冲压工艺与模具设计课件(2016)

1、章节链接,第1篇 冲压工艺概述 第1章 冲压工艺基础知识 第2章 冲压工艺基础理论 第2篇 冲压工艺与模具设计 第3章 冲裁工艺与模具设计 第4章 弯曲工艺与模具设计 第5章 拉深工艺与模具设计 第6章 成形工艺与模具设计 第7章 冲压工艺设计方法及设计实例 第3篇 先进冲压工艺与模具 第8章 多工位级进冲压工艺与模具设计 第9章 汽车覆盖件成型工艺与模具设计 第10章 精密冲压工艺与模具 第11章 数控冲压工艺与模具,第1章 冲压工艺基础知识 第2章 冲压工艺基础理论,第1篇 冲压工艺概述,1.1 冲压工艺特点及应用 1.2 冲压工艺分类 1.3 冲压材料 1.4 冲压设备 1.5 冲压常用

2、标准 1.6 冲压技术现状及发展,第1章 冲压工艺基础知识,能力要求,了解冲压的应用，能根据冲压件的结构特征初步 判断出该冲压件所需的基本冲压工序 熟悉冲压材料的种类及供应规格 熟悉常用冲压设备的类型及适应工艺,冲压过程现场录像普通冲压,冲压过程现场录像普通冲压,冲压过程现场录像自动冲压,冲压过程现场录像自动高速冲压,1.1.1 冲压的概念,日常生活用品,1.1 冲压工艺特点及应用,食品行业,电机行业,仪器、仪表行业,家用电器、电脑行业,空调背板,洗衣机滚筒,电子行业,接插件端子,电子行业,汽车行业,航空业及军事,苏33舰载战斗机,美国F18战斗机,什么是冲压？,在常温下，利用冲模在压力机上对

3、金属（或非金属）板料施加压力，使其产生分离或塑性变形，从而得到具有一定形状、尺寸和性能的零件。,分离,塑性变形,冲压的概念,由冲压概念可知：, 生产率高，操作简单，便于实现机械化和自动化。,1.1.2 冲压的特点及应用, 材料利用率高，一般可达70%85%，有的高达95%。 可得到其它加工方法难以加工或无法加工的形状复杂的零件，如 薄壳拉深件。 可得到重量轻，刚性好，强度大的零件。 不需要加热，可以节省能源，且表面质量好。 (7)大量生产时，产品成本低。, 尺寸精度高，互换性好。,由此可见，冲压能集优质、高效、低能耗、低成本于一身，这是其它加工方法无法与之相比拟的，因此冲压的应用十分广泛，如汽

4、车，拖拉机行业中，冲压件占60%70%，仪器仪表占到6070%，还有日常生活中的各种不锈钢餐具等等。从精细的电子元件，仪表指针到重型汽车的覆盖件和大梁以及飞机蒙皮等均需冲压加工。,冲压加工的缺点,传统加工方法和手段及传统模具材料,自动叠铆级进模：98万元,模具制造周期长，成本高。,车门板修边冲孔模：98万元,如采用低熔点合金材料制造模具 采用快速原型制造技术制造模具 采用经济模具。,但随着先进的模具加工技术及非传统意义上的模具材料的出现，这种缺点也可逐渐被克服。,缺点将不复存在,总之，模具工业是 一个国家的基础工业，模具设计与模具制造水平的高低已成为衡量一个国家产品制造水平的高低。 发达国家非

5、常重视模具的发展，日本认为：“模具就是进入富裕社会的原动力”；德国：“金属加工业中的帝王”；罗马尼亚：“模具就是黄金”；模具在国际上被认为是点石成金的行业。不过这里的模具还包括塑模、锻模、压铸模、橡胶模、食品模、建材模等等，但目前以冷冲模和塑料模的应用最广，各占40%左右。,1.2 冲压工艺分类,1.按变形性质分类,分离工序 成形工序,（1）分离工序,冲压成形时，被加工材料在外力作用下产生变形，当变形区材料受到的剪切应力达到材料的抗剪强度，材料便产生剪切而分离，从而形成一定形状和尺寸的零件。分离工序主要有剪裁、冲孔、落料、切口、剖切等。,落料,剪切,分离工序示意,有分离现象发生，但不改变空间形

6、状,表1-1 分离工序,表1-1 分离工序（续）,冲压成形时，被加工材料在外力作用下，变形区材料所受到的等效应力达到材料的屈服极限s，但未达到强度极限b，使材料只产生塑性变形，从而得到一定形状和尺寸的零件。成形工序主要有弯曲、拉深、翻孔、缩口、胀形等。,（2）成形工序,D,只改变毛坯形状，不发生分离,成形工序示意,表1-2 成形工序,表1-2 成形工序（续）,伸长类成形：变形区的最大主应力为拉应力，其破坏形式 为拉裂，特征是厚度减薄。 压缩类成形：变形区的最大主应力为压应力，其特征是厚 度增厚，破坏形式为起皱。,2. 按变形区受力性质分,拉深压缩类成形,胀形伸长类成形,3. 按基本变形方式分,

