冲裁工艺设计基础教材

1、南阳理工学院模具设计与制造南阳理工学院模具设计与制造 一. 冲裁工艺概述 l冲裁工艺概念 指利用装在压力机上的模具使板料沿着一定的轮廓形状产生分离的一种冲压工艺。 它可以直接冲出所需形状的零件，也可为弯曲、拉深等成形工序制备毛坯。*南阳理工学院模具设计与制造冲裁加工冲裁加工示意图1凸模；2凹模 冲裁加工必须使用模具。图中1为凸模，2为凹模，凸模端部及凹模洞口边缘的轮廓形状与工件形状对应，并有锋利的刃口。凸模刃口轮廓尺寸略小于凹模，其差值称为冲裁间隙。冲裁过程：板料放在凹模平面上，在压力机滑块连同凸模一起向下运动将凸模推入凹模的过程中，就会对板料实行剪切，将所需形状的工件从板料上分离下来。南阳理

2、工学院模具设计与制造 一. 冲裁工艺概述 l冲裁工艺分类 落料冲孔切边 切口 落料和冲孔有何不同？落料、冲孔工序应用最多。南阳理工学院模具设计与制造落料和冲孔的区别：o 落料是从板料上冲下所需形状的工件（或毛坯）；o 冲孔是在工件上冲出所需形状的孔。南阳理工学院模具设计与制造 二. 冲裁变形过程 l弹性变形阶段l塑性变形阶段l断裂阶段*南阳理工学院模具设计与制造 三.冲裁件的断面特征 l断面特征：4个u光亮带 u断裂带 u毛刺区 断面粗糙、有斜度（46）；所占比例，冲件质量；模具间隙，断裂带，模具寿命。断面光亮、垂直，通常占全断面的1/21/3；所占比例，冲件质量；模具间隙，光亮带，但模具寿命

3、。u圆角带（塌角区）：弹性变形时，刃口附件的板料被牵连，产生弯曲和拉深变形而形成的，是塑性变形时定形。毛刺，冲件质量；刃口钝、间隙不均匀、间隙大，毛刺*南阳理工学院模具设计与制造 三.冲裁件的断面特征 一块板料冲后形成的冲孔、落料件断面特征关系？南阳理工学院模具设计与制造四.冲裁件的工艺性l冲裁件的结构工艺性 u形状力求简单、规则，利于选取少废料、无废料排样。 冲裁件的结构、形状、尺寸和精度等，对冲裁工艺的适应性称为冲裁件的工艺性。南阳理工学院模具设计与制造四.冲裁件的工艺性u内、外形转角处避免尖角 尖角会给模具加工、热处理带来困难和危害，模具使用中也容易损坏。 冲裁件的最小过渡圆角半径冲裁件

4、的最小过渡圆角半径rmin零件种类黄铜、纯铜、铝合金钢软钢备注落料90 900.18t0.35t0.35t0.70t0.25t0.50t 0.25mm 0.50mm冲孔90900.20t0.40t0.45t0.90t0.30t0.60t 0.30mm 6mm南阳理工学院模具设计与制造四.冲裁件的工艺性强调：特殊之处! 少废料、无废料排样或镶拼模具结构时，必须 采尖角。南阳理工学院模具设计与制造四.冲裁件的工艺性u避免过长的悬壁与狭槽 目的：降低模具制造难度，增加模具强度。允许的悬壁与狭槽尺寸：有色金属和低碳钢板料： 宽度b1.5t，深度h5b。中、高碳钢钢板：b2t南阳理工学院模具设计与制造四

5、.冲裁件的工艺性u孔间距、孔边距不能太小 目的：增加模具强度。允许的孔间距、孔边距尺寸：矩形孔：c、c 1.5t；圆形孔：c、ct。在弯曲和拉深件上冲孔时 南阳理工学院模具设计与制造四.冲裁件的工艺性u冲孔时，孔径不能太小。 不带保护套凸模冲孔的最小孔径 南阳理工学院模具设计与制造四.冲裁件的工艺性带保护套凸模冲孔的最小孔径 可稍小一些 南阳理工学院模具设计与制造l冲裁件尺寸精度和表面粗糙度四.冲裁件的工艺性u尺寸精度金属冲裁件经济精度不低于IT11级。 非金属冲裁件经济精度不低于IT14级。 南阳理工学院模具设计与制造l冲裁件尺寸精度和表面粗糙度四.冲裁件的工艺性u表面粗糙度南阳理工学院模具

6、设计与制造l冲裁件的尺寸标注四.冲裁件的工艺性原则：符合冲压工艺要求标注不合理：两孔位置尺寸会随模具磨损而增大，孔心距误差会随模具的磨损而增大。合理南阳理工学院2-3 排样设计 南阳理工学院模具设计与制造排样设计：指冲裁件在条料、带料或板料上的布置方式 2-3 排样设计 *南阳理工学院模具设计与制造一. 排样设计原则 1 排样设计原则在不影响零件性能的前提下，尽可能提高材料利用率。 （1）提高材料利用率纵裁：沿板料长度方向剪裁，得到条料较长，降低劳动强度；优先采用。横裁：沿板料宽度方向剪裁。南阳理工学院模具设计与制造一. 排样设计原则（2）改善操作性 工人操作方便、安全，劳动强度低，换条料和翻

7、动条料次数少。 工件宽、厚时，选用哪种排样形式？ 工件窄、薄时，选用哪种排样形式？南阳理工学院模具设计与制造一. 排样设计原则 （3）使模具结构简单、合理 （4）保证冲裁件质量 冲裁件断面质量（要搭边）弯曲件纤维方向一次冲两个，模具结构复杂，凹模璧薄，寿命低。南阳理工学院模具设计与制造一. 排样设计 条料在板料中的布置、裁剪形式： 尽量采用纵裁（减少裁板次数和换条料次数）。在以下情况时，采用横裁： 条料太重，超过12kg时； 横裁的材料利用率明显高于纵裁时； 纵裁不能满足弯曲件坯料对纤维方向要求时。南阳理工学院模具设计与制造2 排样的分类 u有废料排样：材料利用率低，冲裁件断面质量最好 一.

