第三章 冲裁工艺设计

第三章冲裁工艺设计第1页，课件共72页，创作于2023年2月1．了解冲裁变形规律、冲裁件质量及影响因素；2．掌握冲裁模间隙确定、刃口尺寸计算、排样设计、冲裁力计算等设计计算方法。3．掌握冲裁工艺性分析与工艺设计方法；4．认识冲裁模典型结构（尤其是级进模和复合模）及特点，了解模具标准，掌握模具零部件设计及模具标准应用方法；5．掌握冲裁工艺与冲裁模设计的方法和步骤。学习目的与要求：第2页，课件共72页，创作于2023年2月1．冲裁变形规律及冲裁件质量影响因素；2．刃口尺寸计算原则和方法；3．冲裁工艺性分析与工艺方案制定；4．冲裁模典型结构及特点；5．冲裁模结构设计及模具标准应用；6．冲裁工艺与冲裁模设计的方法和步骤。重点：难点：1．冲裁变形规律及冲裁件质量影响因素；2．刃口尺寸计算原则和方法；3．模具结构设计及模具标准应用；4．冲裁工艺与冲裁模设计的方法和步骤。

第3页，课件共72页，创作于2023年2月3.1冲裁过程分析模具动画落料模具冲孔模具生产录像第4页，课件共72页，创作于2023年2月一、冲裁变形时板材变形区受力情况分析四对力冲裁时作用于板料上的力1-凸模2-板材3-凹模

凸、凹模间隙存在，产生弯矩。

第5页，课件共72页，创作于2023年2月间隙正常、刃口锋利情况下，板料的分离过程大致可分为三个阶段，如图所示。(a)弹性变形阶段(b)塑性变形阶段(c)分离阶段

二、冲裁变形过程冲裁变形过程动画冲裁变形过程可分为三个阶段：1．弹性变形阶段变形区内部材料应力小于屈服应力。2．塑性变形阶段变形区内部材料应力大于屈服应力。凸、凹模间隙存在，变形复杂，并非纯塑性剪切变形，还伴随有弯曲、拉伸，凸、凹模有压缩等变形。3．断裂分离阶段

变形区内部材料应力大于强度极限。裂纹首先产生在凹模刃口附近的侧面凸模刃口附近的侧面上、下裂纹扩展相遇材料分离第6页，课件共72页，创作于2023年2月a为圆角带，又称塌角

b为光亮带

c为断裂带

d为毛刺

刃口附近的材料产生弯曲和伸长变形。塑性剪切变形。质量最好的区域。裂纹形成及扩展。间隙存在，裂纹产生不在刃尖，毛刺不可避免。此外，间隙不正常、刃口不锋利，还会加大毛刺。冲裁断面的形成动画冲裁断面特征动画冲裁断面的形成动画第7页，课件共72页，创作于2023年2月第8页，课件共72页，创作于2023年2月图3.6冲裁时冲裁力作用于模具刃口处

第9页，课件共72页，创作于2023年2月第二节冲裁件的质量分析

冲裁件质量：垂直、光洁、毛刺小图纸规定的公差范围内外形满足图纸要求；表面平直，即拱弯小指断面状况、尺寸精度和形状误差。1冲裁件质量及其影响因素冲裁件的尺寸精度：

指冲裁件的实际尺寸与图纸上基本尺寸之差。影响因素：该差值包括两方面的偏差：一是冲裁件相对于凸模或凹模尺寸的偏差；

二是模具本身的制造偏差。

（1）冲模的制造精度（零件加工和装配）（2）材料的性质（3）冲裁间隙

第10页，课件共72页，创作于2023年2月2.冲裁件断面质量影响因素(１)材料性能的影响(２)模具间隙的影响间隙小，出现二次剪裂，产生第二光亮带间隙大，出现二次拉裂，产生二个斜度(３)模具刃口状态的影响当凸模刃口磨钝时，则会在落料件上端产生毛刺；当凹模刃口磨钝时，则会在冲孔件的孔口下端产生毛刺；当凸、凹模刃口同时磨钝时，则冲裁件上、下端都会产生毛刺。a、b、d大，c小第11页，课件共72页，创作于2023年2月间隙过大时的裂纹间隙正常时的裂纹间隙过小时的裂纹第12页，课件共72页，创作于2023年2月3．冲裁件形状误差及其影响因素冲裁件的形状误差：翘曲：指翘曲、扭曲、变形等缺陷。冲裁件呈曲面不平现象。它是由于间隙过大、弯矩增大、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。扭曲：冲裁件呈扭歪现象。它是由于材料的不平、间隙不均匀、凹模后角对材料摩擦不均匀等造成的。变形：由于坯料的边缘冲孔或孔距太小等原因，因胀形而产生的。第13页，课件共72页，创作于2023年2月