7、冲裁 弯曲 拉深 成形,4. 按工序组合形式分,单工序冲压 复合冲压 级进冲压,1.3 冲压材料,冲压对板料的基本要求 满足使用性能要求 满足冲压工艺的要求,满足使用性能要求是第一位的，在满足使用性能 要求的前提下尽可能地满足冲压工艺要求。,1.3.1 冲压材料的工艺要求,1.冲压成形性能,冲压成形性能是指板料对冲压工艺的适应能力。,两种失稳： 拉伸失稳 在拉应力的作用下出现局部缩颈或断裂； 压缩失稳 在压应力的作用下失稳起皱。 前者如低碳钢拉伸实验中的缩颈现象，后者如压杆失稳现象。 这样就有了成形极限，有总体成形极限和局部成形极限之分，成形极限愈高说明冲压成形性能愈好。,（1）抗破裂性是指板

8、料在变形中抵抗破坏的能力。 （2） 贴模性 是指板料在冲压成形过程中取得与模具形状一 致的能力。 （3）定形性是指零件脱模后保持其在模内所得形状的能力。,如何衡量板料的冲压成形性能？,板料的冲压成形性能可以通过板料的力学性能指标来衡量。力学性能指标可通过试验获得。,板料冲压成形性能试验方法： 直接试验：采用专用设备直接模拟实际冲压工 艺过程进行试验。 间接试验：采用通用设备，通过拉伸、剪切、 硬度测试、金相试验等方法获得材 料的有关性能指标。,（1）直接试验方法,如锥杯试验（GB/T 15825.6-2008),（2）间接试验方法,如低碳钢的拉伸试验等,（ 1）总延伸率与均匀延伸率b 好 允许

9、产生较大的塑性变形 （2）屈强比s /b s/b 小 抗破裂性、定形性、贴模性好 （3）弹性模量E 弹性模量E大 定形性好,影响冲压成形性能的力学指标,（4）硬化指数n n大 不易产生裂纹 （5）塑性应变比 = b /t大 抗破裂性好 （6）塑性应变比各向异性系数 =（0 +90 - 245 ）/2 大各相异性愈严重,2.对化学成分的要求 钢中一些元素的含量不同会导致材料的塑性、脆性不同。 3.对金相组织的要求 不同的金相组织会导致材料具有不同的强度，塑性等力学性 能。,4.对表面质量的要求 要求表面光滑、无氧化皮、裂纹、划伤等缺陷。 5.对材料厚度公差的要求 一定的厚度对应一定的模具间隙，材

10、料厚度公差应符合国标。,1常用冲压材料 金属板料：黑色金属；有色金属 非金属板料：胶木板、橡胶板、塑料板等,1.3.2 常用冲压材料及下料方法,金属板料规格：钢带、钢板、纵切钢带等,钢板和钢带的尺寸范围（GB/T708-2006）,1）钢板和钢带（含纵切钢带）的公称厚度为 0.3mm4.0mm 之间，公称厚度在1mm以下的钢板和钢带有按0.05mm倍 数的任何尺寸；公称厚度在1mm以上的钢板和钢带有按 0.1mm倍数的任何尺寸。 2）钢板和钢带的公称宽度在600mm2050mm之间，有按 10mm倍数的任何尺寸。 3）钢板的公称长度在1000mm6000mm之间，按50倍数的任 何尺寸。 4）

11、根据需方要求，经供需双方协商，可以供应其他尺寸的钢板 和钢带。,2.冲压材料的下料方法,（1）剪板机下料,（2）圆盘剪床下料,（3）其他下料方法,激光切割机 等离子切割机 高压水切割机 电火花线切割机 电冲剪等,1.4 冲压设备,冲压设备的选用原则： 冲压工序的性质：分离或成型工序 冲压力的大小：开式、闭式 模具结构形式 模具闭合高度、轮廓尺寸 生产批量 生产成本 产品质量 结合单位现有设备条件,冲压设备类型,按照滑块驱动力不同有机械压力机、液压机和气压机等； 按照床身的结构不同有开式和闭式压力机等； 按照滑块数量不同有单动（一个滑块）、双动（2个滑 块）压力机等； 按照连杆数量不同有单点（一

