塑性成形工艺第二章 冲裁工艺与模具设计.ppt

冲压工艺与模具设计,第二章冲裁工艺与模具设计,冲裁是利用模具使板料产生分离的冲压工序，包括落料、冲孔、切口、切边、剖切、整修、精冲等。冲裁所得到的工件可以直接作为零件使用或可以作为弯曲、拉深、成形等其它工序的毛坯。,冲压工艺与模具设计,一、冲裁的变形过程,第一节冲裁工艺分析,冲压工艺与模具设计,冲裁工艺（落料、冲孔）变形特点,变形过程,冲裁：是一种使材料产生分离的冲压工序,冲压工艺与模具设计,冲压工艺与模具设计,受力状态,冲压工艺与模具设计,冲压工艺与模具设计,冲压工艺与模具设计,第二节冲裁件质量及影响因素,一、冲裁件断面特征,断面特征四部分在冲裁件上所占的比例随材料的力学性能、料厚、刃口锐钝、模具结构及凸、凹模间隙等不同而变化。,冲压工艺与模具设计,二、冲裁件的尺寸大小,其尺寸有大小两部分组成。小的部分的尺寸等于凸模尺寸，大的部分尺寸等于凹模尺寸。冲孔尺寸等于凸模尺寸；落料尺寸等于凹模尺寸。,冲压工艺与模具设计,三、影响冲裁件质量的因素,一、影响断面质量的因素材料的性能；模具间隙；模具刃口钝利情况的影响；模具和设备的导向影响,冲压工艺与模具设计,冲压工艺与模具设计,一、影响尺寸精度的因素模具制造精度的影响；模具间隙的影响；材料性质、厚度与轧制方向的影响；零件形状尺寸的影响。,冲压工艺与模具设计,第三节冲裁模间隙,一、间隙对冲裁的影响,1、间隙对零件质量的影响减小间隙，可增大光亮带的宽度，提高断面质量。2、间隙对冲裁力的影响间隙增大，冲裁力可得到一定程度的降低。当单面间隙介于料厚5%20%时，冲裁力的降低并不明显（不超过5%20%）。间隙还对推件力和卸料力有影响。3、间隙对模具寿命的影响模具的失效形式一般有：磨损、崩刃、变形、胀裂、断裂等。间隙主要对模具的磨损和胀裂有影响。适当大的间隙可补偿因模具制造精度不高及动态间隙不均匀所造成的不足，起到适当延长模具寿命的作用。,冲压工艺与模具设计,二、合理间隙值的确定,间隙Z与材料厚度t、相对切如深度h0/t以及裂纹方向角有关，而h0与又与材料性质有关。,1、理论确定法,第三节冲裁模间隙,冲压工艺与模具设计,2、查表法,第三节冲裁模间隙,最小Zmin、最大Zmax间隙的选取应按零件的技术要求和形状尺寸选取冲小孔而凸模导向又较差时，凸模易折断，间隙可取大值凹模刃口为斜壁时，间隙应比直壁小非圆形零件比圆形的间隙大，冲孔间隙比落料间隙大为保证冲压件平整，模具要有压料和顶出装置,冲压工艺与模具设计,冲压工艺与模具设计,第四节凸模、凹模刃口尺寸的计算,一、刃口尺寸的计算原则,依据：冲裁变形规律：落料尺寸与凹模刃口尺寸相等，冲孔尺寸与凸模刃口尺寸相等；零件的尺寸精度；合理的间隙；磨损规律；冲模的加工制造方法。,冲压工艺与模具设计,一、刃口尺寸的计算原则,原则：1)保证冲出合格的零件基准件的尺寸应在零件的公差范围内。2)保证模具具有一定的使用寿命新模具的间隙应是最小的合理间隙，磨损后到最大的合理间隙。3)考虑到冲模制造修理方便、降低成本一般模具制造精度比工件精度高24级。,冲压工艺与模具设计,二、刃口尺寸的计算方法1、凸模、凹模分别加工,适用于圆形或简单形状的工件,或取：,要满足的条件：,冲压工艺与模具设计,工作零件设计,工作零件的尺寸计算,冲孔时的尺寸计算,落料时的尺寸计算,冲裁凸凹模尺寸,d工件尺寸工件制造公差；x尺寸系数；Z凸凹模间隙。,冲压工艺与模具设计,二、刃口尺寸的计算方法2、凸模、凹模配合加工,模具间隙是在配制中保证的；尺寸标注简单。,冲压工艺与模具设计,1）冲孔,冲压工艺与模具设计,2）落料,冲压工艺与模具设计,冲压工艺与模具设计,冲压工艺与模具设计,第五节排样,一、排样的意义和材料利用率,保证最低的材料消耗和最高的劳动生产率，得到合格的零件。,冲压工艺与模具设计,提高材料利用率的方法,冲压工艺与模具设计,二、排样形式的确定,有废料排样少废料排样无废料排样,1.方法,冲压工艺与模具设计,布置方式,冲压工艺与模具设计,2.排样形式的选择影响排样形式的因素：,零件的外形零件的断面质量、精度材料利用率冲模结构模具寿命操作的方便与安全生产率,冲压工艺与模具设计,三、搭边和条料宽度的确定,1、搭边的作用,保证零件的质量和精度，补偿定位误差，确保冲出合格的零件，并使条料有一定的刚度，不弯曲，便于送进，并能使冲模寿命提高。