、厚度、轧制方向等因素有关。材料性质直接决定了材料在冲裁过程中的弹性变形量。软钢的弹性交形量较小，冲裁后的弹性恢复也就小；硬钢的弹性恢复量较大。,上述因素的影响是在一定的模具制造精度这个前提下讨论的。若模具刃口制造精度低，则冲裁件的制造精度也就无法保证。所以，凸、凹模刃口的制造公差一定要按工件的尺寸要求来决定。,模具精度与冲裁件精度的关系,第三节冲裁模间隙,第三章冲裁,冲裁间隙Z：,指冲裁模中凹模刃口横向尺寸DA与凸模刃口横向尺寸dT的差值。,二.间隙对冲裁工艺中力的影响,(1)随着间隙的增大，材料所受的拉应力增大，材料容易断裂分离，因此冲裁力减小。通常冲裁力的降低并不显著，当单边间隙在材料厚度的5一20左右时，冲裁力的降低不超过5一10。因此,在正常情况下,间隙对冲裁力的影响不是很大。(2)间隙对卸料力、推件力的影响比较显著。间隙增大后，从凸模上卸料和从凹模里推出零件都省力，当单边间隙达到材料厚度的15一25左右时，卸料力几乎为零。但间隙继续增大，因为毛刺增大，又将引起卸料力、推件力迅速增大。,第三节冲裁模间隙,第三章冲裁,3.间隙对模具寿命的影响,模具寿命分为刃磨寿命和模具总寿命。,模具失效的原因一般有：磨钝、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、凸凹模相互啃刃等异常损坏。,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。,三.间隙对模具寿命的影响,冲裁过程中，凸模与被冲的孔之间、凹模与落料件之间均有摩擦，而且间隙越小，模具作用的压应力越大，磨损也越严重。所以过小的间隙对模具寿命极为不利。而较大的间隙可使凸模侧面与材料间的摩擦减小，并减轻间隙由于受到制造和装配精度的限制，放宽间隙不均匀的不利影响，从而提高模具寿命。,四.冲裁模间隙值的确定,单面间隙:凸模与凹模间每侧的间隙。双面间隙:两侧间隙之和。如无特殊说明,冲裁间隙就是双面间隙。找不到一个固定的间隙值能同时满足冲裁件断面质量最佳,尺寸精度最高,翘曲变形最小,冲模寿命最长,冲裁力、卸料力、推件力最小等各方面的要求。只要间隙在这个范围内,就能得到合格的冲裁件和较长的模具寿命,这个间隙范围就称为合理间隙。最小合理间隙;最大合理间隙,在冲压实际生产中，主要根据冲裁件断面质量、尺寸精度和模具寿命这三个因素综合考虑，给间隙规定一个范围值。考虑到在生产过程中的磨损使间隙变大，故设计与制造新模具时应采用最小合理间隙Zmin,第三章冲裁,四、冲裁模间隙值的确定,1.理论法确定法,结论:(1)材料厚度越大,塑性越低的硬脆材料,则所需间隙值Z就越大;(2)材料厚度越薄,塑性越好的材料,则所需间隙值Z就越小。,(2)查表法,生产中常用查表法来确定间隙值.有关间隙的数值,可在一般冲压手册中查到。对于尺寸精度和断面垂直度要求高的工件应选用较小间隙值(表3-3);对于尺寸精度和断面垂直度要求不高的工件,以提高模具寿命为主,可采用大间隙值(表3-4)。,第四节凸模与凹模刃口尺寸的确定,生产实践发现的规律：,1冲裁件断面都带有锥度。光亮带是测量和使用部位，落料件的光亮带处于大端尺寸，冲孔件的光亮带处于小端尺寸；且落料件的大端（光面）尺寸等于凹模尺寸，冲孔件的小端（光面）尺寸等于凸模尺寸。,第三章冲裁,重要性：,2凸模轮廓越磨越小，凹模轮廓越磨越大，结果使间隙越用越大。,一、凸、凹模刃口尺寸计算原则,凸模和凹模的刃口尺寸和公差，直接影响冲裁件的尺寸精度。模具的合理间隙值也靠凸、凹模刃口尺寸及其公差来保证。,第四节凸模与凹模刃口尺寸的确定,设计落料模先确定凹模刃口尺寸。以凹模为基准，间隙取在凸模上，即冲裁间隙通过减小凸模刃口尺寸来取得。设计冲孔模先确定凸模刃口尺寸。以凸模为基准，间隙取在凹模上，冲裁间隙通过增大凹模刃口尺寸来取得。,根据冲模在使用过程中的磨损规律，设计落料模时，凹模基本尺寸应取接近或等于工件的最小极限尺寸；设计冲孔模时，凸模基本尺寸则取接近或等于工件孔的最大极限尺寸。