第2章冲裁工艺与模具设计

1、第2章 冲裁工艺与模具设计2.1 冲裁加工概述 冲裁是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冲压工序，包括落料、冲孔、切断、切口、切边、剖切等。其中落料和冲孔是最常见的工序。落料是从板料上冲下所需形状的工件（或毛坯），冲孔是在工件上冲出所需形状的孔。 图2-2 导柱式落料模1螺钉；2导料销；3固定挡料销；4卸料弹簧；5凸模固定板；6销钉；7模柄；8垫板；9止转销；10卸料螺钉；11上模座；12凸模；13导套；14导柱；15卸料板；16凹模；17内六角螺钉落；18下模座2.2 冲裁变形特点2.2.1 冲裁变形过程弹性变形阶段 塑性变形阶段 剪裂分离阶段 2.2.2 冲裁变形区

2、的应力状态2.2.3 冲裁件断面特征 图2-5 冲裁件剪 切断面特征1-圆角带 2-光亮带 3-断裂带 4-毛刺2.2.4 冲裁件质量分析 冲裁件质量是指断面状况、尺寸精度和形状误差。断面状况尽可能垂直、光洁、毛刺小。尺寸精度应保证在图纸规定的公差范围内。零件外形应满足图纸要求，表面尽可能平直、穹弯小。 影响零件质量的因素有：材料性能、间隙大小及均匀性、刃口锋利程度、模具精度以及模具结构形式等。1. 冲裁件断面质量的影响因素材料性能的影响 模具间隙的影响 模具刃口状态的影响 2. 冲裁件的毛刺及其影响因素3. 冲裁件的尺寸精度及其影响因素模具的制造精度 材料性质 冲裁间隙 冲裁件的形状 2.2

3、.5 冲裁件的工艺性 冲裁件的工艺性是指冲裁件对冲裁工艺的适应性。所谓冲裁工艺性好是指能用普通冲裁方法，在模具寿命和生产率较高、成本较低的条件下得到质量合格的冲裁件。因此，冲裁件的结构形状、尺寸大小、精度等级、材料及厚度等是否符合冲裁的工艺要求，对冲裁件质量、模具寿命和生产效率有很大影响。1. 冲裁件的结构工艺性冲裁件的形状冲裁件内形及外形的转角 冲裁件上凸出的悬臂和凹槽 冲裁件的孔边距与孔间距 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 冲孔时，因受凸模强度的限制，孔的尺寸不应太小 2. 冲裁件的精度 冲裁件的精度一般可分为精密级与经济级两类。精密级是指冲压工艺在技术上所允许的最

4、高精度，而经济级是指模具达到最大许可磨损时，其所完成的冲压加工在技术上可以实现而在经济上又最合理的精度，即所谓经济精度。为降低冲压成本，获得最佳的技术经济效果，在不影响冲裁件使用要求的前提下，应尽可能采用经济精度。 冲裁件的经济精度一般不高于ITll级，最高可达IT810级，冲孔比落料的精度约高一级。一般要求落料件公差等级最好低于ITl0级，冲孔件最好低于IT9级。 2.3 冲裁工艺计算冲裁间隙ZDd凹凸冲裁间隙一般是指双边间隙 冲裁凸模、凹模刃口尺寸计算 凸模与凹模分别加工 可行性判断 计算公式2凸模与凹模配合加工凸模与凹模配合加工时，凸模或凹模尺寸计算步骤 在尺寸计算之前，应确定基准件，落

5、料时凹模为基准件，冲孔时凸模为基准件。 对基准件上的尺寸分类，并选用适当公式逐个进行尺寸计算。最后将计算的尺寸及上下偏差标注在基准件的零件图上。 与基准件相配的非基准件不要进行尺寸计算，只需将基准件的基本尺寸作为非基准件的基本尺寸，标注在非基准件的零件图上，不要标注偏差。但在技术条件中应注明：“按基准件的实际尺寸配作，保证间隙值在ZminZmax”即可。2.3.3 冲裁件的排样 图2-18 排样方法 3. 搭边 排样时冲裁件与冲裁件之间（a）以及冲裁件与条料侧边之间（a1）留下的工艺余料称为搭边。搭边的作用 搭边的数值 4. 排样图 排样图是排样设计的最终表达形式，排样图是编制冲压工艺与设计模

