冲裁模具的工艺性

1、冲裁模具的工艺与设计模具的现状与发展 模具工业是国民经济的基础工业，是高技术行业。模具设计与制造技术水平的高低，是衡量一个国家产品制造水平高低的重要标志之一。 模具在日本被誉为“进入富裕社会的原动力”、在德国被称为“金属加工业中的帝王”。 我国模具工业发展十分迅速，19962002年间，模具产值年平均增速在14%左右。当前国际经济发展处于恢得过程，国际投资、消费市场正在进一步升温，经济形势向好的趋势日益明显。这给模具行业进入发展快车道带来良好的发展环境，随着世界经济的恢复，相信中国模具的发展将会进一步的加快速度，中国廉价劳动力成本的优势和整体经济持续快速发展的良好势头，使中国模具发展的前景将十

2、分广阔。预计到2018年，中国将一跃成为全球最大的模具制造业基础之一。模具n冲模的分类 (1)根据工艺性质分类： 冲裁模、弯曲模、拉延模、成形模等。 (2)根据工序组合程度分类：单工序模、复合模n冲模组成零件冲模通常由上、下模两部分构成，组成模具的零件主要有两类：(1)工艺零件：直接参与工艺过程的完成并和坯料有直接接触，包括：工作零件、定位零件、卸料与压料零件。(2)结构零件：直接参与完成工艺过程，不和坯料有直接接触，只对模具完成工艺过程起保证作用，或对模具功能起完善作用，包括：导向零件、紧固零件、标准件及其它零件等。 模具n冲压模具设计与制造包括冲压工艺设计、模具结构设计与模具制造三大基本工

3、作。 冲压工艺设计是冲模设计的基础和依据。 冲模结构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。 冲模设计与制造必须有系统观点，必须考虑企业实际情况和产品生产批量，在保证产品质量的前提下，寻求最佳的技术经济性。 片面追求生产效率、模具精度和使用寿命必然导致成本的增加，只顾降低成本和缩短制造周期而忽视模具精度和使用寿命必然导致质量的下降。冲裁变形过程分析n冲裁是利用模具使板料沿一定轮廓形状产生 分离的冲压工序。它包括落料、冲孔、切口、切边、剖切等多种工序。在无压料板时，冲裁时板料所受的外力由于凸

4、模与凹模间有一定的间隙，使得板料在受到凸模与凹模正压力作用的同时还受到弯矩的作用，板料的变形不只是纯剪切，还要产生弯曲变形。因此，冲裁时凸模与凹模实际接触板料的面积只限于刃口附近窄小的环形区域内，其宽度约为料厚的1/52/5。故凸凹模刃口部位的单位压力分布曲线相当陡峭，正压力的合力分别以F1、F2表示，显然，两者大小相等，方向相反，由于F1、F2不在同一条直线上，便形成了弯矩M。此弯矩使板料产生变曲变形，造成凹模口外的板料上翘，凸模端面下的板料下凹。板料的弯曲变形对模具刃口的侧面产生挤压作用，反过来，凸模和凹模刃口的侧面对板料产生反挤作用，开成对剪切面的侧压力，侧压力的F3和F4也将开成一个力

5、矩M1，其方向与F相反，并在冲裁瞬时与之保持平衡即M=M1，以阻止板料进一步弯曲变形，在冲裁过程中，M随正压力的增大而增大，使板料弯曲变形加大，这将使板料受到的侧压力随之增大，并与M抗衡，阻止板料进一步变曲，因此，自由冲裁时，工作的不平整程度有限。冲裁变形过程分析在无压料板时，冲裁时板料所受的外力在正压力必有摩擦力，凸模和凹模刃口端面对板料的摩擦力分别为uF1和uF2，u为板料与模具板料之间的摩擦系数，其方向与板料相对凸模和凹模端面滑动的方向相反，凸模和凹模刃口侧面对板料剪切面施加的摩擦力分别为uF3和uF4其方向与板料相对凸模和凹模的运动方向相反，垂直方向的摩擦力对板料断裂分离过程的影响比水

6、平方向的摩擦力大得多。冲裁变形过程分析n冲裁变形的第一阶段弹性变形阶段。板料在凸模压力作用下，首先产生弹性压缩，拉伸等变形，此时凸模略微挤入板料内，板料的另一面也略微挤入凹模刃口内，凸模端部下面的材料略有弯曲，凹模刃口上面的材料开始上翘，间隙越大，弯曲和上翘越严重，当外力去掉后材料能恢复原状，此阶段称为弹性变形阶段。这时断面形成初始塌角。冲裁变形过程分析n冲裁变形的第二阶段塑性变形阶段外力作用超出材料的强度极限，产生断裂纹，当凸模继续压入，压力增加，开始进入塑性变形阶段，在这一阶段中，随着凸模挤入材料的深度逐渐增加，材料的塑性变形程序也逐渐增大，由于刃口处间隙的存在，材料内部的拉应力及弯矩也都