模具磨损预留量与工件制造精度有关。,第二章冲裁工艺与冲裁模设计,计算原则：,一、凸、凹模刃口尺寸计算原则（续）,第二章冲裁工艺与冲裁模设计,冲裁（设计）间隙一般选用最小合理间隙值（Zmin）。,选择模具刃口制造公差时，要考虑工件精度与模具精度的关系，即要保证工件的精度要求，又要保证有合理的间隙值。,工件尺寸公差与冲模刃口尺寸的制造偏差原则上都应按“入体”原则标注为单向公差。,第四节凸模与凹模刃口尺寸的确定,计算原则（续）：,一、凸、凹模刃口尺寸计算原则（续）,6.孔心距:当工件上需要冲制多个孔时,孔心距的尺寸精度由凹模孔心距保证。由于凸、凹模的刃口尺寸磨损不影响孔心距的变化,故凹模孔心距的基本尺寸取在工件孔心距公差带的中点上,按双向对称偏差标注。,二.凸、凹模刃口尺寸的计算方法,1.凸模与凹模分别加工法这种加工方法目前多用于圆形或简单规则形状(方形或矩形)且冲裁量大的工件。工件与凸模和凹模刃口之间的基本尺寸及公差分配关系如图3-6,图3-6落料冲孔时各部分尺寸与公差分布情况(a)落料(b)冲孔,采用凸凹模分开加工时,应在图样上分别标注刃口尺寸与制造公差,为了保证间隙值,应满足下列关系式:如果出现下列情况:则如果出现下列情况:则该采用后面将要讲述的凸、凹模配作法。,凸凹模制造公差p与d求法,求法有三种:1.查标准公差表,p按IT6选用,d按IT7选用。2.查冲裁凸凹模制造公差表。3.直接计算p0.4(Zmax-Zmin)d0.6(Zmax-Zmin),标准公差表,规则形状(圆形方形)件冲裁的凸凹模制造公差/mm,凸、凹模分别加工的优点:凸、凹模具有互换性,制造周期短,便于成批制造。凸、凹模分别加工的缺点:模具的制造公差小,模具制造困难,成本较高。,例3-1如下图所示工件,材料为Q235,料厚t=1mm,请分别确定冲裁凸、凹模刃口部分尺寸。,解:(1)落料查表3-4,3-5和有关资料得:Zmax=0.140mmZmin=0.100mmP=0.020mmd=0.030mmX=1P+d=(0.020+0.030)mm=0.050mmZmax-Zmin=(0.140-0.100)mm=0.040mm说明所取凸、凹模公差不能满足P+dZmax-Zmin但相差不多,可调整如下:,P=0.4(Zmax-Zmin)=0.4X0.040mm=0.016mmd=0.6(Zmax-Zmin)=0.6X0.040mm=0.024mmDd=(Dmax-x)0+d=(36-1.0 x0.10)0+0.024mm=35.900+0.024mmDP=(Dd-Zmin)0-P=(35.90-0.10)-0.0160mm=35.80-0.0160mm,(2)冲孔查表3-43-5和有关资料得:Zmax=0.140mmZmin=0.100mmP=0.020mmd=0.020mmx=0.75校核:P+d=(0.020+0.020)mm=0.040mm=Zmax-Zmin故符合条件将已知和查表的数据代入公式,即得,dp=(dmin+x)0-P=(6+0.75x0.048)00.020mm=6.03600.020mmdd=(dp+Zmin)0+d=(6.036+0.100)0+dmm=6.1360+0.020mm(3)凹模孔心距Ld=(Lmin+/2)/8=180.015mm,2.凸模与凹模配合加工法,原理:配作法就是先按设计尺寸制出一个基准件(凸模或凹模),然后根据基准件的实际尺寸按间隙配制另一件。特点:模具的间隙由配制保证,工艺比较简单,并且还可适当放大基准件的制造公差,使制造容易,故目前一般工厂常常采用此种加工方法。,根据冲裁件结构的不同,刃口尺寸的计算方法如下:(1)落料图3-8a为工件图,图3-8b为冲裁该工件所用落料凹模刃口的轮廓图,图中虚线表示凹模刃口磨损后尺寸的变化情况.,图3-8落料凹模刃口磨损后的变化情况(a)工件(b)凹模刃口轮廓,落料时应以凹模为基准件来配作凸模.