8、排样设计原则 u少废料排样：材料利用率中等，冲裁件断面质量稍差u无废料排样：材料利用率最高，冲裁件断面质量最差南阳理工学院模具设计与制造一. 排样设计原则 3 排样的形式见书表2-9南阳理工学院模具设计与制造二. 排样设计 1 搭边 冲裁件之间、冲裁件与条料侧边之间的工艺废料称为搭边。u概念：南阳理工学院模具设计与制造二. 排样设计 补偿送料和定位误差，避免制件缺 角、缺边。l搭边u搭边作用：保证条料有一定刚性，便于送料。提高冲裁件断面质量使凸、凹模受力均衡，减少磨损，延长寿命。南阳理工学院模具设计与制造二. 排样设计 u搭边取值：经验取值南阳理工学院模具设计与制造二. 排样设计 2 送料进距

9、（A） u概念： 模具每冲裁一次，条料在模具上前进的距离称为送料进距。u送料进距的计算：当单个进距内只冲裁一个零件时1ADa注：D为送料方向上冲裁件的最大宽度，mm南阳理工学院模具设计与制造二. 排样设计 0(2)BDa3 条料宽度（B）的确定 u有侧压装置时的条料宽度：0(2()BDacu无侧压装置时的条料宽度：式中：条料下料宽度公差 （表2-12选取）； c条料与导料板间隙 a搭边值南阳理工学院模具设计与制造二. 排样设计 南阳理工学院模具设计与制造%100%1000BAFFF%100BLFn一个步距内冲件的材料利用率：考虑料头、料尾消耗，计算板料总利用率：4 材料利用率不准确准确二. 排

10、样设计 南阳理工学院模具设计与制造5 排样图二. 排样设计 u排样图是排样设计的最终表达形式，是编制冲 裁工艺与设计冲裁模具的基础；u排样图应在冲裁模具装配图右上角画出。u排样图包含内容：条料宽度及偏差、送料进距、 搭边值，送料方向应和装配图中送料方向一致。 南阳理工学院模具设计与制造二. 排样设计 条料宽度及偏差；送料进距；搭边值；送料方向应和装配图中送料方向一致。排样图南阳理工学院模具设计与制造二. 排样设计 南阳理工学院2-4 冲裁工艺计算 一、冲裁间隙；二、凸、凹模刃口尺寸的计算；三、冲裁工序力的计算；四、压力中心的计算。 南阳理工学院模具设计与制造一. 冲裁间隙 l概念 冲裁间隙冲裁

11、间隙：指冲裁模具中凸、凹模刃口部分的尺寸之差，用“Z”表示。指双面间隙Z=D凹-d凸冲裁间隙是冲裁模设计的一个重要参数，多方面影响冲裁过程，设计中要综合考虑，合理选取。*南阳理工学院模具设计与制造一. 冲裁间隙 l冲裁间隙对冲裁过程的影响南阳理工学院模具设计与制造一. 冲裁间隙 l合理冲裁间隙的确定u合理冲裁间隙的概念 使模具寿命高、冲裁件质量好的冲裁间隙范围，称为合理冲裁间隙。 间隙范围的上限为最大合理间隙Zmax; 间隙范围的下限为最小合理间隙Zmin。注意：考虑到刃口磨损，设计制造新模具时，应选 用最小合理间隙Zmin，使用过程中Zmax 时，需修理模具。南阳理工学院模具设计与制造一.

12、冲裁间隙 经验确定法: Z=ct 软材料： t1mm，c=3%4% t1-3mm，c=5%8% t3-5mm，c=8%10% 硬材料： t1mm，c=4%5% t1-3mm，c=6%8% t3-5mm，c=8%13%注意：1、行业不同，经验公式及数值不同； 2、没经验时，取中间值。 3、经验公式及数值都不是准确数值，需经过具体生产 情况验证、修正后确定。确定合理冲裁间隙的方法南阳理工学院模具设计与制造一. 冲裁间隙 查表确定法南阳理工学院模具设计与制造二. 冲裁模刃口尺寸计算l刃口尺寸计算的原则u基准问题 落料件尺寸决定于凹模刃口尺寸，以凹模为基准； 冲孔件尺寸决定于凸模刃口尺寸，以凸模为基准

13、。南阳理工学院模具设计与制造二. 冲裁模刃口尺寸计算0(ddDDx ）u刃口磨损规律刃口磨损后：凹模刃口尺寸扩大， 凸模刃口尺寸减小。 为使模具有一定使用寿命，磨损到一定程度仍能冲出合格制件： 落料时凹模刃口尺寸接近制件尺寸的下限值； 冲孔时凸模刃口尺寸接近制件尺寸的上限值。0(ppddx ）南阳理工学院模具设计与制造二. 冲裁模刃口尺寸计算u凸、凹刃口制造公差凸、凹制造精度比冲裁件高23级，可参考下表南阳理工学院模具设计与制造二. 冲裁模刃口尺寸计算配作时，基准件公差按冲裁件公差的1/4 即：=/4凸、凹模制造公差: 凸模为轴类尺寸，公差为 凹模为孔类尺寸，公差为 中心距类尺寸公差为0.5南

14、阳理工学院模具设计与制造二. 冲裁模刃口尺寸计算0Dl凸、凹模刃口尺寸计算u冲裁件的公差标准规范 落料件为轴类尺寸，公差为 冲孔件为孔类尺寸，公差为 中心距类尺寸公差为0.5凸凹模刃口尺寸计算以冲裁件尺寸、公差为基础。0d南阳理工学院模具设计与制造u计算方法 互换加工法（分开加工法）落料时：冲裁件尺寸公差为 ，则： 基准件凹模计算公式为：0D非基准件凸模计算公式为：0min(pPDDxZ ）0(ddDDx ）二. 冲裁模刃口尺寸计算南阳理工学院模具设计与制造二. 冲裁模刃口尺寸计算南阳理工学院模具设计与制造互换加工法（分开加工法）冲孔时：冲裁件尺寸公差为 ，则： 基准件凸模计算公式为：非基准件