12、个连杆）、双点（2个连 杆）、四点（四个连杆）压力机等 ,开式曲柄压力机,数控转塔冲床,多工位压力机,液压机,闭式单点曲柄压力机,闭式双点曲柄压力机,1.曲柄压力机工作原理及主要组成,曲柄连杆机构：由曲轴，连杆和滑块一起组成曲柄连杆机构，其中连杆长度可调节，适合不同尺寸的模具。,（1）工作机构,（2）传动系统 电动机、皮带、飞轮、齿轮等组合 （3）操作系统 空气分配系统、离合器、制动器、 电气控制箱等 （4）支承部件 机身：开式、闭式 （5）辅助系统 气路系统、润滑系统 （6）附属装置,（1）型号 1）锻压机床类别： J-机械压力机 D-锻机 Y-液压压力机 A-剪切机,Z-自动压力机 W-弯

13、曲校压机 C-锤 T-其它,2）曲柄压力机代号说明 JB23-63A J-压力机类别 B-变型设计代码 2-压力机的列别 3-压力机的级别 63-公称压力 A-改进设计号,2.压力机的型号和技术参数,63T开式双柱可倾式第二种改进型压力机,（2）技术参数 1）公称压力 F,2）公称压力行程 S F 3） 滑块行程S 上死点下死点 4）滑块行程次数n 上死点下死点 上死点 5）压力机的闭合高度 6）工作台板及滑块底面尺寸 7）喉深C 8）模柄孔尺寸,指滑块在下死点前某一位置滑块所具有的压力。,1.5 冲模常用标准,1.国家标准（GB或GB/T，T为推荐标准） 2.机械行业标准（JB/T）,标准查

14、询网站：,冲模部分标准名称及代号,1.6 冲压技术的现状与发展,1.6.1 冲压技术的现状 1冲压模具市场情况 2冲压成形工艺与理论研究 3冲压模具设计与制造 4冲压技术的数字化与信息化 5冲压设备及自动化 6冲压模具标准化及专业化 1.6.2 冲压技术的发展趋势 1产品发展重点 2技术发展重点 3其他发展重点,2.1 塑性成形基本概念 2.2 塑性成形力学基础 2.3 塑性成形基本规律,第2章 冲压工艺基础理论,能力要求,能利用冲压基本理论解释常见的冲压现象。,1.弹性与弹性变形 2.塑性与塑性成形 3.塑性指标 4.变形抗力 5.内力与应力,2.1 塑性成形基本概念,同一变形条件下不同的材

15、料具有不同的塑性，同一种材料在不同的变形条件下又会出现不同的塑性 。,2.2 塑性成形力学基础,1.应力状态 2.应变状态 3.屈服准则（塑性条件） 4.塑性变形时应力应变关系,3种主应变状态,9种主应力状态,2.3 塑性成形基本规律,1.加工硬化规律 2.卸载弹性恢复规律 3.最小阻力定律 4.塑性变形体积不变定律,拉深,翻孔,胀形,思考题,1.试说明冲压加工的含义 2.简述冲压加工的特点 3.试说明冲压加工的种类 4.简述冲压技术的发展趋势 5.冲压对板料的基本要求有哪些？ 6.板料的力学性能对冲压成形性能有哪些影响？ 7.常用的冲压原材料有哪几种规格？ 8.试列举冲压加工设备的主要类型

16、9.冲床的主要技术参数与模具有怎样的关系？,第2篇 冲压工艺与模具设计,第3章 冲裁工艺与模具设计 第4章 弯曲工艺与模具设计 第5章 拉深工艺与模具设计 第6章 成形工艺与模具设计 第7章 冲压模具设计方法及设计实例,第3章 冲裁工艺与模具设计,3.1 冲裁变形过程分析 3.2 冲裁件质量分析及控制 3.3 冲裁工艺计算 3.4 冲裁工艺设计 3.5 冲裁模总体结构设计 3.6 模具主要零件的设计与标准的选用 3.7 冲裁设备的选择与校核 3.8 冲裁模设计举例,能力要求,能根据冲裁件的废品形式分析其产生的原因， 熟悉解决的措施。 能独立完成单工序冲裁模、23工序复合的复 合冲裁模、3工位左

17、右的级进冲裁模模具设计。,冲裁结束的标志：凸模穿过板料进入凹模,这就是“冲裁”,冲裁的概念,冲裁的概念,冲裁就是利用模具使板料的一部分与另一部分沿着一定的轮廓形状产生分离的一种冲压工序。简单地说冲裁就是利用模具使板料产生分离的过程。,主要基本冲裁工序：落料和冲孔,落料与冲孔均是利用模具使板料的一部分与另一部分沿一封闭的轮廓线相分离。 落料的目的是得到封闭轮廓线以内的部分。 冲孔的目的是得到封闭轮廓线以外的部分。,冲裁用的模具叫冲裁模,冲裁模特点： 凸、凹模之间有间隙 刃口锋利,冲裁分类,根据冲裁变形机理的不同，冲裁可分为： 普通冲裁 精密冲裁 微冲裁,本章主要讨论普通冲裁,3.1.1 冲裁过程