从图3-8b可看出,凹模磨损后刃口尺寸有变大、变小和不变三种情况:1)凹模磨损后变大的尺寸(图中A1、A2、A3),按一般落料凹模尺寸公式计算,即2)凹模磨损后变小的尺寸(图中B1、B2),按一般冲孔凸模尺寸公式计算,因它在凹模上相当于冲孔凸模尺寸,即,3)凹模磨损后无变化的尺寸(图中C1、C2),随工件尺寸的标注方法不同,又可分为三种类型计算刃口尺寸:工件尺寸为C0+时工件尺寸为C0-时工件尺寸为C时,落料用的凸模刃口尺寸,按凹模实际尺寸配制,并保证最小间隙Zmin.故在凸模上只标注基本尺寸,不标注偏差,同时在图样技术要求上注明:”凸模刃口尺寸按凹模实际尺寸配制,保证双面间隙值为ZminZmax”。(2)冲孔冲孔时应以凸模为基准件来配作凹模。配制凹模的图样上须标明:”凹模刃口尺寸按凸模实际尺寸配制,保证双面间隙值为ZminZmax”。,例:计算下图所示(a=800-0.42mm,b=400-0.34mm,c=350-0.34mm,d=220.14mm,e=150-0.12mm,t=1mm材料为08钢)冲裁件的凸模、凹模刃口尺寸及制造公差.,解:该冲裁件属落料件,选凹模为设计基准件,只需计算落料凹模刃口及制造公差,凸模刃口尺寸由凹模的实际尺寸按间隙要求配做。查表得Zmin=0.10mm,Zmax=0.14mm对于尺寸80mm,x=0.5;尺寸15mm,x=1;其余尺寸均选X=0.75,落料凹模的基本尺寸计算如下:,图落料凸模、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,保证双面间隙值为0.100.14mm),分开加工和配合加工制造公差的比较,冲孔工序，凸模100-0.02mm，Zmin=0.10mm,Zmax=0.14mm,第五节冲裁件的工艺性,冲裁件的工艺性是指冲裁件的材料、形状、尺寸、精度等方面是否适应冲裁加工的工艺要求。影响冲裁件工艺性的因素很多,从技术和经济方面考虑,主要有以下几个方面。,一.冲裁件的公差等级和断面粗糙度,1)普通冲裁件内外形尺寸的经济公差等级一般不高于IT11级,落料件公差等级最好低于IT10级,冲孔件最好低于IT9级。,表3-6冲裁件外形与内孔尺寸公差(mm),2)冲裁件的断面粗糙度与材料塑性、材料厚度、冲裁模间隙、刃口锐钝以及冲模结构等有关。当冲裁厚度为2mm以下的金属板料时,其断面粗糙度Ra一般可达12.53.2um。,二.冲裁件结构形状与尺寸,1)冲裁件的形状应力求简单、规则,使排样时废料最少。.2)冲裁件内外形的转角处要尽量避免尖角,应以圆弧过渡,减少热处理开裂,减少冲裁时尖角处的崩刃和过快磨损。如无特殊要求,在直线或曲线的连接处允许有R0.25t的圆角过渡。3)冲裁件形状应尽量避免有过长的凸出悬臂和过窄的凹槽。对于软钢和黄铜等材料,其宽度b1.5t,高碳钢或合金钢等b2t硬材料,板料厚度小于1mm时按1mm考虑.悬臂和凹槽的长度最大为5b,如图3-10所示。,图3-10冲裁件外形尺寸最小值,4)为避免工件变形,冲裁件的最小孔边距不能过小,其允许值如图3-11a所示。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,以免冲孔时凸模受水平推力而折断,如图3-11b所示。6)冲孔时,因受凸模强度的限制,孔的尺寸不应太小。用无导向凸模和有导向的凸模所能冲制的最小尺寸,分别见表3-8和表3-9。,图3-11冲裁件孔边距尺寸,表3-9有导向凸模冲孔的最小尺寸,第六节排样,排样:,第三章冲裁,合理的排样：,冲裁件在条料、带料或板料上的布置方法。,排样方案是模具结构设计的依据之一。,提高材料利用率、降低成本，保证冲件质量及模具寿命的有效措施。,第六节排样,第三章冲裁,一、材料经济利用,一个步距内的材料利用率,材料利用率：,1材料利用率,冲裁件的实际面积与所用板料面积的百分比，它是衡量合理利用材料的经济性指标。