冲裁间隙是指冲裁模的凸模和凹模刃口之间的尺寸之差。单边间隙用C表示，双边间隙用Z表示。圆形冲裁模双边间隙为式中：——冲裁模凹模直径尺寸，mm；——冲裁模凸模直径尺寸，mm。考虑到模具制造中的偏差及使用中的磨损，生产中通常是选择一个适当的范围作为合理间隙，这个范围的最小值称为最小合理间隙，最大值称为最大合理间隙。由于模具在使用过程中会逐步磨损，设计和制造新模具时应采用最小合理间隙。

第三节冲裁间隙第14页，课件共72页，创作于2023年2月一、间隙的重要性1.间隙对冲裁件质量的影响2.间隙对冲裁力的影响随间隙的增大冲裁力有一定程度的降低，但影响不是很大。间隙对卸料力、推件力的影响比较显著。随间隙增大，卸料力和推件力都将减小。间隙是影响冲裁件质量的主要因素。3.间隙对模具寿命的影响模具寿命分为刃磨寿命和模具总寿命。模具失效的原因一般有：磨损、变形、崩刃、折断和涨裂。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，并引起崩刃、凹模胀裂、小凸模折断、凸凹模相互啃刃等异常损坏。

所以，为了延长模具寿命，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。第15页，课件共72页，创作于2023年2月影响刃口摩擦的因素：a、冲裁间隙b、冲裁轮廓外形c、润滑d、板料的种类e、冲裁模具f、压力机第16页，课件共72页，创作于2023年2月在冲压实际生产中，主要根据冲裁件断面质量、尺寸精度和模具寿命这三个因素综合考虑，给间隙规定一个范围值。当冲裁件尺寸精度要求不高，或对断面质量无特殊要求时，从提高模具寿命、降低冲压力角度出发，一般采用较大间隙。当冲裁件尺寸精度要求较高，或对断面质量有较高要求时，应选择较小的间隙。考虑到在生产过程中的磨损使间隙变大，故设计与制造新模具时应采用最小合理间隙Zmin二、冲裁模间隙值的确定1.理论法确定法2.经验确定法（行业、料厚、精度）较小间隙值（表3.3.2）较大间隙值（表3.3.3）第17页，课件共72页，创作于2023年2月第18页，课件共72页，创作于2023年2月案例分析：电机转子生产批量：大批量；材料：电工硅钢片;厚度：.35mm最高精度：、为IT8~9级由表3-4可得：(7~16)

%t

由经验法可得：(6~10)

%t

所以取(7~10)

%t；得：Zmin=0.35×0.07

=0.0245mmZmax=0.35×0.1

=0.035mm取：Zmin=0.025mmZmax=0.035mm第19页，课件共72页，创作于2023年2月案例分析：机芯自停杆生产批量：大批大量；材料：钢10；料厚：0.8mm精度：均为IT13~14级；属一般精度要求。由表2-2可得：(14~20)

%t；由经验法可得：(6~9)

%t；综合考虑得：Zmin=0.8×0.14=0.112mmZmax=0.8×0.2=0.16mm取：Zmin=0.11mm；Zmax=0.8×0.2=0.16mm第20页，课件共72页，创作于2023年2月第四节凸模与凹模刃口尺寸的确定生产实践发现的规律：1．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，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。重要性：2．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。一、凸、凹模刃口尺寸计算原则凸模和凹模的刃口尺寸和公差，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。第21页，课件共72页，创作于2023年2月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件孔的最大极限尺寸。模具磨损预留量与工件制造精度有关。计算原则：