15、凹模计算公式为：0d0(ppddx ）min 0(ddddxZ ）二. 冲裁模刃口尺寸计算南阳理工学院模具设计与制造二. 冲裁模刃口尺寸计算注意： 为保证初始间隙值小于最大合理间隙，必须满足下列条件： pdZmaxZmin 若不满足，应提高制造精度，以减小p、d值，取：p0.4（ZmaxZmin） d0.6（ZmaxZmin） 南阳理工学院模具设计与制造二. 冲裁模刃口尺寸计算同时加工，不分先后顺序；装配简单；凸、凹模加工精度高，加工难度大，成本高。互换加工法特点：互换加工法适用场合：单套模具的大批量生产；圆形和形状规则的零件。南阳理工学院模具设计与制造配合加工法 先作基准件，然后以基准件实际

16、尺寸来配作非基准件，保证Zmin的方法。0D 非基准件凸模按凹模的实际尺寸实际尺寸配制，保证最小冲裁间隙Zmin。0(ddDDx ）二. 冲裁模刃口尺寸计算落料：冲裁件尺寸公差为 ，则： 基准件为凹模，计算公式为：南阳理工学院模具设计与制造冲孔时：冲裁件尺寸公差为 ，则： 基准件为凸模，计算公式为：0d0(ppddx ）二. 冲裁模刃口尺寸计算 非基准件凹模按凸模的实际尺寸实际尺寸配制，保证最小冲裁间隙Zmin。南阳理工学院模具设计与制造复杂冲裁件凸、凹模刃口尺寸计算二. 冲裁模刃口尺寸计算如图冲裁件为落料件，基准件为凹模。南阳理工学院模具设计与制造二. 冲裁模刃口尺寸计算0.25max0()

17、jAAx 0A0B配作关系：非基准件按基准件实际尺寸实际尺寸配制，保证最小 冲裁间隙Zmin。复杂形状凸、凹模刃口存在三种不同类型的尺寸： 随磨损增大的尺寸，设工件尺寸为 ： 随磨损减小的尺寸，设工件尺寸为 ： 随磨损不变的尺寸，设工件尺寸为 ： 0.125jCC南阳理工学院模具设计与制造二. 冲裁模刃口尺寸计算如何判断基准件刃口尺寸类型呢？引入“磨损图”概念南阳理工学院模具设计与制造二. 冲裁模刃口尺寸计算冲裁图1工件内形，基准件为凸模，凸模磨损图如图2所示 南阳理工学院模具设计与制造二. 冲裁模刃口尺寸计算例1：计算如图所示冲裁件的凸模、凹模刃口尺寸及制 造公差。料厚t=1mm，材料为10

18、号钢，尺寸如下：0000.420.340.3400.1280,40,35220.14,15amm bmm cmmdmm emm解：分为5个步骤。 确定基准件：此工件为落料 件 ， 以 凹 模 为 基 准 件 。 画出基准件磨损图：凹模刃口 磨 损 情 况 如 图 所 示 。南阳理工学院模具设计与制造二. 冲裁模刃口尺寸计算对基准件尺寸进行分类计算： 根据凹模刃口的磨损情况，其尺寸变化可分为三类： 凹模刃口磨损后，尺寸a、b、c增大，按落料凹模 类A尺寸处理。查表2.15 ，得： 尺寸80mm，选x=0.5； 尺寸15mm，选x=1； 尺寸40、35mm，选x=0.75。取：0.250.1050

19、0.08500.085079.7939.7534.75abc+0.25+0.25 0.42凹max00+0.25+0.25 0.34凹max00+0.25+0.25 0.34凹max00=(a-x )=(80-0.5 0.42)=(b-x )=(40-0.75 0.34)=(c-x )=(35-0.75 0.34)南阳理工学院模具设计与制造二. 冲裁模刃口尺寸计算0.280000.070220.14 21.8622.07dd0凹min-0.25-0.25 0.28=(d+x )=(21.86+0.75 0.28) 凹模刃口磨损后，尺寸d减小，按冲孔凸模类B尺寸 处理。查表2.15 ，得：尺寸2

20、2mm，选x=0.75；0.121514.940.060.125 0.1214.940.015ee0凹=e0.125 =14.96 凹模刃口磨损后，尺寸e不变，按中心距类C尺寸处理。南阳理工学院模具设计与制造二. 冲裁模刃口尺寸计算选取最小冲裁间隙 查表2.13，取Zmin0.13mm注明配制关系 凸模刃口尺寸按凹模刃口的实际尺寸配制， 保证最小冲裁间隙为0.13mm。南阳理工学院模具设计与制造二. 冲裁模刃口尺寸计算注意：非基准件基本尺寸与基准件相同，不必标注 公差，在技术要求中注明配作关系即可南阳理工学院模具设计与制造二. 冲裁模刃口尺寸计算例2、冲裁如图a所示制件，材料为Q235A，料厚

21、4mm， 试用配制法确定冲孔模的刃口尺寸及制造公差。解：确定基准件：此冲裁模为冲孔模，以凸模为基准件。 画出基准件的磨损图：凸模刃口磨损情况如图b所示.南阳理工学院模具设计与制造二. 冲裁模刃口尺寸计算对基准件的尺寸进行分类（A、B、C三类）计算:根据凸模刃口磨损情况，其尺寸变化可分为三类：凸模刃口磨损后，尺寸A增大，按落料凹模类尺寸 计算。 查表2.15，得：X0.5； 取：/4，则：4/74. 0074. 05 . 060）（A南阳理工学院模具设计与制造二. 冲裁模刃口尺寸计算凸模刃口磨损后，尺寸B1、B2减小，按冲孔凸模类尺寸 计算。 查表2.15，得：X1X20.5 取：/4，则：04