搭边值的确定,冲压工艺与模具设计,搭边值的确定,冲压工艺与模具设计,2、条料的宽度,原则：最小条料宽度要保证冲裁时零件周围有足够的搭边值；最大条料宽度能在导料板间送进，并与导料板间有一定的间隙。,冲压工艺与模具设计,冲压工艺与模具设计,冲压工艺与模具设计,一般在下列情况下，采用侧刃来控制条料的送进步距：1、级进模中，一般采用侧刃来控制条料的送进步距。这样，可以提高生产率。2、当冲裁窄而长的工件时，由于步距小，采用定位钉定位困难，这时也采用侧刃来控制条料的送进步距。3、当需要切除条料的侧边作为工件的外形时，往往采用侧刃定距。4、当被冲材料的厚度较薄（t0.5mm）时，可以采用侧刃定距。,冲压工艺与模具设计,第六节冲裁工艺力的确定,一、冲裁力的计算,冲压工艺与模具设计,二、降低冲裁力的方法,阶梯凸模冲裁,1、,冲压工艺与模具设计,斜刃冲裁,2、,冲压工艺与模具设计,斜刃参数,斜刃冲裁力,或,3、加热冲裁,冲压工艺与模具设计,三、卸料力及推件力的计算,冲压工艺与模具设计,第七节冲裁工艺设计,冲裁工艺设计主要包括冲裁件的工艺分析和冲裁工艺方案的确定两方面的内容。,冲裁件的工艺性是指冲裁件对冲裁工艺的适应性。一般情况下，对冲裁件工艺性影响较大的是冲压件的结构形状、精度要求、形位公差及技术要求等。冲裁件的工艺性合理与否，影响到冲裁件的质量、模具寿命、材料消耗、生产率，设计中应尽可能地提高其工艺性。,一、冲裁件的工艺性,冲压工艺与模具设计,1、冲裁件的结构工艺性,形状应尽量简单，以便于凸模制造；冲裁件的外形轮廓线应光滑连接；避免过长的悬臂和窄槽；孔径不能太小，否则凸模强度不够；孔间距、孔边距不能太小。,冲压工艺与模具设计,2、冲裁件的尺寸精度和表面粗糙度,冲裁件的精度应在经济精度范围内。对于普通冲裁件，其经济精度不高于IT11，冲孔件比落料件高一级。对于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。,冲压工艺与模具设计,3、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，且不要与参加变形的部位联系起来。,冲压工艺与模具设计,二、冲裁工艺方案的确定,工艺方案的内容是确定冲裁件的工艺路线，主要包括确定工序数、工序的组合和工序顺序的安排等，应在工艺分析的基础上制定几种可能的方案，再根据工件的批量、形状、尺寸等多方面的因素，全面考虑、综合分析，选取一个较为合理的冲裁方案。,1、冲裁工序的组合,冲裁工序按组合程度可分为单工序冲裁、复合冲裁和级进冲裁,冲压工艺与模具设计,影响冲裁组合方式的因素：,生产批量冲裁件尺寸精度对工件尺寸、形状的适应性模具制造、安装调试和成本操作方便与安全性,冲压工艺与模具设计,2、冲裁工序的安排,a、级进模冲裁的顺序安排,先切孔，最后落料或切断，将工件与条料分离；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，也可安排一前一后；,套料级进冲裁，按由里向外的顺序，先冲内轮廓，后冲外轮廓。,冲压工艺与模具设计,b、多工序工件用单工序冲裁时的顺序安排,先落料，然后以外轮廓定位进行其它冲裁。后续各工序的定位基准要一致。冲裁大小不同、相距较近的孔时，应先冲大孔，后冲小孔，以免引起孔的变形。,冲压工艺与模具设计,第八节冲裁模的基本类型,一、冲模分类,一般按工序组合分为单工序模、复合模和级进模三类。,二、冲模结构,冲模的组成：1、工作零件；2、定位零件；3、卸料及推件零件；4、导向零件；5、连接零件。,冲压工艺与模具设计,模具总体结构设计,1.条料的送进方式与定位方式,送料：手送、自动送料,定位：X、Y、Z三个方向,确定基本结构形式和模架。基本结构形式主要是确定条料送进方式、定位方式、卸料方式、正倒装结构。,冲压工艺与模具设计,模具总体结构设计,2.卸料方式,3.正倒装结构,正装,倒装,刚性卸料,弹性卸料,冲压工艺与模具设计,模具总体结构设计,4.模架选择,模架的作用：安装模具其它零件，并固定在冲床上。,非标模架,冲压工艺与模具设计,模具总体结构设计,模具总体尺寸,凹模板尺寸,模座尺寸比模板尺寸大40mm50mm,模具的闭合高度,H最大-5H模H最小+10,压力机闭合高度,4.