,式中A一个步距内冲裁件的实际面积(mm2);B条料宽度(mm);S步距(mm)。,若考虑到料头、料尾和边余料的消耗,则一张板料(或带料条料)上总的材料利用率总为式中:n一张板料(或带料、条料)上的冲裁件总数目;A1一个冲裁件的实际面积(mm2);B板料(或带料、条料)宽度(mm);L板料(或带料、条料)长度(mm)。,2.提高材料利用率的方法,冲裁所产生的废料可分为两类:1)结构废料:是由冲件的形状特点产生的;2)工艺废料:是由于冲件之间和冲件与条料侧边之间的搭边,以及料头、料尾和边余料而产生的废料。,2.提高材料利用率的方法,要提高材料利用率,主要应从减少工艺废料着手。减少工艺废料的有力措施是:(1)设计合理的排样方案;(2)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);(3)利用废料作小零件。,二.排样方法,根据材料的合理利用情况,条料排样方法可分为:(1)有废料排样:沿冲件全部外形冲裁,在冲件周边都留有搭边。特点:材料利用率低,冲件精度高,模具寿命长。(2)少废料排样:沿冲件部分外形切断或冲裁,只在冲件之间或冲件与条料侧边之间留有搭边。特点:因受剪裁条料质量和定位误差的影响,其冲件质量稍差,但材料利用率稍高。(3)无废料排样:沿直线或曲线切断条料而获得冲件,无任何搭边。特点:冲件质量和模具寿命更差,但材料利用率最高。,图3-13排样方法分类,表3-10排样方法,三.搭边值与条料宽度的确定,1.搭边值的确定搭边:排样时冲裁件之间以及冲裁件与条料侧边之间留下的工艺废料。搭边的作用:(1)补偿了定位误差和剪板误差(0.2mm),确保冲出合格零件;(2)可以增加条料刚度,方便条料送进,提高劳动生产率。,搭边宽度对冲裁过程及冲裁件质量的影响:(1)搭边过大,材料利用率低;(2)搭边过小,搭边的强度和刚度不够,在冲裁中将被拉断,有时甚至拉入模具间隙,造成冲裁力不均,损坏模具刃口。,1有侧压装置,第三章冲裁,三、搭边值与条料宽度的确定,条料宽度：,导料板间距离：,2无侧压装置,第三章冲裁,条料宽度：,导料板间距离：,(3)有侧刃定距条料宽度导料板之间的距离,第六节排样,一张完整的排样图应标注条料宽度尺寸,第三章冲裁,排样图,、条料长度L、板料厚度t、端距l、步距S、工件间搭边a1和侧搭边a。并习惯以剖面线表示冲压位置。,四.排样设计实例,例:如图3-17所示工件,材料为酚醛层压布料,料厚t为1mm,请选择合理的排样方案。,第七节冲裁力和压力中心的计算,一.冲裁力行程曲线冲裁力:指冲裁时凸模所承受的最大压力,包括施加给板料的正压力和摩擦阻力。,二.冲裁力的计算,通常说的冲裁力是指冲裁力的最大值,它是选用压力机和设计模具的重要依据之一。平刃口冲裁模的冲裁力一般按下式计算:式中:F冲裁力(N);L冲裁周边长度(mm);t材料厚度(mm);材料抗剪强度(MPa);K系数(实际生产中,模具间隙值的波动和不均匀刃口的磨损板料力学性能和厚度波动,一般K取=1.3)为计算简单,也可按下式估算冲裁力:FLtb式中b材料抗拉强度(MPa),三.卸料力、推件力及顶件力的计算,卸料力:从凸模上卸下箍着的料所需要的力。Fx=KxFc推件力:将梗塞在凹模内的料顺冲裁方向推出所需要的力。Ft=nKtFc顶件力:逆冲裁方向将料从凹模内顶出所需要的力。Fd=KdFcn同时梗塞在凹模内的工件数(或废料)数;KX,Kt,Kd系数,见表2-15,图2-20卸料力、推件力和顶件力,四.压力机公称压力的确定,压力机的公称压力必须大于或等于冲压力。计算总冲压力,应根据不同的模具结构分别对待:(1)采用弹性卸料装置和下出料方式的冲裁模时:F=Fc+FX+Ft(2)采用弹性卸料装置和上出料方式的冲裁模时:F=Fc+FX+Fd(3)采用刚性卸料装置和下出料方式的冲裁模时:F=Fc+Ft,五.