22、/15. 1115. 15 . 0200）（Bmm58. 029. 0029. 020058.20004/87. 0287. 05 . 0120）（Bmm44. 022. 0022. 012044.120 凸模刃口磨损后，尺寸C不变，按中心距类尺寸处理。mmC09. 0604/37. 060南阳理工学院模具设计与制造二. 冲裁模刃口尺寸计算 选取最小冲裁间隙 查表2.15，取Zmin0.50mm 注明配制关系 凹模刃口尺寸按凸模刃口实际尺寸配制，保证 最小冲裁间隙为0.50mm。南阳理工学院模具设计与制造三.冲裁工序力计算 l冲裁工序力：u冲裁力Fc：冲裁时需要的压力（板料厚度方向分离的剪切力

23、），最重要。u卸料力Fx从凸模上将零件或废料卸下来所需的力。u推件力Ft顺冲裁方向将零件或废料从凹模型腔中推出的力。u顶件力Fd逆冲裁方向将零件或废料从凹模型腔中顶出的力南阳理工学院模具设计与制造三.冲裁工序力计算 l冲裁力Fc：实为剪切力CFKAKLt式中: Fc冲裁力，N； k系数，常取k1.3； A冲裁断面面积，mm； 材料的抗剪强度，MPa； L冲裁断面的周长，mm； t材料厚度（即冲裁件的厚度），mm。 南阳理工学院模具设计与制造三.冲裁工序力计算 l卸料力Fx：式中: Fx卸料力，N； Fc冲裁力，N； kx卸料力系数，经验数值； xxcFK F指冲裁后，从凸模上将零件或废料卸下来

24、所需的力。南阳理工学院模具设计与制造三.冲裁工序力计算 l推件力Ft：式中: Ft推件力，N； Fc冲裁力，N； kt推件力系数，经验数值； n同时卡在凹模内的冲落部分制件 或废料的数量，n h / t； h凹模洞口的直刃壁高度，mm； t板料厚度，mm。 指顺冲裁方向将零件或废料从凹模型腔中推出的力。ttcFnK F南阳理工学院模具设计与制造三.冲裁工序力计算 l顶件力Fd：式中: Fd推件力，N； Fc冲裁力，N； kd推件力系数，经验数值； 指逆着冲裁方向将零件或废料从凹模型腔中推出的力。ddcFK F南阳理工学院模具设计与制造三.冲裁工序力计算 南阳理工学院模具设计与制造三.冲裁工序力

25、计算 l总冲裁工序力（F）的计算应根据冲裁模具的具体结构进行计算。 u采用弹压卸料装置和下出件时：cxtFFFF南阳理工学院模具设计与制造三.冲裁工序力计算 u采用弹压卸料装置和上出件时：cxdFFFF南阳理工学院模具设计与制造三.冲裁工序力计算 u采用刚性卸料装置和下出件时：ctFFF南阳理工学院模具设计与制造三.冲裁工序力计算 l冲裁模用压力机公称压力的选取：FP3 . 1冲裁模选择压力机的条件：南阳理工学院模具设计与制造四. 冲裁压力中心的计算 l冲裁压力中心：指冲裁力的合力作用点。 为避免冲裁中模具与压力机滑块产生偏斜及凸、凹模之间间隙不均匀，保证压力机和模具正常工作，须使冲裁模具的压

26、力中心和压力机滑块的中心线相重合。因此，设计模具时，须确定模具压力中心，并使之与模柄轴线重合。南阳理工学院模具设计与制造四. 冲裁压力中心的计算 l冲裁压力中心计算：u简单形状压力中心的计算直线的压力中心在中点；圆弧的压力中心计算： 如图所示，对任意角2：0(57.29/) sin2/57.29CRLR南阳理工学院模具设计与制造u单凸模压力中心的确定四. 冲裁压力中心的计算 图形对称的单凸模： 压力中心在图形几何中心上南阳理工学院模具设计与制造四. 冲裁压力中心的计算 图形不对称的单凸模： 根据“力矩定理”，用解析法确定压力中心。步骤： （1）按比例画出凸模刃口的轮廓形状； （2）建立坐标系（

27、应简化计算）。 （3）将凸模刃口轮廓线分为若干线段（直线或圆弧段） L1、L2Ln，计算各段长度代表各自的冲载力。 （4）确定凸模刃口各线段的压力中心位置及其坐标值 （X1，Y1）、（X2、Y2）（Xn、Yn）。南阳理工学院模具设计与制造四. 冲裁压力中心的计算 nnncLLLXLXLXLX212211nnncLLLYLYLYLY212211（5）根据力矩平衡原理，计算压力中心坐标（xc、yc）。南阳理工学院模具设计与制造四. 冲裁压力中心的计算 例题例题：确定如图所示落料凸模的压力中心位置 南阳理工学院模具设计与制造四. 冲裁压力中心的计算 解：（1）按比例画出凸模刃口的轮廓形状； （2）建

28、立坐标系。（3）将凸模刃口轮廓线分为若干线段或圆弧段L1、 L2L7。南阳理工学院模具设计与制造四. 冲裁压力中心的计算 （4）确定凸模刃口各段的压力中心位置及其坐标值 （X1，Y1）、（X2、Y2）（Xn、Yn）。计算数据表线 段 长 度压 力 中 心 坐 标XYL112.5L221.5L34L43.93L54L66L728010.7521.522.42628146.2512.510.56.9630南阳理工学院模具设计与制造四. 冲裁压力中心的计算 （5）计算凸模压力中心坐标（xc、yc）。3 .13286493. 345 .215 .1214285 .21475.105 .21cX7 .

