冲压模具设计

1、11了解了解冲裁变形规律、冲裁件质量及冲裁变形规律、冲裁件质量及影响因素；影响因素；学习目的与要求学习目的与要求：2掌握掌握冲裁模冲裁模间隙间隙确定、确定、刃口尺寸计刃口尺寸计算算、排样设计排样设计、冲裁力计算冲裁力计算等设计计等设计计算方法。算方法。第二章第二章 冲裁冲裁 ( (Blanking) )21 1冲裁冲裁变形规律变形规律及冲裁件及冲裁件质量影响因素质量影响因素；重点重点：难点难点：1冲裁变形冲裁变形规律规律及冲裁件质量及冲裁件质量影响影响因素；因素；2 2刃口尺寸计算刃口尺寸计算原则和方法；原则和方法；3 3冲裁冲裁力力的计算。的计算。2刃口尺寸刃口尺寸计算计算原则和方法；原则和

2、方法；3主要内容主要内容2-1 冲裁变形过程分析 2-2 冲裁间隙2-3 冲裁模刃口尺寸的计算2-4 冲裁工艺力2-5 排样与材料的经济利用4落料落料：冲裁的目是得到一定形状和尺寸的：冲裁的目是得到一定形状和尺寸的外形轮廓外形轮廓。 冲裁冲裁是是最基本最基本的冲压工序。的冲压工序。定义：冲孔冲孔：一定形状和尺寸的：一定形状和尺寸的孔孔( punching；piercing ) 。工序：使冲裁件沿封闭曲线使冲裁件沿封闭曲线分离分离的工序的工序。引言5分类分类:冲裁模冲裁模：冲裁所使用的模具叫冲裁模，它是冲裁过程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。必不可少的工艺装备。凸、凹模

3、刃口锋利，凸、凹模刃口锋利，间隙小。间隙小。普通冲裁、精密冲裁本章重点是普通冲裁6一、剪切区力态分析一、剪切区力态分析（一）剪切区（一）剪切区力力分析：分析：凸凸模模对对坯料坯料作用力：作用力：PP ，FP ；PP ，FP2-1冲裁变形过程分析 凹凹模模对对坯料坯料作用力：作用力：Pd ，Fd ；Pd ，Fd凸、凹模间隙存在，产生凸、凹模间隙存在，产生弯矩弯矩。 7（二）剪切区（二）剪切区应力应力状态分析：状态分析：BA, DE （E点的静水压应力最低点的静水压应力最低）凸模刃口附近的静水压应力比凹模刃凸模刃口附近的静水压应力比凹模刃口附近的高口附近的高 刃口端面静水压应力高于侧面刃口端面静水

4、压应力高于侧面日本学者日本学者岩田一明岩田一明用有限元计算的用有限元计算的应力分布基本相符应力分布基本相符3轴向（板厚方向）轴向（板厚方向） 1径向径向 2切向切向在弹塑性力学中，常假设静水压力作用下，应变与应在弹塑性力学中，常假设静水压力作用下，应变与应力服从弹性规律，并且不影响屈服。于是很自然地将力服从弹性规律，并且不影响屈服。于是很自然地将应力分量分成两部分，一部分是平均正应力，或称静应力分量分成两部分，一部分是平均正应力，或称静水压力，另一部分称为偏量应力张量水压力，另一部分称为偏量应力张量8二、冲裁变形过程二、冲裁变形过程(一）一）弹性弹性变形阶段：变形阶段： 凸模压力凸模压力P小，

5、小， S ，弯曲和拉伸变形，弯曲和拉伸变形（三）（三）断裂分离断裂分离阶段：阶段： 凸模压入，裂纹向内部扩展，直到断裂凸模压入，裂纹向内部扩展，直到断裂 间隙正常、刃口锋利情况下，冲裁变形过程可分间隙正常、刃口锋利情况下，冲裁变形过程可分为三个阶段：为三个阶段： （二）（二）塑性塑性变形分阶段：变形分阶段： 凸模压力凸模压力P增大，增大， S ，塑性剪切，塑性剪切 材料硬化，材料硬化，b ，产生微裂纹，产生微裂纹910三、冲裁三、冲裁断面特征断面特征断裂断裂带带：裂纹；斜度裂纹；斜度光亮光亮带带：塑变、侧面挤压塑变、侧面挤压大小：材料性质大小：材料性质 、C、刃口状态、刃口状态毛刺毛刺带带：伴