18、板料受力情况分析,3.1 冲裁变形过程分析,模具与板料开始接触瞬间,冲裁过程中,3.1.2 冲裁变形过程,1.弹性变形阶段,2.塑性变形阶段,3.断裂分离阶段,模具间隙合适时，冲裁变形过程可分为：,冲头刚接触板料的初始阶段，发生弹性变形。,1.弹性变形阶段,初始塌角（圆角） 材料翘曲,2.塑性变形阶段,更大的塌角 塑性剪切光亮带 内部应力达到极限 刃口附近出现微裂纹,3.断裂分离阶段,产生粗糙而带有锥度的断裂带 毛刺形成,重要结论 (不考虑弹性回复）,落料件尺寸= 凹模刃口尺寸 冲孔件尺寸= 凸模刃口尺寸,凸模行程,冲裁力,Fmax,冲裁过程力的变化,3.1.3 冲裁变形区位置,冲裁变形区位于

19、上、下刃口连线的纺锤形区,冲裁件质量指：,断面质量: 垂直、光洁、毛刺小 尺寸精度:图纸规定的公差范围内 形状误差:外形满足图纸要求；表面平直，即拱弯小,3.2 冲裁件质量分析及控制,正常间隙下，冲裁件断面由四个部分组成：,3.2.1 冲裁件断面特征及其影响因素,1.冲裁件的断面特征,冲裁件断面特征实物图片,质量最好的部分：光亮带,毛刺产生的位置,裂纹不对刃尖，而是在凸、凹模侧面稍上一点的位置,2.影响冲裁件断面质量的因素,()材料性能的影响,()模具间隙的影响,间隙过小，出现二次剪裂，产生第二光亮带,间隙过大，断面质量最差,间隙合适，上下裂纹重合，断面质量好,间隙偏小，断面质量较好,间隙偏大

20、，断面质量下降,间隙对剪切裂纹与断面质量的影响,间隙合理,间隙过小,间隙过大,()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。,凸模磨钝,凹模磨钝,凸、凹模均磨钝,冲裁件的尺寸精度是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（模具零件加工和装配） （2）材料的性质 （3）冲裁间隙,3.2.2 冲裁件尺寸精度及其影响因素,翘曲是指冲裁件呈曲面

21、不平现象。,变形是由于坯料的边缘冲孔或孔距太小等原因， 因挤压而产生的。,3.2.3 冲裁件形状误差及其影响因素,3.2.4 冲裁件质量控制,1. 模具工作部分尺寸偏差的控制 2. 模具间隙的控制 3. 冲裁材料的控制 4. 其他方面因素的控制,3.3 冲裁工艺计算,3.3.1 排样设计 1.排样与材料利用率,排样是指冲裁件在板料或条料上的布置方法。,合理的排样：提高材料利用率、降低成本，保证冲件质量 及提高模具寿命。,排样的优劣如否，如何衡量？,（1）排样,（2）材料利用率,材料利用率是指零件的实际面积与所用材料面积的百分比。,一个步距内的材料利用率,一张板料(或带料、条料)上总的材料利用率

22、：,废料的种类： 结构废料：由工件的结构需要而产生，如冲孔废料 工艺废料：为完成冲压工艺而需要设置的废料， 包括工件与工件之间，工件与条料侧边 之间，定位孔、料头、料尾等。,（3）提高材料利用率的方法,减少工艺废料的措施,设计合理的排样方案； 选择合适的板料规格和合理的裁板法(减少料头、料尾和 边余料）； 利用废料作小零件等。,利用结构废料的措施,当材料和厚度相同时，在尺寸允许的情况下，较小尺寸的 冲件可在较大尺寸冲件的废料中冲制出来。 在使用条件许可下，也可以改变零件的结构形状，提高材 料利用率。,改变结构形状提高材料利用率,哪种结构更有利于节省材料？,2.排样类型,排样形式,排样形式的选择

23、,零件的形状 零件精度 材料利用率 模具结构 模具寿命 操作的方便与安全,搭边：排样时，工件与工件之间， 工件与条（板）料边缘 之间的工艺余料。有搭边a1和侧搭边a之分。,（1）搭边及其作用,3搭边、进距及料宽的确定,用于定位； 补偿定位误差和剪板误差，确保冲出合格零件； 增加条料刚度，方便条料送进，提高劳动生产率； 提高模具寿命。,搭边的作用,搭边值的确定,确定原则：满足作用的前提下取最小值，具体的可查阅相关的设计资料，如书中表3-3,（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