29、5286493. 345 .215 .12365 .125 .2125. 65 .12cY南阳理工学院模具设计与制造u多凸模压力中心的确定四. 冲裁压力中心的计算 形状相同、分布对称的多凸模： 压力中心在图形对称中心上南阳理工学院模具设计与制造四. 冲裁压力中心的计算 形状不对称的多凸模：步骤： （1）按比例画出各凸模刃口的位置、轮廓形状； （2）建立坐标系（应简化计算）。 （3）计算各凸模周长、压力中心坐标值 L1（X1，Y1）、L2（X2、Y2）Ln（Xn、Yn）。 （4）计算压力中心坐标（Xc、Yc）nnncLLLXLXLXLX212211nnncLLLYLYLYLY212211南阳理工

30、学院模具设计与制造四. 冲裁压力中心的计算 例题：确定如图所示冲孔模的压力中心位置。 南阳理工学院模具设计与制造四. 冲裁压力中心的计算 解：（1）按比例画出各凸模刃口的位置、轮廓； （2）建立如图所示的坐标系。南阳理工学院模具设计与制造四. 冲裁压力中心的计算 （3）计算各凸模周长、压力中心坐标，填入表格。计 算 数 据 表 （mm）凸 模 名 称凸模刃口周长各凸模压力中心坐标XY凸模1d3.14X24=75.43020凸模2（70+10）X2=1604550凸模3（24+15）X2=786624合 计313.4南阳理工学院模具设计与制造四. 冲裁压力中心的计算 （4）计算总合力的压力中心坐

31、标南阳理工学院模具设计与制造四. 冲裁压力中心的计算 注意：注意：1、多凸模的压力中心也可以在一个坐标系里分解成多个 线段进行计算，但形状复杂时计算繁杂，易出错。2、所分解的各个凸模必须是独立的。（各自有一个完整 的外形轮廓）3、要利用力矩平衡的原理进行简化计算。如： 当一个凸模或者多凸模沿某一直线对称时，其压力中心必定在这条对称线上。因此只需计算压力中心的另一坐标即可。南阳理工学院模具设计与制造四. 冲裁压力中心的计算 多凸模冲裁时，如果几个凸模完全对称于X轴和Y轴， 则其力矩之和为零，其压力中心在坐标原点上。 如图所示，5个圆形冲孔凸模中有4个完全对称于坐标系XOY的原 点O，因此这4个圆

32、形凸模的压力中心必在原点O上。计算时，可 把5个圆形冲孔凸模分成两组，完全对称于坐标系XOY的原点O的 4个凸模一组，剩下的一个单独一组。南阳理工学院模具设计与制造四. 冲裁压力中心的计算 例题：确定如图所示冲孔落料复合模的压力中 心位置。 南阳理工学院模具设计与制造四. 冲裁压力中心的计算 解：（1）按比例画出各凸模刃口的位置、轮廓； （2）建立如图所示的坐标系。南阳理工学院模具设计与制造四. 冲裁压力中心的计算 （3）计算各凸模周长、压力中心坐标，填入表格。计 算 数 据 表 （mm）凸 模 名 称凸模刃口周长各凸模压力中心坐标XY落料凸模2（10074）3480044.5冲孔凸模44.5

33、56.50018冲孔凸模1856.53013合 计461南阳理工学院模具设计与制造四. 冲裁压力中心的计算 （4）计算总合力的压力中心坐标68. 3461305 .56cX59. 1461135 .56cY南阳理工学院模具设计与制造练习题 2、在材料为Q235、料厚2mm的钢板上，冲裁如图所示形状的孔，试用配制法确定冲孔模的凸、凹模刃口尺寸及制造公差。南阳理工学院模具设计与制造练习题 3、确定如图所示制件（厚度2mm）的冲裁模的压力中心位置。（规定坐标系为XOY）南阳理工学院模具设计与制造一. 弯曲工艺u弯曲弯曲和弯曲模弯曲模概念 弯曲弯曲是指把金属坯料弯成一定角度或形状的过程。 弯曲时所使用

34、的模具成为弯曲模。弯曲模。南阳理工学院模具设计与制造一. 弯曲工艺u弯曲方法 压弯压弯 折弯 滚弯 拉弯 本章介绍南阳理工学院模具设计与制造二. 弯曲变形过程u弯曲变形过程：以简单V形件为例弹性变形，R大，力矩小。R和l减小，弹塑性弯曲。力矩增大塑性弯曲，弯曲完成南阳理工学院模具设计与制造二. 弯曲变形过程u弯曲工序分类自由弯曲校正弯曲 弯曲结束时，凸模、凹模、毛坯三者相吻合，凸模不再下压。 当弯曲中，凸模、凹模、毛坯三者相吻合后，凸模继续下压，使毛坯产生进一步的塑性变形。 南阳理工学院模具设计与制造三. 弯曲变形分析 u采用网格法分析弯曲变形特点 弯曲变形区：长度变化外R处：伸长内r处：缩短

35、内有一层中性层：长度不变 弯曲圆角部分的正方形网格变成扇形，靠近圆角部分有少量的变形，其余直角部分网格保持原状。弯曲变形主要区域发生在弯曲圆角区。南阳理工学院模具设计与制造三. 弯曲变形分析 中性层长度计算公式xtr 式中：中性层弯曲半径，mm； r弯曲半径，mm； t材料厚度，mm； x中性层位移系数。南阳理工学院模具设计与制造三. 弯曲变形分析 u变形情况厚度变化内R由凸模压紧，基本不增厚； 外R拉长减薄变形区内厚度t长度变化由于厚度变薄，根据体积不变，长度略有增加。南阳理工学院模具设计与制造三. 弯曲变形分析 变形区横断面变化窄板（毛坯宽度与厚度之比毛坯宽度与厚度之比b/t3）弯曲时：宽

36、度方向变形不受约束，外侧受拉引起宽度方向收缩；内侧受压宽度方向增厚，总体结果是内宽外窄。宽板（毛坯宽度与厚度之比毛坯宽度与厚度之比b/t3）弯曲时：在宽度方向变形受到相邻金属限制，变形不明显。南阳理工学院模具设计与制造四. 弯曲件的结构工艺性 l材料要求：u最适宜弯曲的材料： 低碳钢（08、10）、紫铜、黄铜、软铝、1Cr18Ni9Ti不锈钢等。足够的塑性，较低的屈服极限 u较硬材料弯曲时，需增加工序改变性能： 先退火处理后弯曲，最后淬火。 加热后弯曲。南阳理工学院模具设计与制造四. 弯曲件的结构工艺性 l形状尺寸u弯曲件的形状：弯曲件形状一般应对称，对应r 相等。不对称，受力不平衡产生滑动，