7、增大，刃口附近的材料开始出现微裂纹，塑性变形阶段也告结束，此时，断裂面产生与板料垂直的光亮带和初始毛刺。冲裁变形过程分析n冲裁变形的第三阶段断裂分离阶段凸模继续下降，已产生的上、下微裂纹不断扩大并向材料内部延伸，当上、下裂纹相遇重合时，断裂开始分离，产生粗糙的断裂带，当凸模再往下降，将冲落部分挤出凹模洞口哩，凸模回升完成整个冲裁过程。此时，断裂面产生断糙而带有锥度的断裂带，毛刺被拉长。冲裁变形过程分析根据对冲裁金属板材断面的观察分析，可以把冲裁断面分为如下四个区域：(1)塌角带，由弹性变形阶段产生初始塌角，其大小与材料塑性和模间隙有关，材料的塑性越好，凸模、凹模之间的间隙越大，形成的塌角越大。

8、(2)光亮带，产生于塑性变形阶段，断面较光洁平整且垂直端面，是质量最佳的一段，普通冲裁光亮带约占整个断面的1/31/2以上。(3)断裂带，是撕裂造成的，表面粗糙、无光泽，并且有一定锥度。(4)毛刺，成竖直环状，紧挨着断裂带的边缘，是模具拉挤的结束。冲裁间隙对冲裁件断面的影响较高质量的冲裁件断面，应该是：光亮带较宽，约占整个断面的1/3以上，塌角、断裂带、毛刺和锥度都很小，整个冲裁零件平面无穹弯现象，但是，影响冲裁断面质量的因素十分复杂，材料不同，它随材料的性能不同而变化，塑性差的材料，断裂倾向严重，光亮带、塌角及毛刺均较小，而断面大部分是断裂带，塑性好的材料与此相反，其光亮带所占的比例较大，塌

9、角和毛刺较大，而断裂带较小，对于同一种材料来说，光亮带、断裂带、塌角和毛刺这四个部分都在断面上所占的比例也不是固定不变的，它与材料本身的厚度、刃口间隙、模具结构、冲裁速度及刃口锋利程度等因素有关。其中，影响最大的是刃口间隙。冲裁间隙是指冲裁的凸模与凹模刃口之间的间隙，凸模与凹模每一侧的间隙，称为单边间隙(c)，两则间隙之和称为双边间隙(Z)，无特殊说明，冲裁间隙是指双边间隙。从前面对冲裁过程分析可知，冲裁间隙是影响冲裁工序的最重要的工艺参数，对冲裁断面质量有极其重要的影响。冲裁间隙对冲裁件断面的影响(1)间隙过小，选用较小间隙时，光亮带增加，塌角、毛刺、断裂带均减小，如果间隙过小，会使上、下两

10、裂纹不重合，随着凸模的下降产生二次剪切，形成第二条光亮带，毛刺薄而长，使断面质量变差。冲裁间隙对冲裁件断面的影响(2)中等间隙(普通冲裁合理间隙)，冲裁间隙合理时，能够使材料在凸模、凹模刃口处产生的上下裂纹相互重合于同一位置，这样，所得到的冲裁件断面光亮带区域较大，而塌角和毛刺较小，断裂锥度适中，零件表面较平整，冲裁件可得到较满意的质量。间隙适中间隙过大(3)如果间隙过大，材料随凸模下降受到很大拉伸，最后被撕裂拉断，冲裁件断面上出现较大的断裂带，使光亮带变小，毛刺和锥度较大，塌角有所增加，断面质量更差。冲裁间隙对冲裁力影响n试验证明，冲裁力随着间隙的增大会有一定程序的降低，但当单面间隙介于材料

11、厚度的5%-20%范围内时，冲裁力的降低不会超过5%-10%，因此，在正常情况下，间隙对冲裁力的影响不大。n间隙对卸料力、推件力的影响比较显著，随着间隙的增大，卸料力和推件力都将减小，一般当单边间隙增大到材料厚度的15%-25%时，卸料力几乎降到零，当间隙继续增大会使毛刺增大，又将引起卸料力、顶件力迅速增大。相对滑动距离愈大，模具材料愈软，则磨损量愈大。而冲裁中的接触压力，即垂直力、侧压力、摩擦力均随间隙的减小而增大，且间隙小时，光亮带变宽，摩擦距离增长，摩擦发热严重，所以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，而接触压力的增大，还会引起刃口听压缩疲劳破坏，使之崩刃。冲裁间隙对模