6、具的重要工艺文件。一张完整的模具装配图应在其右上角画出工件图及排样图。在排样图上应标注条料宽度及其公差、送料步距及搭边值。 采用斜排方法排样时，还应注明倾斜角度的大小。必要时，还可用双点划线画出条料在送料时定位元件（如挡料销等）的位置。对有纤维方向要求的排样图，则应用箭头标出条料的纤维方向。排样时应注意的事项 公差要求较严的零件，排样时工步不宜太多，否则积累误差大，零件公差要求不易保证；对孔壁较小的冲裁件，其孔可以分步冲出，以保证凹模孔壁的强度；零件孔距公差要求较严时，应尽量在同一工步冲出或在相邻工步冲出；当凹模壁厚太小时，应增设空工步，以提高凹模孔壁的强度；尽量避免复杂型孔，对复杂外形零件的

7、冲裁，可分步冲出，以减小模具制造难度；零件小而批量大时，应尽可能采用多工位级进模成形的排样法；零件较大的大量生产中，为了缩短模具的长度，可采用连续-复合成形的排样法；对于要求较高或工步较多的冲件，为了减小定位误差，排样时可在条料两侧设置工艺定位孔，用导正销定位。在级进模的连续成形排样中，如有切口翘脚、起伏成形、翻边等工步时，一般应安排在落料前完成；当材料塑性较差时，在有弯曲工步的连续成形排样中，必须使弯曲线与材料的轧制方向成一定角度。2.3.4 冲裁力计算 3. 卸料力、推件力和顶件力的计算 4. 压力机所需总冲压力的计算 在计算冲裁所需的总冲压力时，应先根据模具结构的具体情况，分析总冲压力究

8、竟包含上述冲裁力和卸料力、推件力和顶件力等中的哪几项。5. 冲压设备的选择压力机的吨位应当等于或大于冲裁时的总冲压力。 根据模具结构选择压力机类型和行程次数。根据模具尺寸大小、安装和进出料等情况选择压力机台面尺寸，如有推件时应考虑台面孔的大小使冲后有关零件能自由下落。选择压力机的闭合高度与模具是否匹配。模柄直径、长度尺寸是否与压力机滑块模柄孔直径、深度尺寸相当。压力机滑块行程应该是拉深深度的22.5倍。压力机的行程次数应当保证有最高的生产效率。压力机应该使用方便和安全。 2.3.5 模具压力中心的确定 冲裁模具上所有凸模的冲压力合力的作用点称为模具的压力中心。模具的压力中心必须通过模柄轴线而和

9、压力机滑块的中心线重合，否则滑块就会受到偏心载荷而导致滑块导轨和模具的不正常磨损，降低模具寿命甚至损坏模具。 压力中心的计算实际就是采用空间平行力系的合力作用线的求解方法。 复杂形状冲裁件的压力中心计算方法2.3.6 模具的闭合高度 模具的闭合高度是指模具在最低工作位置（即闭合状态）时上模座的上平面与下模座的下平面之间的高度 模具的闭合高度与压力机的装模高度 2.4 冲裁模典型结构单工序冲裁模多工序的连续模、复合模连续复合模 单工序冲裁模 图2-37 无导向装置的开 式简单落料模1模柄；2凸模；3固定卸料板；4凹模；5下模座；6回带式挡料装置图2-38 导板式落料模1凸模固定板；2凸模；3-限

10、位柱；4导板；5导料板；6凹模；7下模座 图2-39 导柱式落料模1上模座；2卸料弹簧；3卸料螺钉；4模柄；5止转销；6垫板；7凸模固定板；8落料凸模；9卸料板；10落料凹模；11顶件板；12下模座；13顶杆；14；固定挡料销；15导柱；16导套；17橡皮；18导料销 图2-40 冲孔模1、17定位销；2凸模；3凹模；4、15螺钉；5卸料板；6下模座；7导柱；8导套；9橡皮；10卸料螺钉；11上模座；12、18销钉；13模柄；14防转销；16凸模固定板连续冲裁模 图2-41 用导正销定距的导板式冲孔落料连续模1模柄；2螺钉；3冲孔凸模；4落料凸模；5导正销；6固定挡料销；7始用挡料销 图2-4

11、2 侧刃定距的连续模1内六角螺钉；2销钉；3模柄；4卸料螺钉；5垫板；6上模座；7凸模固定板；8、9、10凸模；11导料板；12承料板；13卸料板；14凹模；15下模座；16侧刃复合冲裁模图2-44 冲孔落料正装复合冲裁模1打杆；2模柄；3推板；4推杆；5卸料螺钉；6凸凹模；7卸料板；8落料凹模；9顶件板；10带肩顶杆；11冲孔凸模；12挡料销；13导料销图2-45 冲孔落料倒装复合冲裁模1下模座；2导柱；3、20弹簧；4卸料板；5活动挡料销；6导套；7上模座；8冲孔凸模固定板； 9推件块；10推杆；11推板；12打杆；13模柄；14、16冲孔凸模；15垫板；17落料凹模；18凸凹模；19凸凹