37、影响工件精度。南阳理工学院模具设计与制造四. 弯曲件的结构工艺性 u最小弯曲半径 弯曲半径弯曲件弯曲部分的内角半径，用r表示。 最小弯曲半径弯曲件弯曲时外R处不弯裂的最小内角半径，用rmin表示。 南阳理工学院模具设计与制造四. 弯曲件的结构工艺性 最小弯曲半径的经验取值南阳理工学院模具设计与制造四. 弯曲件的结构工艺性 南阳理工学院模具设计与制造四. 弯曲件的结构工艺性 u弯曲件的直边高度 弯曲直边高度 直边高度的要求指弯曲件非变形区的直边的长度，用H表示。 H2t南阳理工学院模具设计与制造四. 弯曲件的结构工艺性 当直边高度H2t时：加工艺余料在弯曲内R处压凹坑南阳理工学院模具设计与制造四

38、. 弯曲件的结构工艺性 u弯曲件的孔边距 当孔处于弯曲变形区之外： 先冲孔后弯曲不满足上述要求时：必须先弯曲，再冲孔。要求：当t2mm时，st； 当t2mm时，s2t。南阳理工学院模具设计与制造四. 弯曲件的结构工艺性 u弯曲线位置 弯曲线不应位于弯曲件宽度的突变处，以免发生撕裂现象。南阳理工学院模具设计与制造四. 弯曲件的结构工艺性 纠正措施 将弯曲线移动一定距离，避开宽度突变处 。南阳理工学院模具设计与制造四. 弯曲件的结构工艺性 事先冲出止裂孔或止裂槽，以免发生撕裂现象。槽的要求：满足bt，htrb/2的条件 南阳理工学院模具设计与制造四. 弯曲件的结构工艺性 u定位工艺孔 采用孔定位能

39、有效防止毛坯在弯曲中产生偏移，有利于保证制件质量。如果毛坯上没有适合于定位的孔，最好能增添定位用的工艺孔。南阳理工学院模具设计与制造四. 弯曲件的结构工艺性 l弯曲件尺寸标注l弯曲件精度一般不高于IT13级，角度公差大于15。 原则：应有利于减少冲压工序 a)-孔无装配要求，先冲孔后弯曲b),c) ，孔有装配要求，冲孔在弯曲后进行。南阳理工学院3-3 弯曲件的质量分析 弯裂回弹滑移 弯曲件质量问题南阳理工学院模具设计与制造一. 弯裂 l弯裂：指弯曲变形区外侧R处出现裂纹。相对弯曲半径（相对弯曲半径（r/t）过小）过小u原因: 板料塑性差模具间隙小润滑不良板厚严重超差弯曲线与材料纤维方向平行最主

40、要原因南阳理工学院模具设计与制造u防止措施 使用塑性好和表面质量好的板料。采用合理模具间隙，改善润滑条件。增大相对弯曲半径r/t（使r/trmin/t）。 若满足不了，应分两次或多次弯曲。对塑性差或加工硬化严重的毛坯，先退火后弯曲一. 弯裂 例：1mm厚铝板、65Mn板，弯曲时易裂，退火后再弯，则弯曲正常。南阳理工学院模具设计与制造把毛坯有毛刺的一面置于变形区的内侧。一. 弯裂 改变弯曲毛坯的排样方式，使弯曲线与材料纤维方向垂直南阳理工学院模具设计与制造退火、正火、淬火和回火四种基本工艺 退火退火 是将工件加热到适当温度，根据材料和工件尺寸采用不同的保温时间，然后进行缓慢冷却，目的是使金属内部

41、组织达到或接近平衡状态，获得良好的工艺性能和使用性能，或者为进一步淬火作组织准备。 正火正火 是将工件加热到适宜的温度后在空气中冷却，正火的效果同退火相似，只是得到的组织更细，常用于改善材料的切削性能，也有时用于对一些要求不高的零件作为最终热处理。 淬火淬火 是将工件加热保温后，在水、油或其它无机盐、有机水溶液等淬冷介质中快速冷却。淬火后钢件变硬，但同时变脆。 回火回火 为了降低钢件的脆性，将淬火后的钢件在高于室温而低于710的某一适当温度进行长时间的保温，再进行冷却，这种工艺称为回火。 南阳理工学院模具设计与制造二. 滑移l滑移：指在弯曲过程中，毛坯沿凹模口滑动时由于两边所承受摩擦阻力不同而

42、出现的毛坯向左或向右滑动的现象。 u原因 形状不对称，使移动时两边所受摩擦阻力不等。 南阳理工学院模具设计与制造二. 滑移u防止措施 设计对称的冲裁件形状。保证模具间隙均匀。南阳理工学院模具设计与制造二. 滑移u采用有压料装置的弯曲模结构。u采用定位装置。南阳理工学院模具设计与制造弹性变形的恢复。三. 回弹l回弹 u原因 材料在弯曲中，伴随着塑性变形总存在着弹性变形，弯曲力消失后，塑性变形部分保留下来，而弹性变形要恢复，使弯曲件与弯曲模形状不完全一致，这种现象称为弯曲件的回弹。南阳理工学院模具设计与制造三. 回弹u回弹量大小的表示 角度回弹量曲率回弹量rrr0r 0 其中：、r-模具在闭合状态

43、时工件弯曲角； 0、r0-弯曲后工件的实际角度南阳理工学院模具设计与制造三. 回弹u影响回弹的主要因素 材料的力学性能材料的相对弯曲半径r/t r/t塑性变形成分回弹量屈服强度Rm，变形区应力 ，则弹性变形，回弹；弹性模量E，则抵抗弹性变形的能力，回弹。南阳理工学院模具设计与制造三. 回弹弯曲校正力 凸、凹模之间的间隙Z回弹量Fj塑性变形程度，回弹量弯曲件的形状 因材料的相互牵制，形状复杂的弯曲件回弹小，如：U形件比V形件的回弹小 南阳理工学院模具设计与制造三. 回弹u减少回弹的措施 从选材上采取措施从工艺上采取措施 采取热处理措施：先退火，弯曲后再淬火； 条件许可时，可加热后弯曲选用屈服强度