24、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。 （5）卸料方式：弹性卸料比刚性卸料的搭边小一些。,（2）进距的确定,进距也称步距，是指模具每冲裁一次，条料在模具上前进的距离。,（3）料宽的确定,条料宽度的确定与条料在模具中 的定位方式有关: 导料板和挡料销定位 导料板内带侧压装置 导料板内不带侧压装置 导料板和侧刃定位,条料始终靠一边的导料板送进，故：,1）有侧压装置时条料宽度的确定,裁板误差,2）无侧压装置时条料宽度的确定,理想送料状态,实际送料状态,3）侧刃定位时条料宽度的确定,4）裁板方式,分别计算纵、横, 比较取大者。

25、 实际生产中还需考虑生产效率和操作方便等。,可纵裁 , 亦可横裁,轧制方向,5）排样图的绘制,一张完整的排样图应标注条料宽度尺寸、步距S、工件间搭边和侧搭边。排样图通常画在总装配图右上角 。,模具装配图的绘制要求,3.3.2 冲裁工艺力与压力中心的计算,冲裁工艺力主要包括： 冲裁力 卸料力 推件力 顶件力,冲裁力是指冲裁时所需的压力。这里指冲裁过程中的最大值。,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； L 剪切长度； t 材料厚度；, 材料抗剪强度； K 安全系数。一般取K1.3,F,1.冲裁力的计算,“L” 的含义剪切长度,2.卸料力、推件力和顶件力的计算,卸料

26、力是指从凸模或凸凹模上将制件或废料卸下来所需的力 。,推件力是指从凹模内顺冲裁方向将制件或废料推出所需的力。,顶件力是指从凹模内逆冲裁方向将制件从凹模孔内顶出的力。,K卸、K推、K顶卸料力、推件力、顶件力系数，见表3-8； n同时卡在凹模刃口内的冲裁件(或废料)数。,式中 h凹模洞口的直刃壁高度； t板料厚度。,卸料力、推件力及顶件力的计算公式,3.压力中心的计算,压力中心就是冲压合力的作用点。 形状对称的冲裁件，其压力中心 位于冲裁轮廓的几何中心上。 复杂形状工件或多凸模冲裁件的冲裁压力中心，可按力矩平衡原理进行解析计算。,1）按比例将冲裁工件的冲裁轮廓画出。 2）建立直角坐标系xoy。 3

27、）将冲裁件的冲裁轮廓分解为若干直线段和圆弧段L1、L2、 L3Ln等基本线段。 4）计算各基本线段的长度及其重心到坐标轴x、y的距离y1、y2、y3yn和x1、x2、x3xn。 5）计算压力中心坐标xc、yc。,单凸模冲压复杂形状冲裁件压力中心计算,多凸模冲压时压力中心的计算,1）按比例将各凸模的轮廓画出 2）建立直角坐标系xoy 3）求出每个凸模的重心坐标（xi，yi） 4）计算各凸模的冲切长度Li 5）计算压力中心坐标xc、yc,3.4 冲裁工艺设计,冲裁件的工艺性分析 冲裁工艺方案确定,冲裁件的工艺性分析,冲裁件的工艺性是指冲裁件对冲裁工艺的适应性。是从产品设计角度提出的要求。 冲裁工艺

28、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。 冲裁件的工艺性由其结构形状、精度要求、形位公差和技术要求等方面决定。,1.冲裁件的结构工艺性,（1）冲裁件的结构尽可能简单、对称，尽可能有利于材料 的合理利用。,对比两 种结构,（2）冲裁件的外形和内孔应避免尖锐的清角，宜有适当的 圆角。,（3）冲裁件上应避免窄长的悬臂和凹槽。一般凸出 和凹入部分的宽度B 应大于或等于板厚t 的1.5 倍，即B1.5 t。 （4）孔边距、孔间距 应大于或等于板厚t 的1.5 倍。,（5）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。 （6）冲孔时，孔的尺寸不应

29、太小。,2.冲裁件的尺寸精度（表3-11部分）（ GB/T13914-2002 ）,共分为11级，用符号ST表示，从ST1到ST11逐级降低 。,表3-12 普通冲裁件公差等级选用（GB/T13914-2002）,3.冲裁件的断面粗糙度,例3-3 图示冲裁件，材料Q235，料厚2mm，试分析其冲裁 工艺性。,分析： （1）该冲裁件结构对称，无凹槽、悬臂、尖角等，符合冲裁 工艺要求 （2）由表3-11和表3-12可知，内孔和外形尺寸的精度以及孔 心距的精度等级均属于一般精度要求，采用普通冲裁即 可冲出。 （3）由图3-42和表3-9可知，所冲孔的尺寸及孔边距和孔间 距尺寸均满足最小值要求,可以采