6、随着裂纹出现而产生伴随着裂纹出现而产生大小大小C、刃口状态、材料性质、刃口状态、材料性质圆角圆角带（塌角）带（塌角）：刃口附近材料弯刃口附近材料弯曲拉伸，大小与材料塑性、间隙曲拉伸，大小与材料塑性、间隙C有有关关各特征区在断面上所占比例：各特征区在断面上所占比例：随材料性质、随材料性质、t、c、模具结构、模具结构、刃口状态不同而变化刃口状态不同而变化11冲裁区应力、变形和冲裁件正常的断面状况冲裁区应力、变形和冲裁件正常的断面状况a a）冲孔件）冲孔件 b b）落料件）落料件 122-2 冲裁间隙定义：单边定义：单边C=（D-d）/2 13冲裁件质量：冲裁件质量：垂直、垂直、光洁、光洁、毛刺小毛

7、刺小 图纸规定图纸规定的公差范的公差范围内围内 外形满足图纸外形满足图纸要求；表面平要求；表面平直，即拱弯小直，即拱弯小指断面状况断面状况、尺寸精度尺寸精度和形状误差形状误差。一、间隙对一、间隙对冲裁件质量冲裁件质量的影响的影响（一）间隙（一）间隙C对对断面质量断面质量的影响：的影响： 合适的间隙裂纹重合，光亮带大，塌角 、毛刺、撕裂带小。C小小平整，断面垂直；二次剪切平整，断面垂直；二次剪切两个光亮带。两个光亮带。C大大拉应力大，易产生裂纹，断面不垂直。拉应力大，易产生裂纹，断面不垂直。1415（二）（二）C对对尺寸精度尺寸精度的影响：的影响：C大大拉伸变形大：拉伸变形大： 落料件落料件尺寸

8、变小尺寸变小 冲孔件冲孔件尺寸变大尺寸变大 （三）（三）C对对形状误差形状误差（弯曲度弯曲度）的影响：）的影响：C大大弯曲严重弯曲严重C小小侧向挤压变形大：落料件侧向挤压变形大：落料件尺寸变大尺寸变大 冲孔件冲孔件尺寸尺寸变小变小翘曲翘曲： 冲裁件呈曲面不平现象。它是由于冲裁件呈曲面不平现象。它是由于间隙过大间隙过大、弯、弯矩增大、变形拉伸和弯曲成分增多而造成的，另矩增大、变形拉伸和弯曲成分增多而造成的，另外材料的各向异性和卷料未矫正也会产生翘曲。外材料的各向异性和卷料未矫正也会产生翘曲。扭曲扭曲： 冲裁件呈扭歪现象。它是冲裁件呈扭歪现象。它是由于由于材料的不平、间隙材料的不平、间隙不均匀、凹

9、模后角对材料摩擦不均匀等造成的。不均匀、凹模后角对材料摩擦不均匀等造成的。变形变形：由于坯料的边缘冲孔或孔距太小等原因，因胀形由于坯料的边缘冲孔或孔距太小等原因，因胀形而产生的。而产生的。冲裁件的冲裁件的形状误差形状误差： 指指翘曲翘曲、扭曲扭曲、变形变形等缺陷。等缺陷。16二、间隙对二、间隙对模具寿命模具寿命的影响的影响 （一）（一）冲裁模的冲裁模的失效失效形式形式： 刃口磨损、压塌、崩刃、凸刃口磨损、压塌、崩刃、凸模折断、凹模涨裂模折断、凹模涨裂 （二）（二）模具寿命模具寿命： （冲出合格品的次数）（冲出合格品的次数） 两次刃磨间寿命两次刃磨间寿命 全部磨损后的总寿命全部磨损后的总寿命刃口