44、Rm小，弹性模量E大的材料。增加校正工序南阳理工学院模具设计与制造从模具结构上采取措施 补偿法:模具设计时使弯曲件变形量超过原设计的变形量。校正法：模具设计时让校正压力集中施加在弯曲变形区，使塑性变形成分增加，弹性成分减小，从而使回弹减小。 三. 回弹南阳理工学院模具设计与制造从弯曲件结构设计上考虑 在弯曲区压制加强筋加强筋，以提高零件的刚度，抑制回弹。三. 回弹南阳理工学院3-4 弯曲工艺计算 弯曲件展开长度的计算 弯曲力的计算弯曲工艺计算南阳理工学院模具设计与制造一. 弯曲件展开长度的计算 弯曲件展开长度-指弯曲件在弯曲之前的展平尺寸 u当弯曲半径r0.5t时： 中性层尺寸基本不发生变化，

45、按中性层不变原理：坯料总长度应等于弯曲件直线部分和圆弧段长度之和。即： 南阳理工学院模具设计与制造一. 弯曲件展开长度的计算 )xtr ()xtr ()xtr (L3180218011804321321llll南阳理工学院模具设计与制造一. 弯曲件展开长度的计算 u当弯曲半径r0.5t时：中性层变化复杂，按体积不变原则按体积不变原则进行计算。 南阳理工学院模具设计与制造一. 弯曲件展开长度的计算 注意：弯曲件展开长度公式为经验公式 或 中t的公差、r、x的微小误差展开长度计算数据不准确弯曲模的制作顺序： 先作弯曲模通过弯曲件实际尺寸调整展开长度数据确定展开毛坯准确落料刃口尺寸制作落料模。南阳理

46、工学院模具设计与制造u自由弯曲力的计算 U形件：二. 弯曲力的计算 V形件：)/(6 . 02trRkbtFmz)/(7 . 02trRkbtFmz式中：FZ自由弯曲力；（冲压结束时的弯曲力） k安全系数；（一般取k1.3） b弯曲件宽度 t弯曲件厚度； Rm材料的抗压强度； r弯曲半径南阳理工学院模具设计与制造u校正弯曲力的计算： 二. 弯曲力的计算 Fj式中：Fj校正弯曲力； 单位校正力； 工件被校正部分的投影面积。u顶件力或压料力FQ的计算 FQ（0.30.8）FZ校正弯曲在自由阶段弯曲之后进行的，2个力并非同时存在，且校正弯曲力比自由弯曲力大得多。在校正弯曲时，只需计算校正弯曲力。南阳

47、理工学院模具设计与制造二. 弯曲力的计算 例：V型弯曲件，材料H68，厚t=3mm，宽b=100mm，抗拉强度Rm=400N/mm2，弯曲内侧圆角r=3mm，工件被校正部分在凹模上的投影面积为10000mm2求：自由弯曲力及校正弯曲力解： kNtrRkbtFmz8 .46N468003340031003 . 16 . 06 . 022Fj=3510000=350000=350kN校正弯曲力远大于自由弯曲力南阳理工学院模具设计与制造二. 弯曲力的计算 u总工艺力F的确定 自由弯曲时：FFZFQ校正弯曲时：校正弯曲时，Fj远大于Fz校正弯曲时的Fz忽略不计 FFjFQFj选择压力机时，一般应使压力

48、机的公称压力大于1.3F南阳理工学院第4章 拉深工艺及拉深模 4-1 拉深工艺及拉深件工艺性 南阳理工学院模具设计与制造一. 拉深工艺u拉深概念 利用模具将平板毛坯冲压成各种开口的空心零件，或将已制成的开口空心件压制成其他形状和尺寸空心件的一种冲压加工方法。南阳理工学院模具设计与制造一. 拉深工艺u生活中的拉深件 直壁类拉伸件曲面类拉伸件南阳理工学院模具设计与制造一. 拉深工艺u拉深工艺分类 按壁厚变化情况分： 按使用的毛坯的形状分： 一般拉深（工件壁厚不变） 变薄拉深（工件壁厚变薄） 第一次拉深（使用平板毛坯） 以后的各次拉深（以开口空心件为毛坯）南阳理工学院模具设计与制造二. 拉深变形过程

49、 如图a圆形薄片，剪去图中阴影部分，再将剩余部分沿直径d圆周弯折，然后焊接，就得到一个图b的直径为d，高度为（Dd）/2的直圆筒形件。这说明圆形平板毛坯，在成为筒形件的过程中，必须去除这说明圆形平板毛坯，在成为筒形件的过程中，必须去除多余金属。多余金属。 南阳理工学院模具设计与制造二. 拉深变形过程u拉深变形过程： 用相同直径大小的圆形平板毛坯，在拉深成直圆筒形件的过程中，并没有去除多余材料，多余材料流向哪里？ 由此进一步说明只能多余的材料在拉深过程中发生了流动，流向了拉深件的口部。由此进一步说明只能多余的材料在拉深过程中发生了流动，流向了拉深件的口部。 动画南阳理工学院模具设计与制造二. 拉

50、深变形过程 u方法：拉深网格试验 南阳理工学院模具设计与制造二. 拉深变形过程 （1）底部（d内）网格不变形，说明筒底金属没有流动；（2）拉深前等距同心圆 不等距水平圆周线（3）拉深前等角度射线 等距、平行于底面的平行线（4）拉深前筒壁上的扇形网格，拉深后变成矩形网格。 a1.a2a3a4靠近外部，金属径向流动越大，多余金属量越大。金属有切向缩小的应变，且越往外部应变量越大。南阳理工学院模具设计与制造应力应变分析o 在拉深过程中主要受到凸模作用传递过来的径向拉应力和由于直径缩小相互挤压而产生的切向压应力作用。o 在拉应力和切压应力作用下，网格由扇形变成矩形；o 多余的金属流向金属的口部，使其高