３．冲裁（设计）间隙一般选用最小合理间隙值（Zmin）。４．工件尺寸公差与冲模刃口尺寸的制造偏差原则上都应按“入体”原则标注为单向公差。但对于磨损后无变化的尺寸，一般标注双向偏差。5.加工方法：1.分开加工具有互换性、制造周期短，但Zmin不易保证，需提高加工精度，增加制造难度。

2.配合加工Zmin易保证，无互换性、制造周期长。

第22页，课件共72页，创作于2023年2月第23页，课件共72页，创作于2023年2月第24页，课件共72页，创作于2023年2月第25页，课件共72页，创作于2023年2月1．按凸模与凹模图样分别加工法（1）落料二、凸、凹模刃口尺寸的计算方法（续）（2）冲孔（3）孔心距=L±

为了保证可能的初始间隙不超过Zmax，即≤凸、凹模的制造公差，可按ＩＴ６～ＩＴ７级来选取，也可查表2.4.1选取，但需校核。或取

+Zmin≤Zmax，选取必须满足以下条件：第26页，课件共72页，创作于2023年2月≤≤2．凸模与凹模配作法配作法就是先按设计尺寸制出一个基准件（凸模或凹模），然后根据基准件的实际尺寸再按最小合理间隙配制另一件。

≤特点：的条件，并且还可放大基准件的制造公差，使制造容易。模具的间隙由配制保证，工艺比较简单，不必校核（1）根据磨损后轮廓变化情况，正确判断出模具刃口尺寸类型：磨损后变大，变小还是不变。（2）根据尺寸类型，采用不同计算公式。磨损后变大的尺寸，采用分开加工时的落料凹模尺寸计算公式。磨损后变小的尺寸，采用分开加工时的冲孔凸模尺寸计算公式。磨损后不变的尺寸，采用分开加工时的孔心距尺寸计算公式。（3）刃口制造偏差可按工件相应部位公差值的1/4来选取。对于刃口尺寸磨损后无变化的制造偏差值可取工件相应部位公差值的1/8并冠以（±）。第27页，课件共72页，创作于2023年2月冲制图示零件，材料为Q235钢，料厚t=0.5mm。计算冲裁凸、凹模刃口尺寸及公差。三、例1解：由图可知，该零件属于无特殊要求的一般冲孔、落料。

外形和18±0.09由冲孔同时获得。查表2.3.3得，由落料获得，，则由公差表查得：为IT12级，取x=0.75；设凸、凹模分别按IT6和IT7级加工制造，则冲孔：

≤校核：0.008+0.012≤0.06-0.040.02=0.02（满足间隙公差条件）为IT14级，取x=0.5；第28页，课件共72页，创作于2023年2月孔距尺寸：=L±=18±0.125×2×0.09=(18±0.023)mm校核：0.016+0.025=0.04>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：≤=0.4×0.02=0.008mm=0.6×0.02=0.012mm落料：≤故：第29页，课件共72页，创作于2023年2月例2案例分析：电机转子落料：

A类尺寸：Φ47.2\Φ32\Φ23\R1\2\20°B类尺寸：Φ45\R1.5\Φ20\3C类尺寸：Φ42\Φ34\30°\120°冲孔：

A类尺寸：无

B类尺寸：

C类尺寸：无第30页，课件共72页，创作于2023年2月计算A类刃口尺寸计算B类刃口尺寸第31页，课件共72页，创作于2023年2月例3案例分析：电机定子落料：A类尺寸：60\B类尺寸：R3C类尺寸：74\40\50\63冲孔：A类尺寸：R5\R1.5B类尺寸：；；；R3\69C类尺寸：54\28第32页，课件共72页，创作于2023年2月计算A类刃口尺寸计算B类刃口尺寸第33页，课件共72页，创作于2023年2月计算C类刃口尺寸

74d=74±0.125×0.74=74±0.09240d=40±0.125×0.62=40±0.07750d=50±0.125×0.74=50±0.09263d=63±0.125×0.74=63±0.09254d=54±0.125×0.74=54±0.09228d=28±0.125×0.52=28±0.065第34页，课件共72页，创作于2023年2月例4案例分析：机芯自停杆落料：A类尺寸：2.4\4.8\9\R1\6\1\7.8\1.5\2B类尺寸：0.8\0.5\3\R2\R1C类尺寸：1\7.3\5\0.9\16.5\7.6\8.5\10\7