模架选择,冲压工艺与模具设计,刚性卸料,a、单工序模冲压工作过程,冲压工艺与模具设计,弹性卸料,冲压工艺与模具设计,冲压工艺与模具设计,b、复合模,冲压工艺与模具设计,c、级进模,级进模的工步安排要遵循以下规律：保证送料的连续性，工件与条料的完全分离（落料或切断）要安排在最后工步位置。每一工位可以安排一种或多种工序，也可以特意安排一个或多个空位，以增加凹模的壁厚，加大凹模的外形尺寸，提高凹模强度，或避免模具零件过于紧凑，造成加工和安装的困难。,冲压工艺与模具设计,冲压工艺与模具设计,冲压工艺与模具设计,第九节冲模主要零件的设计及标准的选用,一、模具零件的分类,工艺零件和结构零件,二、冲模标准化的意义,标准包括：冷冲模模架及技术条件，冷冲模零件及技术条件，冷冲模典型组合及其技术条件。,标准模架的类型,冲压工艺与模具设计,三、工作零件的设计与标准的选用,1、凸模,冲压工艺与模具设计,b、凸模结构型式及固定形式,冲压工艺与模具设计,c、凸模的强度校核,压应力校核,冲压工艺与模具设计,失稳弯曲应力校核,无导向装置,冲压工艺与模具设计,2、凹模,刃口形式,冲压工艺与模具设计,2、凹模,凹模的固定形式及尺寸确定,冲压工艺与模具设计,3、凸凹模,冲压工艺与模具设计,4、凸模、凹模镶块结构,a、分块原则：在尖角出分割；凸出或凹进的易磨损部分应单独做成一块，以便于加工和更换；圆弧部分应单独做成一块，对凹进圆弧的结合线最好设在直线部分的切点附近。,冲压工艺与模具设计,4、凸模、凹模镶块结构,如有对称线，便于机械加工，应沿对称线分开。对于圆形的工作部分，应尽量按径向分开，以便于紧固；如果凹模和凸模都采用镶块，为避免产生毛刺，凹模镶块结合线与凸模镶块结合线应错开，错开距离为1mm；为使镶块间良好接合，也减少磨削量，接合线不宜太长，一般为12mm15mm，其余留2mm间隙。,冲压工艺与模具设计,4、凸模、凹模镶块结构,b、紧固方法：框套热压法；框套螺钉紧固法；直接用螺钉、销钉紧固。,冲压工艺与模具设计,四、定位零件,毛坯在模具中的定位有两个内容：一是在送料方向的定位，用来控制送料的进距，通常称为挡料；二是在与送料方向垂直方向上的定位，通常称为送进导向。,冲压工艺与模具设计,1、定位,主要是定位板和定位销,冲压工艺与模具设计,1、定位,冲压工艺与模具设计,2、导料,主要指导料板、导料销、侧压装置,冲压工艺与模具设计,2、导料件,1）固定挡料销,冲压工艺与模具设计,3、挡料件,2）活动挡料销,冲压工艺与模具设计,3）始用挡料销4）侧刃定距,冲压工艺与模具设计,5）、导正销,冲压工艺与模具设计,5、导正销,冲压工艺与模具设计,五、压料及出件零件,1、推件装置,冲压工艺与模具设计,五、压料及出件零件,1、推件装置,冲压工艺与模具设计,五、压料及出件零件,2、卸料装置,冲压工艺与模具设计,五、压料及出件零件,2、卸料装置,冲压工艺与模具设计,五、压料及出件零件,2、卸料装置：废料刀,冲压工艺与模具设计,五、压料及出件零件,3、弹簧和橡皮零件,冲压工艺与模具设计,六、固定与紧固零件,1、固定板2、垫板3、模板,4、模柄5、螺钉和销钉,冲压工艺与模具设计,六、固定与紧固零件,冲压工艺与模具设计,七、导向零件,1、导柱和导套,滑动导柱、导套,滚珠导柱、导套,冲压工艺与模具设计,冲压工艺与模具设计,2、导板导向,冲压工艺与模具设计,八、模具材料的选用,冲压工艺与模具设计,第十节冲裁模结构设计,冲压工艺与模具设计,一、冲模设计内容及一般设计过程,冲压工艺性分析及初步方案设计,详细冲压工艺方案设计,模具结构及零件设计,冲压工艺与模具设计,二、模具压力中心的确定,冲压工艺与模具设计,冲压工艺与模具设计,三、冲模闭合高度的确定,冲压工艺与模具设计,第十一章精密冲裁工艺与模具设计,冲压工艺与模具设计,普通冲裁所能达到工件的尺寸精度在IT11以下，切断表面粗糙度Ra12.53.2，且有锥度。对于一些要求尺寸精度和剪切断面与工件表面垂直度及表面粗糙度平整的工件，一般冲裁方法达不到要求，此时应采用精密冲裁、光洁冲裁或整修等冲裁方法。采用齿圈压板的精密冲裁，可以获得的尺寸精度为IT6IT9，断面的表面粗糙度Ra1.60.2，是提高冲裁件质量的有效方法。,冲压工艺与模具设计,一、精密冲裁的工艺特点,齿圈、顶出器与凸模联合压紧毛坯，使变形区内的金属处于强大三向压应力