10、磨损情况的变化17（三）（三）间隙对模具寿命的影响间隙对模具寿命的影响：单位高压、塑性流动和滑动单位高压、塑性流动和滑动 端面、侧面端面、侧面滑滑动磨损、粘着磨损动磨损、粘着磨损C C小小：挤压作用强，：挤压作用强，F、P 大；大；F,P 大大磨损磨损 光亮带大，刃口与材料磨擦距离长光亮带大，刃口与材料磨擦距离长磨损增加磨损增加 凸凸模模端端面磨损低于面磨损低于凹凹模模端端面（滑动受阻），凸模面（滑动受阻），凸模侧面磨损最大侧面磨损最大 适当放大适当放大C，寿命寿命三、三、间隙对冲裁力的影响间隙对冲裁力的影响 C C小小挤压作用强，材料变形抗力大；冲裁力大；挤压作用强，材料变形抗力大；冲裁力大

11、；顶、推、卸料力大顶、推、卸料力大 其它提高模具寿命的方法：其它提高模具寿命的方法：增加增加凸模的硬度；凸模的硬度；提高提高刃口表面粗糙度；刃口表面粗糙度；增设增设压料板；压料板；提高提高模具导向模具导向精度和装配精度；精度和装配精度；改善改善润滑条件等。润滑条件等。 18四、四、合理间隙合理间隙的确定的确定Cmin C 0.02（不能满足间隙公差条件）因此，只有缩小，提高制造精度，才能保证间隙在合理范围内，由此可取： =0.80.01=0.008mm =1.20.01=0.012mm落料：mmmmxDDdd025. 00025. 000max69.35)62. 05 . 036(mmmmCD

12、Dpdp0016. 00016. 00min65.35)04. 069.35(pminmax8 . 0CCdminmax2 . 1CC故：mmDd012. 0069.35mmDp0008. 065.3533例题例题2 2 如图如图2-17（a）所示垫圈，材料为）所示垫圈，材料为40钢，料厚钢，料厚t6mmmm。试确定凸、凹模刃口尺寸及制造公差。试确定凸、凹模刃口尺寸及制造公差。34 制件形状比较复杂，凹模与凸模采用配合加工 。制件系落料冲成，设计模具时凹模为基准，其刃口尺寸如图2-17（b）所示。凹模刃口磨损后，尺寸变化有3种情况，按表2.3.2中的公式分别计算：（1）磨损后变大的尺寸磨损后变

13、大的尺寸 A1凹、A2凹 由表2.3.1：查得： x1=0.5 x2=0.5 A1d =(A1-x11) 0+1d =（200-0.51.15 ）0+1.15/4 =199.430+0.29 A2d =(A2-x22) 0+2d =（120-0.50.87 ）0+0.87/4 =119.570+0.22 （2 ）磨损后变小的尺寸磨损后变小的尺寸B凹 由表2.3.1查得：x=0.5 Bd= (B+x) 0-d =(60+0.50.74) 0-0.74/4 =60.370-0.19 （3）磨损后不变的尺寸磨损后不变的尺寸C凹 CdC+d=60+1/80.74=60+0.09解： 凸模与凹模配作，保

14、证凸模与凹模配作，保证 CminCmax.35一、冲裁力的计算一、冲裁力的计算P=KLt Ltb K=1.3二、降低冲裁力的方法二、降低冲裁力的方法（一）（一）加加热热4 冲裁工艺力目的：选冲压设备、设计模具 把材料加热后冲裁，可以大大降低其抗剪强度。将把材料加热后冲裁，可以大大降低其抗剪强度。将材料加热到材料加热到700900 ，冲裁力只有常温时的，冲裁力只有常温时的1/3，甚至更小。甚至更小。 加热冲裁的加热冲裁的优点优点是冲裁力降低显著；是冲裁力降低显著； 缺点缺点是断面质量较差是断面质量较差(圆角大，有毛刺圆角大，有毛刺)，精度低，冲裁，精度低，冲裁件上会产生氧化皮，加热冲裁时劳动条件