单边增大：32\6\1\0.3冲孔：A类尺寸：无

B类尺寸：1；5；

C类尺寸：无第35页，课件共72页，创作于2023年2月计算A类刃口尺寸第36页，课件共72页，创作于2023年2月计算B类刃口尺寸第37页，课件共72页，创作于2023年2月计算C类刃口尺寸1d=1±0.125×0.25=1±0.0317.3d=7.3±0.125×0.36=7.3±0.0455d=5±0.125×0.3=1±0.0370.9d=0.9±0.125×0.25=0.9±0.03116.5d=16.5±0.125×0.43=16.5±0.054

7.6d=7.6±0.125×0.36=7.6±0.0458.5d=8.5±0.125×0.36=8.5±0.04510d=10±0.125×0.36=10±0.0457d=7±0.125×0.36=7±0.045第38页，课件共72页，创作于2023年2月计算单边增大刃口尺寸第39页，课件共72页，创作于2023年2月刃口尺寸计算练习：以配合加工法计算电位器接线片的凸、凹模刃口尺寸。第40页，课件共72页，创作于2023年2月第五节冲裁力

1.冲裁力的计算

冲裁力：冲裁过程中凸模对板料施加的压力。用普通平刃口模具冲裁时，冲裁力F一般按下式计算：注：F——冲裁力(N)；L——冲裁周边长度(mm)；t——材料厚度(mm)；——材料抗剪强度(MPa)；K——系数。一般取K＝1.3K值与冲裁间隙、模具刃口锋利成度、压力机状况、模具润滑情况及模具设计安全系数等有关。卸料力2、卸料力、推件力及顶件力的计算推件力顶件力——卸料力、推件力、顶件力系数，见表3-8；n——同时卡在凹模内的冲裁件(或废料)数。式中h——凹模洞口的直刃壁高度；t——板料厚度。

式中第41页，课件共72页，创作于2023年2月F卸=K卸F顶

F推=nK推F顶

F顶=K顶F顶

压力机的公称压力必须大于或等于各种冲压工艺力的总和Fz三、压力机公称压力的确定采用弹性卸料装置和下出料方式的冲裁模时：采用弹性卸料装置和上出料方式的冲裁模时：采用刚性卸料装置和下出料方式的冲裁模时：第42页，课件共72页，创作于2023年2月1．阶梯凸模冲裁四、降低冲裁力的方法2．斜刃冲裁

3．加热冲裁（红冲）阶梯凸模冲裁凸模斜刃冲裁凹模斜刃冲裁第43页，课件共72页，创作于2023年2月课堂练习题计算如图所示，零件材料为Q235，料厚为2㎜。计算冲压力，确定压力机公称压力。第44页，课件共72页，创作于2023年2月案例分析：电机转子t=0.35mm；τ=560MPa1）单工序模落料模：L=69.15×12=829.8mm冲裁力：卸料力：F卸=K卸F=0.07×211433=14800(N)推料力:F=nKF=10×0.065×211433=137431(N）总冲压力：

FΣ=F+F卸+F推

=211433+14800+137431=363664（N）

第45页，课件共72页，创作于2023年2月冲孔切口模：L=17.93×3+10=63.79mm冲裁力：卸料力：F卸=K卸F=0.07×2548=178(N)推料力:F推=nK推F=10×0.065×2548=1656(N)总冲压力：FΣ=F+F卸+F推=16254+178+1656=18088(N)

第46页，课件共72页，创作于2023年2月2）复合工序模L=69.15×12+17.93×3+10=893.59mm冲裁力：卸料力：F卸=K卸F=0.07×227687=15938(N)顺装顶料力：若全采用弹性：F顶=K顶F=0.08×(211433+2548)=17115(N)

总冲压力：FΣ=F+F卸+F顶=227687+15938+17115=260740(N)

若上模采用刚性：F顶=K顶F=0.08×211433=16915(N)总冲压力：FΣ=F+F卸+F顶=227687+15938+16915=260540(N)第47页，课件共72页，创作于2023年2月倒装推料力:F推=nK推F=10×0.065×2548=1565(N)采用弹性顶料：