30、用复合冲压。 （4）Q235是常用的冲压用材料，具有良好的冲压工艺性。,综上所述，该冲裁件的冲裁工艺性良好，适合冲压。,在工艺分析的基础上，从结构、精度、尺寸、批量等方面综合考虑，需解决： 基本冲压工序 基本冲压工序的组合 冲裁顺序的安排,3.4.2 工艺方案的确定,1.基本工序数的确定,冲裁件所需的基本工序数可由其形状作直接判断。,落料 冲孔,落料,落料 冲孔,基本工序数确定举例,2.基本冲压工序的组合,单工序冲裁：在冲床的一次行程中，只能完成一道冲压工序 复合冲裁：只有一个工位，并在压力机的一次行程中，同时 完成两道或两道以上的冲压工序。 级进冲裁：在压力机一次行程中，在送料方向连续排列的

31、多 个工位上同时完成多道冲压工序。,与之对应的模具分别是单工序冲裁模、复合冲裁模和级进冲裁模,只有一个工位，并在压力机的一次行程中，同时完成两道或两道以上的冲裁工序的模具。,复合冲裁模,在压力机一次行程中，在送料方向连续排列的多个工位上同时完成多道冲裁工序的模具。,级进冲裁模,三种类型模具的比较,工序是否复合，如何选择？,结构、尺寸 生产效率 精度 操作方便、安全 生产批量 模具成本,一般原则是： 大量生产时采用复合或级进冲 压，小批量生产时宜采用单工 序模生产。 大型尺寸宜采用单工序或复合模 小尺寸且精度要求高，即使批量 小也宜采用复合或级进模生产,（1）级进冲裁的顺序安排 1）先冲孔（缺口

32、或工件的结构废料），最后落料或切断， 将工件与条料分离。 2）采用定距侧刃时，侧刃切边工序一般安排在前，与首次 冲孔同时进行，以便控制送料进距，采用两个定距侧刃 时，也可安排成一前一后。,3.冲裁顺序的安排,级进冲压的工序顺序安排举例,4. 冲裁工艺方案确定的基本步骤,分析产品的冲裁工艺性 列出所需的基本冲压工序 列出可能的若干个方案 分析比较得出最佳方案,冲压方案确定方法举例,例3-4 冲制图示零件，年产量300万件，要求制定其冲压 工艺方案。,1）该冲裁件结构对称，无凹槽、悬臂、尖角等，符合冲裁 工艺要求。 2）由表3-11和表3-12可知，内孔和外形尺寸的精度以及孔 心距的精度等级均属于

33、一般精度要求，采用普通冲裁即 可冲出。 3）由图3-42和表3-9可知，所冲孔的尺寸及孔边距和孔间 距尺寸均满足最小值要求,可以采用复合冲裁。 4）Q235是常用的冲压用材料，具有良好的冲压工艺性。 综上所述，该冲裁件的冲裁工艺性良好，适合冲压。,（1）分析冲压工艺性,该零件需要落料、冲孔两个基本冲裁工序，根据上述工艺分析可 以列出以下三种工艺方案：方案一：采用单工序模生产，即先落料，后冲孔。方案二：采用复合模生产，即落料-冲孔同时进行。方案三：采用级进模生产，即冲孔-落料连续完成。,（2）确定冲压工艺方案,（3）分析比较,方案一模具结构简单，但需两道工序、两副模具，生产率较低， 难以满足大量

34、生产时对效率的要求。方案二只需一副模具，冲 裁件的形位精度和尺寸精度容易保证，生产率比方案一高，但 模具结构较方案一复杂，操作较不方便。方案三也只需要一副 模具，操作方便安全，生产率最高，模具结构较方案一复杂， 冲出的零件精度介于方案一和方案二之间，但由于产品本身的 精度要求不高，因此能满足产品的精度要求。通过对上述三种 方案的分析比较，该件的冲压生产采用方案三为佳。,3.5 冲裁模总体结构设计,3.5.1 冲裁模具的分类,模具装配图的一般画法：,明细表 标题栏,技术要求,3.5.2 冲裁模的典型结构,看图方法与步骤：,模具结构图的看图方法,看标题栏，了解模具名称 看工件图 看排样图，了解送料

35、方向，进而知道定位零件的大概位置 看主视图 找涂黑的料和工件 找使板料成形的工作零件 找定位零件，结合俯视图 找出件零件 找导向零件 找固定零件,单工序模也叫简单模，是指在压力机的一次行程中只 完成一道冲压工序的模具。,1单工序模典型结构,带刚性卸料装 置的落料模,带弹性卸料装 置的落料模,带有弹性卸料和顶料装置的单工序落料模,有分离现象产生,冲孔模,侧向冲孔模,斜楔式水平侧向冲孔模,2.级进模的典型结构,级进模又称连续模或跳步模，是指在压力机一次行程中， 在送料方向连续排列的多个工位上同时完成多道冲 压工序的模具,冲孔、落料级进模,用导正销定距的冲孔落料级进模,双侧刃定距的冲孔落料级进模,侧