51、度增加；o 越到口部，多余的金属越多，相互挤压越严重，切向压应力越大。南阳理工学院模具设计与制造二. 拉深变形过程 u拉深过程中毛坯各部分特征 平面凸缘部分（主要变形区） 凹模圆角部分（过渡区） 筒壁部分（传力区） 凸模圆角部分（过渡区） 筒底部分（小变形区）南阳理工学院模具设计与制造二. 拉深变形过程 u厚度变化南阳理工学院模具设计与制造二. 拉深变形过程 u硬度变化南阳理工学院模具设计与制造三. 拉深件的结构工艺性 l材料要求：u最适宜拉深的材料： 低碳钢（08、10）、紫铜、黄铜、1Cr18Ni9Ti不锈钢等。足够的塑性，较低的屈服极限 u较硬材料拉深时，需增加工序改变性能： 先退火处理

52、后拉深，最后淬火。 加热后拉深。南阳理工学院模具设计与制造三. 拉深件的结构工艺性l拉深件结构工艺性u拉深件的形状：简单、对称，对应r相等u尽量避免半敞开及非对称的空心件，否则应设计成对称组合的拉深，然后剖开。南阳理工学院模具设计与制造三. 拉深件的结构工艺性u拉深件高度：尽量小一些一次成形零件的拉深高度应满足：无凸缘筒形件： h（0.50.7）d 式中：d拉深件壁厚中径。带凸缘筒形件：当dt/d1.5时，h（0.40.6）d 式中：d拉深件壁厚中径； dt拉深件凸缘直径。南阳理工学院模具设计与制造三. 拉深件的结构工艺性u拉深件圆角半径满足：圆角：R2t，最好R（48）t；rt ，最好r（3

53、5）t；当R2t或rt时，需增加整形工序。r3t南阳理工学院模具设计与制造三. 拉深件的结构工艺性l拉深件结构工艺性u拉深件底或凸缘上的孔边到侧壁距离应满足： +0.5 南阳理工学院模具设计与制造三. 拉深件的结构工艺性l拉深件尺寸标注直径尺寸应根据使用要求明确标注内形尺寸或外形 尺寸，不得同时标注内形尺寸和外形尺寸；高度尺寸最好以底部为基准进行标注；圆角半径只能标注在内形；材料厚度尺寸，最好标注在筒底部位或标题栏中。南阳理工学院模具设计与制造三. 拉深件的结构工艺性l拉深件尺寸精度拉深件尺寸精度应大于T11级，否则增加校形工序。高度方向要有修边余量，才能满足较高精度要求。南阳理工学院4-3

54、拉深件的起皱与破裂 拉深件的起皱与破裂是拉深过程中最主要的质量问题。南阳理工学院模具设计与制造一. 起皱u起皱概念 在拉深时，凸缘材料存在着切向压应力，当这个压应力大到一定程度时，板料切向将因失稳而拱起，这种现象称为起皱。 南阳理工学院模具设计与制造u起皱原因：切向压应力3 u起皱危害：折皱不能通过凸、凹模之间的拉深间隙，强行 拉入，使工件拉破。 折皱后材料强行拉入模具，加大模具磨损，降 低模具寿命。 u起皱部位：凸缘处一. 起皱南阳理工学院模具设计与制造u防止措施： 在拉深模结构上加压边圈7；（最常用）减小切向压应力3 降低拉深件的高度，减小变形程度， 减小3大小。加大平面板料厚度，降低3的

55、影响。一. 起皱南阳理工学院模具设计与制造二. 破裂u破裂概念 南阳理工学院模具设计与制造u破裂原因：径向拉应力1 u破裂部位：筒壁与筒底圆角相切处稍靠上位置 u防止措施： 增加工序，加大拉深系数；增大凹模圆角半径；在凹模入口处进行合理的润滑；采用退火处理。减小压边力，以降低所需的拉深力。二. 破裂南阳理工学院4-4 拉深工艺计算 毛坯尺寸设计拉深件次数的确定半成品尺寸的确定 拉深工艺计算 南阳理工学院模具设计与制造u毛坯形状和尺寸确定的依据： 一. 毛坯尺寸计算 若拉深前后料厚不变，则拉深前坯料表面积与拉深后冲件表面积近似相等。 注意：当t1mm时，按工件标注尺寸计算； 当t1mm时，按工件

56、中线尺寸计算。体积不变原则（等表面积原则）:南阳理工学院模具设计与制造一. 毛坯尺寸计算拉深中板料存在各向异性实际生产中毛坯中心和凸、凹模中心不完全重合，拉深件口部出现凸凹不平，需要修边工序切去口部 不平部分在计算毛坯时，应加上修边余量。 加修边余量:南阳理工学院模具设计与制造u修边余量的确定：根据经验数值 一. 毛坯尺寸计算表4.3 有凸缘修边余量南阳理工学院模具设计与制造u简单旋转体拉深件的毛坯计算 一. 毛坯尺寸计算采用久里金法则 1、2、3三部分将拉深件划分为若干个简单的几何体: 分别求出各简单几何体的表面积:南阳理工学院模具设计与制造一. 毛坯尺寸计算久里金法则： 22xxAlRR

57、l 式中 ：A旋转体的表面积； Rx母线形心的旋转半径； L母线长度。 任何形状的母线绕某轴旋转一周所构成的旋转体的表面积，等于该母线的长度与该母线形心绕该轴旋转所得周长的乘积。即： 南阳理工学院模具设计与制造一. 毛坯尺寸计算1()ad h2314ad求出简单几何体1表面积:求出简单几何体3表面积:南阳理工学院模具设计与制造一. 毛坯尺寸计算21(4 )2ddardr弧长l=rd/2形心到旋转轴距离 为（2rd/+d1/2）简单几何体表面积为求出简单几何体2表面积:南阳理工学院模具设计与制造一. 毛坯尺寸计算42DAA=a1+a2+a332211144 ()2 (4 )iddiDad hrdrd221.720.564ddDddrrdH把各简单几何体面积相加为零件总面积:根据表面积相等原则，求出坯料直径。 南阳理工学院模具设计与制造u复杂旋转体拉深件的毛坯计算：按经验公式 一. 毛坯尺寸计算南阳理工学院模具设计与制造u拉深系数概念 二. 拉深系数