F顶=K顶F=0.08×211433=16915(N)总冲压力：

FΣ=F+F卸+F顶+F推

=227687+15938+16915+1565=262105(N)采用刚性顶料：

FΣ=F+F卸+F推

=227687+15938+1565=245190(N)第48页，课件共72页，创作于2023年2月案例分析：电机定子与转子级进模采用弹压卸料、下出料形式

L=50.27+50.27+693.23+37.70+31.42+502.91+218.67+169.45+251.25+114=2119.17(mm)冲裁力：第49页，课件共72页，创作于2023年2月卸料力：

F卸=K卸F=0.07×539965=37796(N)

推料力:F推=nK推F=10×0.065×539965=350977(N)

总冲压力：

FΣ=F+F卸+F推

=539965+37796+350977=928738(N)第50页，课件共72页，创作于2023年2月第六节冲裁工件的排样

学习目标：了解排样与材料利用率的关系，熟悉排样的分类方法，理解搭边在冲压工艺上的作用。教学要求：能够根据冲裁件的形状确定排样形式，会查表确定搭边值，利用公式计算材料利用率。排样:合理的排样：冲裁件在条料、带料或板料上的布置方法。排样方案是模具结构设计的依据之一。提高材料利用率、降低成本，保证冲件质量及模具寿命的有效措施。1-结构废料2-工艺废料第51页，课件共72页，创作于2023年2月一、排样原则1提高材料的利用率2使工人操作方便、安全、减轻工人的劳动强度3使模具结构简单，模具寿命高4应能保证冲裁件的质量排样设计的主要工作内容：选择排样方法、确定搭边数值、计算条料宽度及送料步距、画出排样图、核算材料的利用率。二、排样方法根据材料的合理利用情况，条料排样方法可分为三种：1.有废料排样（a）2.少废料排样（b）3.无废料排样（c）有废料排样少废料排样无废料排样第52页，课件共72页，创作于2023年2月有废料排样：指排样时，制件与制件之间、制件与条料边缘之间均有余料存在。特点：冲裁件质量完全由冲模保证，精度高，且搭边保护模具，但材料利用率低。少无废料排样：指制件与制件之间、制件与条料边缘之间存在较少或没有余料。特点：模具结构简化、冲裁力降低、材料利用率提高，但受板料和定位影响，工件精度降低，且凸模单边受力，易被破坏，加剧模具磨损，影响冲裁件的断面质量。第53页，课件共72页，创作于2023年2月按排列形式分直排法：适用于外形为方、矩形冲件。斜排法：适用椭圆形、T形、L形、S形冲件。直对排法：适用于梯形、三角形、半圆形、T形、Ш形、Ц形冲件。第54页，课件共72页，创作于2023年2月斜对排：适用T形冲件，且比直对排节省材料。斜对排排样混合排法：适用于材料与厚度相同的两种以上不同形状冲件的套排。电机定子、电机转子多行排法：适用于大批量生产中尺寸不大的圆形、六角形、方形、矩形等冲件。第55页，课件共72页，创作于2023年2月整裁余料(搭边)法：适用于尺寸较小且形状较简单的冲件。电位器接线片分次裁切余料(搭边)法：适用于尺寸较小且形状较复杂的冲件。第56页，课件共72页，创作于2023年2月三、搭边搭边：排样时冲裁件之间以及冲裁件与条料侧边之间留下的工艺废料。搭边的作用：

一是补偿定位误差和剪板误差，确保冲出合格零件；二是增加条料刚度，方便条料送进，提高劳动生产率；搭边还可以避免冲裁时条料边缘的毛刺被拉人模具间隙，从而提高模具寿命。影响搭边值的因素（1）材料的力学性能

硬材料的搭边值可小一些；软材料、脆材料的搭边值要大一些。（2）材料厚度

材料越厚，搭边值也越大。

（3）冲裁件的形状与尺寸

零件外形越复杂，圆角半径越小，搭边值取大些。（4）送料及挡料方式

用手工送料，有侧压装置的搭边值可以小一些；用侧刃定距比用挡料销定距的搭边小一些。（5）卸料方式弹性卸料比刚性卸料的搭边小一些。第57页，课件共72页，创作于2023年2月搭边值的确定表3-10为最小搭边值的经验数表之一，供设计时参考。第58页，课件共72页，创作于2023年2月四、条料宽度、送料步距与导料板间距离的计算1．有侧压装置时条料的宽度与