36、刃和导正销联合定距的级进冲裁模,复合模是指只有一个工位，并在压力机的一次行程中，同时 完成两道或两道以上的冲压工序的模具 倒装复合模 正装复合模,3.复合模的典型结构,正、倒装复合模比较,正装式复合模,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-顶件块 10-带肩顶杆 11-冲孔凸模 12-挡料销 13-导料销,1-下模座 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-上模座 14-模柄 15-打杆 16、21-螺钉 17-冲孔凸模 18-凸凹模

37、 19-卸料板 22-挡料销,倒装式复合模,切边冲孔复合模,带有刚-弹性推件装置的倒装复合模,3.5.3 冲裁模的类型选择,对于单工序模，由于正装结构的模具出件方便，优先采用正装结构； 对于复合模，由于倒装复合模操作方便安全，实际生产中优先考虑倒装结构。当所冲板料较薄、孔间距稍小、对工件的平面度又有要求时，应选择正装结构的复合模。 在大批量生产中小型件时，广泛采用带有自动送料的级进模，以节省人工并提高生产效率。,3.6 模具主要零件的设计与标准的选用,工艺结构零件： 工作零件：凸模、凹模、凸凹模、侧刃 定位零件：导料板、挡料销、导正销等 卸料及推件零件：卸料板、推件块、顶件块、废料切断刀,辅助

38、结构零件： 导向零件：导柱、导套、导板 固定零件：固定板、垫板、模柄、上模座、下模座、螺钉、 销钉等,3.6.1 工作零件的设计与标准的选用,凸模 凹模 凸凹模 侧刃,作用是使材料产生分离，得到所需冲裁件形状和尺寸,（这里根据习惯仍将侧刃放在定位零件一节讲授）,1模具间隙的确定,冲裁模具间隙是指冲裁模具中凹模与凸模刃口侧壁之间的距离，用符号c表示，是指单面间隙 。（GB/T16743-2010）,（1）间隙对冲裁过程的影响,1）间隙C对零件质量的影响 适当降低间隙值，可有效提高冲裁件的断面质量。 2）间隙C对冲裁工艺力的影响 C增大 ，冲裁力F 冲有一定程度降低。 C增大，F卸、 F推 、 F

39、顶减小，则总的冲压力下降。 反之，当 Z 减小时，各冲裁工艺力都会增加，则总 冲压力增加。,模具的失效形式：磨损、凹模刃口涨裂、崩刃、变形等。 间隙C主要影响模具的磨损、刃口涨裂。,C 增大时，由于冲裁工艺力均减小，使得模具的磨损减小，凹模刃口涨裂减小，因此寿命提高。反之寿命缩短。,3）间隙C对模具寿命的影响,分析结果：,提高制件质量需要较小的模具间隙。 降低冲压力需要较大的模具间隙。 提高模具寿命需要较大的模具间隙。,？,（2）合理间隙值的确定,1）合理间隙值的理论计算 依据：上下刃口处产生的裂纹重合，模具间隙合理,2）查表确定法 表3-19 表3-20,表3-19 金属板料冲裁间隙分类,表

40、3-20 金属板料冲裁间隙值（GB/T16743-2010）,（3）冲裁间隙选用方法,选用金属板料冲裁间隙时，应针对冲裁件技术要求、使用特点和特定的生产条件等因素，首先按表3-19确定拟采用的间隙类别，然后按表3-20相应选取该类间隙值。,新模具的间隙应取间隙值中的最小值,2.凸、凹模刃口尺寸及公差的确定,（1）凸、凹模刃口尺寸的计算原则 ）落料时，选凹模作基准，首先设计凹模刃口尺寸，间隙通过减小凸模刃 口尺寸得到。 2）冲孔时，选凸模作基准，首先设计凸模刃口尺寸，间隙通过增大凹模刃 口尺寸得到。 3）取磨损后尺寸增大的基准模刃口尺寸等于或接近于工件的最小极限尺寸；取磨损后尺寸减小的基准模刃口