降低冲裁力的方法,如果所需冲裁力受到现有设备公称压力的限制,或使冲裁过程平稳以减少压力机振动,常用下列方法来降低冲裁力:(1)阶梯凸模冲裁,(1)阶梯凸模冲裁,应注意以下几点:1)在几个凸模直径相差较大,相距又很近的情况下,应先冲大孔,后冲小孔,避免小凸模产生折断或倾斜。2)凸模间的高度差与板料厚度有关,即:t3mmH=0.5t;,(2)斜刃冲裁,(3)加热冲裁(红冲）,优点:材料加热后抗剪强度显著降低,因而能降低冲裁力。缺点:不仅增加工序和能源消耗,而且加热后产生很厚的氧化皮,给后续加工带来很多麻烦。适用范围:厚板或表面质量及精度要求不高的零件。,六.冲模压力中心的确定,模具的压力中心:冲压力合力的作用点。为了确保压力机和模具正常工作,应使冲模的压力中心与压力机滑块的中心相重合。否则,会使冲模和压力机滑块产生偏心载荷,使滑块和导轨间产生过大的磨损,模具导向零件加速磨损,降低模具和压力机的使用寿命。,冲模压力中心的确定原则,1.冲裁形状对称的冲件时,其压力中心位于冲件轮廓图形的几何中心。(1)冲裁直线段时,其压力中心位于直线段的中点。(2)冲裁圆弧段时,其压力中心的位置按下式计算:,冲模压力中心的确定原则,2.确定复杂形状冲裁件的压力中心和多凸模模具的压力中心:(1)多凸模冲裁时的压力中心,(2)冲裁复杂形状零件时的压力中心其压力中心的计算公式与多凸模冲裁压力中心求解公式相同,具体求法按下面步骤进行:1)选定坐标轴x0和y0。2)将组成图形的轮廓线划分为若干简单的线段,求出各线段长度和各线段的重心位置。3)然后按上面公式算出压力中心的坐标。,第八节冲裁模分类及典型冲裁模结构分析,一.冲裁模的分类(1)按工序性质分类:落料模、冲孔模、切断模、切边模等。(2)按工序组合程度分类:单工序模(俗称简单模)、复合模和级进模(俗称连续模、操兵模)。(3)按模具导向方式分类:无导向的开式模和有导向的导板模、导柱模等。(4)按卸料与出件方式分类:固定卸料式与弹压卸料式、顺出件与逆出件式。,(5)按挡料或定距方式分类:挡料销式、导正销式、侧刃式等模具。(6)按凸、凹模所用材料不同分类:钢模、硬质合金模、锌基合金模、橡胶冲模等。(7)按自动化程度分类:手动模、半自动模和自动模。,二.典型冲裁模的结构分析,1.单工序模(1)无导向单工序冲裁模优点:结构简单,制造周期短,成本较低。缺点:模具本身无导向,安装模具时调整凸、凹模间隙较麻烦且不易均匀;冲裁件质量差,模具寿命低,操作不够安全。适用场合:冲裁精度要求不高,形状简单,批量小的冲裁件。,图3-24无导向固定卸料式落料模1-模柄2-凸模3-固定卸料板4-凹模5-下模座6-回带式挡料销,(2)导板式单工序冲裁模,优点:模具的安装调整比无导向式模具方便,工件质量比较稳定,模具寿命较高,操作安全。缺点:必须采用行程可调压力机;保证使用过程中凸模与导板不脱离,以保持其导向精度,甚至在刃磨时也不允许凸模与导板脱离,以免损坏其导向精度。,导板式冲裁模1-凸模固定板2-凸模3-限位柱4-导板5-导料板6-凹模7-下模座,(3)导柱式单工序冲裁模,优点:导向可靠,精度高,寿命长,使用安装方便。缺点:轮廓尺寸较大,模具较重,制造工艺复杂,成本较高。适用场合:广泛应用于生产批量大、精度要求高的冲裁件。,导柱式单工序落料模1-卸料螺钉2-防转销3-凸模4-模柄5、14、15-圆柱销钉6、13、17-内六角螺钉7-上模座8-垫板9-凸模固定板10-导套11-导柱12-卸料板16-凹模18-挡料销19-导料板20-承料板21-下模座22-橡胶,2.级进模,级进模定义:在压力机一次行程中,在模具的不同位置同时完成数道冲压工序。优点:生产效率很高,减少了模具和设备的数量,便于实现冲压生产自动化。缺点:结构复杂,制造困难,成本高。适用场合:多用于生产批量大、精度要求较高、需要多工序冲裁的小零件加工。,图3-27挡料销和导正销定位的级进模1-模柄2-上模座3-冲孔凸模4-落料凸模5-导板