12、具寿命的影响n当冲裁间隙很小时，凸、凹模刃口受极大的垂直压力和侧压力的作用，高压使刃口与被冲材料接触面之间产生局部附着现象，当接触面相对滑动时，附着部分就产生剪切而引起磨损，这种附着磨损是冲模磨损的主要形式，接触压力愈大，相对滑动距离愈大，模具材料愈软，则磨损量愈大。而冲裁中的接触压力，即垂直力、侧压力、摩擦力均随间隙的减小而增大，且间隙小时，光亮带变宽，摩擦距离增长，摩擦发热严重，所以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，而接触压力的增大，还会引起刃口听压缩疲劳破坏，使之崩刃。 小间隙还会产生凹模胀裂，小凸模折断，凸凹模相到啃刃等异常损坏。当然，影响模具寿命的因素很多，例如，

13、模具制造材料和精度、表面粗糙度、被加工材料特性、冲裁件轮廓形状等都与模具寿命有关，但间隙却是其中一个主要因素。为了减少凸、凹模的磨损，延长模具的使用寿命，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。间隙对冲裁件精度的影响n研究表明，间隙对冲裁件弯拱影响的一般规律为：小间隙时，弯拱较大；间隙为5%-15%时，弯拱较小，随着间隙的增大，弯拱挠度又增大，使冲裁件的平直精度降低。n当间隙较大时，材料所受拉伸作用增大，冲裁完毕后，因材料的弹性恢复，冲裁件尺寸向实体方向收缩，使落料件尺寸小于凹模尺寸，而冲孔件的孔径则大于凸模尺寸，当间隙较小时，凸模压入板料接近于挤压状态，材料受凸模、凹模挤压

14、力大，压缩变形大；冲裁完毕后，材料的弹性恢复使落料件尺寸增大，而冲孔件的孔径变小。冲裁件工艺性分析n冲裁件的工艺性是指冲裁零件在冲裁加工中的难易程序，良好的冲裁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、操作安全方便等。n设计模具时，首先要根据生产批量、零件图样及零件的技术要求进行工艺性分析，从而确定其进行冲裁加工的可能性和加工的难易程度。影响冲裁件工艺性的因素很多，但从技术和经济方面考虑，冲裁件的工艺性主要有以下要求：(1)冲裁件上应避免过长的悬壁和窄长槽，一般B2t，长度L最大为5b。但在实际工作中，为了方便维修，B不得小于3-4mm。冲裁件工艺性分析冲裁件上孔

15、间距、孔边距不能过小，以免影响凹模强度和冲裁质量。理论上要求b=2t，并不得小于3-4mm。但在实际工作中，根据料厚、材质、产量的不同，为了增强模具强度，b值应该取得更大，尤其是对左上图的长孔。最好b值大于或等于10mm。冲裁件工艺性分析(3)冲裁件的外形或内孔的转角处应避免尖角，而采用适当圆角过渡，以减少热处理的应力集中及冲裁时的破裂现象，如无特殊要求，在各直线或曲线的连接处，应有R0.5t的过渡圆角。()对于冲孔件，孔的尺寸不宜于太小，以免凸模在冲裁时折断，其数值与孔的形状、材料的力学性能、材料的厚度等有关，冲裁模的冲孔最小孔径一般应大于材料厚度，冲孔的最小尺寸见下表：冲裁件工艺性分析(3

16、)在拉深件上冲孔时，要求L1r1+2t，L2r2+2t；在弯曲件上冲孔或冲孔后弯曲时，要求L3r3+1.5t。冲裁件的尺寸精度和表面粗糙度普通冲裁件，尺寸精度一般为IT10-IT12级，采用复合模精度较高，可达IT8-IT9级，表面粗糙度低于6.3um，冲孔精度比落料精度高一级。一般冲裁件内、外形所能达到的经济精度、两孔中心距公差、孔中心与边缘距离尺寸公差、冲裁件的角度偏差以及剪切面的近似表面粗糙度值见下表：冲裁件的尺寸精度和表面粗糙度冲裁件的尺寸精度和表面粗糙度冲裁件的角度偏差合理冲裁间隙的计算与选择n确定冲裁模具间隙，目前的方法有公式法、经验法和查表法，目前在工厂广泛使用的是经验法和查表法

17、。一、经验法：冲裁间隙的确定可以采用经验公式来计算 Z=mt式中： t 材料厚度； m 系数，与材料性能及厚度有关。具体见下表：m(当t3mm时)m(当t3mm时)m(当t3mm时)m(当t3mm时)软钢、纯铁6%-8%15%-19%硬钢8%-12%17%-25%铜、铝合金6%-10%16%-21%合理冲裁间隙的计算与选择二、查表法：查表法是工厂设计模具时普遍采用方法之一。在冲压手册中，应掌握的常用间隙表有以下两种，对于尺寸精度、断面质量要求较高的工件应选用较小间隙，对于尺寸精度要求不高的工作，可采用大间隙。表表2-8汽车拖拉机行业常用冲裁间隙值汽车拖拉机行业常用冲裁间隙值Z材料厚度08、10