15、也差，只用于件上会产生氧化皮，加热冲裁时劳动条件也差，只用于精度要求不高的厚料冲裁。精度要求不高的厚料冲裁。36（二）（二）阶梯阶梯布置凸模布置凸模优点优点不但可降低冲裁力，不但可降低冲裁力，而且还能适当减少振动，工件而且还能适当减少振动，工件精度不受影响，可避免与大凸精度不受影响，可避免与大凸模相距甚近的小凸模的倾斜或模相距甚近的小凸模的倾斜或折断折断(当所有凸模等高时，与当所有凸模等高时，与大凸模接近的小凸模在冲孔时大凸模接近的小凸模在冲孔时受大凸模冲裁所引起的材料流受大凸模冲裁所引起的材料流动的影响，很易使小凸模倾斜动的影响，很易使小凸模倾斜或折断或折断)。缺点缺点是修磨刃口也较麻烦。是

16、修磨刃口也较麻烦。阶梯冲裁主要用于多个凸模而阶梯冲裁主要用于多个凸模而其位置又较对称的模具。其位置又较对称的模具。各凸模间的高度相差量与板料各凸模间的高度相差量与板料厚度有关。对于薄料，取厚度有关。对于薄料，取h=t；对于厚料对于厚料(t3mm)，取，取h=0.5t。各层凸模的布置要尽量对称，各层凸模的布置要尽量对称，使模具受力平衡。使模具受力平衡。37刃口倾斜程度刃口倾斜程度H愈大，冲裁力愈小，但凸模需进入凹模愈深，愈大，冲裁力愈小，但凸模需进入凹模愈深，板料的弯曲较严重，所以一般取板料的弯曲较严重，所以一般取H值为：值为：t3mm时，时，H=2t；t=310mm时，时，H=t。优点优点：压

17、力机能在柔和条件下工作，当冲裁件很大时，降：压力机能在柔和条件下工作，当冲裁件很大时，降低冲裁力很显著。低冲裁力很显著。缺点缺点：模具制造难度提高，刃口修磨困难，有些情况模具：模具制造难度提高，刃口修磨困难，有些情况模具刃口形状还要修正。冲裁时，废料的弯曲在一定程度上总刃口形状还要修正。冲裁时，废料的弯曲在一定程度上总是影响冲裁件的弯曲，这一点在冲裁厚料时更严重。是影响冲裁件的弯曲，这一点在冲裁厚料时更严重。适用适用于形状简单、精度要求不高、料不太厚的大件冲裁。于形状简单、精度要求不高、料不太厚的大件冲裁。（三）（三）斜斜刃口模具冲裁刃口模具冲裁 落料落料凸模做成平刃口凸模做成平刃口冲孔冲孔凹

18、模做成平刃口凹模做成平刃口38三、三、顶顶、推、推、卸料力卸料力 图图2-20Pd=KdPPt=Kt.PnPX=KXP Kd、Kt、KX 表2-10160316392-5 排样与材料的经济利用一、材料的经济利用一、材料的经济利用材料的利用率 =%1000AA排样排样：指冲裁件在：指冲裁件在条料上的排列形式条料上的排列形式 A0 ：零件面积；A：工件面积与废料面积（工艺废料、结构废料）之和40二、排样方法二、排样方法 （一）有废料排样法（二）少废料排样法（三）无废料排样法 41三、搭边三、搭边定义：排样时，工件之间及工件与条料侧边之间的余料。作用： 影响搭边大小的因素： 搭边的经验数值：表2-12。1.补偿定位误差； 2.保持条料有一定刚度；3.保护模具刃口。1.材料力学性能； 2.工件形状尺寸；3.材料厚度；4.送料挡料方式。42THE END43落落料料冲冲孔孔复复合合模模1-下模板 2-卸料螺钉 3-导柱 4-固定板 5-橡胶 6-导料销 7-落料凹模 8-推件块 9-固定板 10-导套 11-垫板 12、20-销钉 13-上模板 14-模柄 15-打杆 16、21-螺钉 17-冲孔凸模 18-凸凹模 19-卸料板 22-挡料销 444546474849如图2.4.3所示的落料件，其中三、例2d = 220.14mm板料厚度t=1mm，材料为10号钢。试计算冲裁件的凸模、