12、模固定板；21卸料螺钉；22活动导料销2.5 冲裁模零部件结构 2.5.2 工作零件 图2-47 标准圆形凸模之一 图2-48 非圆形凸模1.凸模 图2-49 凸模长度的确定L= H1+ H2+ H3+ Y式中 H1凸模固定板的厚度（mm）；H2卸料板的厚度（mm）；H3导料板的厚度（mm）；Y附加的长度，包括凸模刃口的修磨量，凸模进入凹模的深度（0.51mm），凸模固定板与卸料板之间的安全距离A（1520mm）等。 凸模的固定 2. 凹模 图2-52 凹模的结构 凹模外形尺寸的确定方法： 查表（表2-28） 按经验公式计算（有两种方法）凹模厚度 H = K b （H15mm）凹模壁厚 C =

13、（1.52）H （C3040mm）式中 b冲裁件的最大外形尺寸； K系数，考虑板料厚度的影响，板料愈厚，凹模厚度也要相应增厚。系数K值查表2-29。凹模厚度 （H15mm）式中 P冲裁力（N）； K1冲裁轮廓长度修正系数，见表2-30； K2凹模材料修正系数，见表2-31。凹模壁厚 C =（1.52）H（C3040mm）注意：计算出来的凹模外形尺寸应与凹模标准值相靠，取上限值作为外形最终尺寸。（3）凹模上螺孔、销孔位置尺寸和螺钉尺寸 从凹模外缘到螺孔的标准尺寸。 A = (1.72.0)d 凹模上螺孔、销孔之间及至刃壁的最小允许尺寸见表2-32。 螺孔间距离见表2-33。 凹模厚度与紧固螺钉尺

14、寸见表2-34。常见的凹模固定方式 凹模的主要技术要求 凹模的型孔轴线与顶面应保持垂直，凹模的底面与顶面应保持平行。为了提高模具寿命与冲裁件精度，凹模的顶面和型孔的孔壁应光滑，表面粗糙度R a 为0.80.4m 。底面与销孔的表面粗糙度R a为1.60.8m 。凹模的材料与凸模一样，考虑到凹模比凸模工作条件更为不利，凹模的热处理硬度应略高于凸模，可取HRC 6064。3. 凸凹模2.5.3 定位零件送料方向的控制 条料一般都是靠着导料板或导料销的一侧导向送进，以免送偏。导料销一般要用两个，导料销的结构与挡料销相同。送料步距的控制 控制送料步距的基本方法是采用挡料销、导正销或侧刃。 2.5.4

15、卸料与推件装置排除工件或废料的漏料孔和排出槽 图2-75 漏料孔d 2d1（0.52）mm 图2-76 排出槽h（810）t，但不小于20mm，bd2（25）mm，但不小于30mm 2.5.5 导向零件导柱与导套的结构与尺寸都可直接从标准中选取。图2-79 导柱长度与上、下模座的关系 模架 模架是由上、下模座、模柄及导向装置（最常用的是导柱、导套）组成。模架的基本形式2.5.6 连接与固定零件模柄模柄 模座模座 图2-81 各种形式的模柄2.5.7 冲压模具零件的材料2.6 冲裁工艺编制及模具图的绘制冲裁模设计的一般步骤1冲裁件工艺性分析2确定冲裁工艺方案3选择模具的结构形式4进行必要的工艺计

16、算5选择与确定模具的主要零部件的结构与尺寸6选择压力机的型号或验算已选的压力机7绘制模具装配图及各非标准的零件图 冲裁模设计实例 支承板零件图材料：30钢；材料厚度：0.3mm 大批量 支承板排样图 1冲压件的工艺分析 分析该零件的尺寸精度，其两孔中心距的尺寸及公差为820.2mm，按表2-7查得，用一般精度的模具可达到的两孔中心距公差为O.15mm，即可满足零件的精度要求。从零件的形状、尺寸标注及生产批量等情况看，也均符合冲裁的工艺要求，并且只需一次落料即可，故采用单工序落料模进行加工。2排样采用直排有废料排样方式3计算冲压力该模具采用弹性卸料上出件方式4确定模具压力中心 因工件左右对称，其压力中心一定在对称轴y上，即x0=0，只计算y0 5计算凸、凹模的刃口尺寸采用凸、凹模配合加工的方法 凹模刃口尺寸计算 凸模的刃口尺寸按凹模的实际尺寸配制，并保证双面间隙为0.0180.024mm 6模具总体设计及主要零部件设计 模具结构的选择 卸料弹簧的设计计算 模架选用 模具闭