18、、35、09Mn、Q23516Mn40、5065MnZminZmaxZminZmaxZminZmaxZminZmax小于0.5极 小 间 隙0.50.60.70.80.91.01.21.51.752.02.12.52.753.03.54.04.55.56.06.58.00.0400.0480.0640.0720.0900.1000.1260.1320.2200.2460.2600.3600.4000.4600.5400.6400.7200.9401.0800.0600.0720.0920.1040.1260.1400.1800.2400.3200.3600.3800.5000.5600.640

19、0.7400.8801.0001.2801.4400.0400.0480.0640.0720.0900.1000.1320.1700.2200.2600.2800.3800.4200.4800.5800.6800.6800.7800.8400.9401.2000.0600.0720.0900.1040.1260.1400.1800.2400.3200.3800.4000.5400.6000.6600.7800.9200.9601.1001.2001.3001.6800.0400.0480.0640.0720.0900.1000.1320.1700.2200.2600.2800.3800.420

20、0.4800.5800.6800.7800.9801.1400.0600.0720.0920.1040.1260.1400.1800.2300.3200.3800.4000.5400.6000.6600.7800.9201.0401.3201.5000.0400.0480.0640.0640.0900.0900.0600.0720.0920.0920.1260.126凸模与凹模刃口尺寸的确定凸模与凹模刃口尺寸和公差，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。一、凸、凹模刃口尺寸计算原则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，

21、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。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。所以凸、凹模刃口尺寸计算原则：1.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。2.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作孔的最大极限尺寸。3.冲裁间隙一般选用最小合理间隙值，凸模与凹模刃口

22、尺寸的确定二、什么是配合加工，什么是分开加工，分开加工必须满足什么条件？1.配合加工就是先按图样设计尺寸加工好凸模或凹模中的一件作为基准件，然后根据基准件的实际尺寸按间隙要求配作另一件的方法，这种加工方法的特点是模具间隙由配作来保证。加工后，凸模与凹模必须对号入座，不能互换，一般情况下设计过程，落料件以凹模为基准，冲孔件以凸模为基准，作为基准的模具零件图纸上标注尺寸及公差，在相配的非基准的模具零件图纸上标注相同的基本尺寸，但不标注公差，在技术说明非基准的模具零件要按作为基准的模具零件的实际尺寸配作，保证间隙值为Zmin和Zmax范围之内。2.分模加工就是分别规定凸模和凹模的尺寸和公差，分别进行

23、制造。用分开加工的凸模、凹模具有互换性，制造周期短，便于成批制造，采用分开加工必须满足下列条件：P + DZmax-Zmin式中 Zmax最大冲裁间隙 Zmax最大冲裁间隙 P 、D凸模、凹模的制造公差凸模与凹模刃口尺寸的确定 凸模公差取下偏差(相当于基准的公差带位置)，凹模取上偏差(相当于基准孔的公差带位置)，一般可按零件公差1/4-1/3来选取，对于规则简单形状，可查下表： 简单形状冲裁时凸、凹模的制造公差基本尺寸凸模公差凹模公差基本尺寸凸模公差凹模公差180.0200.020180-2600.0300.04518-300.0200.025260-3600.0350.05030-800.0

24、200.030360-5000.0400.06080-1200.0250.0355000.0500.070120-1800.0300.040凸模与凹模刃口尺寸的确定 3.分开加工凸模、凹模刃口尺寸计算根据尺寸计算的原则，冲裁件凸模、凹模工作部分尺寸的确定：对于落料件：对于冲孔： 式中 Dp，Dd落料凸模、凹模的基本尺寸 dp，dd冲孔凸模、凹模的基本尺寸 Dmax落料件的最大极限尺寸； Dmin冲孔件的最小极限尺寸 冲裁件公差 T、A凸、凹模制造公差 X磨损系数，其数值可查下表AxDDA0max0minmax0minTTZxDZDDAT0minTxddTAAZxdZddTA0minmin0min凸模与凹模刃口尺寸的确定对孔中心距孔心距属于磨损后基本不变的尺寸。 在同一工步中，在工件上冲出孔距为 L 两个孔时，其凹模型孔中心距 可按下式确定。=L dL81 为了保证可能的初始间隙不超过Zmax，即|T|+ |A|+ZminZmax，必须满足以下条件： |T|+ |A| Zmax-Zmin