41、尺寸等于或接近于工件的最大极限尺寸。对磨损前后尺寸不发生变化的刃口尺寸取其等于工件的尺寸。 4）工件尺寸公差与冲模刃口尺寸的制造公差原则上按“入体”原则标注为单向偏差，即落料件和凸模刃口尺寸标注成单向负偏差，冲孔件和凹模刃口尺寸标注成单向正偏差，磨损后无变化的尺寸，一般标注双向偏差。,（2）刃口尺寸计算方法,刃口尺寸计算方法与模具加工方法有关，模具加工方法常见的有两种：,分别加工法 配合加工法,两种模具加工方法比较,1）凸模与凹模分别加工,磨损系数x值,表2.12 磨损系数x,刃口尺寸计算举例,例3-7 冲制图3-73所示零件，材料Q235，料厚t=2mm。计 算冲裁凸、凹模刃口尺寸及公差。,

42、解：由图3-73可知，该零件需要落料、冲孔两道冲裁工序完成， 下面分别计算其模具刃口尺寸及公差。 1）落料 以凹模为基准，由于形状规则，其模具采用分别加工法进行 加工。 查表3-19和表3-20得c=（7%10%）t，即： cmin =7%t=0.072=0.14mm； cmax=10%t=0.102=0.2mm； 查表3-24得磨损系数为：x=0.5； 查表3-25得凸、凹模的制造偏差分别为：p=0.014mm, d=0.02mm； 由表3-23公式计算得：,即,故模具精度合适,2）冲孔 以凸模为基准，因孔形简单，选用分别制造法加工其模具。 查表3-24得：=0.75 查表3-25得：p =

43、0.012mm,d =0.017mm 由表3-23公式计算得：,即,故模具精度合适,2）凸模与凹模配合加工,落料件,落料凹模,配合加工时落料模刃口尺寸计算公式,冲孔件,冲孔凸模,配合加工时冲孔模刃口尺寸计算公式,配合加工法时凸、凹模零件图绘制示例,落料件,落料凹模基准模,落料凸模非基准模,注意刃口尺寸公差的标注,3.工作零件的结构设计及标准的选用,（1）凸模的结构形式及其固定方法,设计凸模需解决的问题,结构形式 固定方式 尺寸设计 材料选用 热处理要求 校核,按截面形状分有圆形截面凸模和异形截面凸模,1）标准圆凸模的结构形式及固定方法 （JB/T5825-2008JB/T5829-2008 ）

44、,圆柱头直杆圆凸模（杆部直径D=136mm） 圆柱头缩杆圆凸模（杆部直径D=536mm） 锥头直杆圆凸模（刃口直径D=0.515mm） 60锥头缩杆圆凸模（杆部直径D=23mm） 球锁紧圆凸模（直径D=6.032mm）,材料推荐采用：Cr12MoV、Cr12、Cr6WV、CrWMn 硬度要求：Cr12MoV、Cr12、Cr6WV刃口5862HRC，头部固定部分4050HRC；CrWMn刃口5660HRC，头部固定部分4050HRC,圆柱头缩杆圆凸模的结构及固定方式,圆柱头缩杆圆凸模标准尺寸及标记示例（JB/T5826-2008）,标记示例：D=5mm，d=2mm，L=56mm的圆柱头缩杆圆凸模

45、标记为：圆柱头缩杆圆凸模 5256 JB/T5826-2008,大、中型圆凸模的结构形式及固定方法,冲小孔凸模结构形式与固定方法,2）异形凸模的结构形式及固定方法,台阶式结构：固定部分为圆形或矩形 直通式结构,异形凸模采用台阶式结构及固定方式,用压板固定侧面开槽异形凸模,用横销固定异形凸模,用挂台固定异形凸模,3）凸模尺寸的确定与模具结构有关,L=h1h2h3h附加,L=h1h2th附加,（3）凸模的强度校核,承压能力的校核 抗失稳能力校核,（2）凹模结构设计及标准的选用,凹模结构形式及固定方式 凹模刃口设计 凹模外形设计 凹模材料选用 凹模热处理要求,1）凹模的结构形式及固定方式,整体式 组

46、合式 镶块式,整体式凹模有矩形和圆形两种,整体式凹模普通冲压模里常用的结构,（JB/T7643.1-2008和JB/T7643.4-2008）,标记示例：L=125mm，B=100mm，H=20mm的矩形凹模标记为： 矩形凹模板12510020 JB/T7643.1-2008,整体式凹模固定方式,推荐材料： T10A， 9Mn2V， Cr12， Cr12MoV 热处理硬度： 6064HRC,固定方式螺钉、销钉直 接紧固于下模座中,组合凹模结构及固定方式,推荐材料： Cr12MoV、 Cr12、 Cr6WV、 CrWMn， 热处理硬度： 5862HRC。,镶块式凹模,2）凹模的刃口形式,3）凹模

47、的外形设计外形形状和尺寸,外形形状：圆形或矩形,凹模外形尺寸设计经验公式,由此得到凹模外形的计算尺寸为：,冲裁凹模的设计步骤：,凹模外形设计举例,例3-9 试设计图3-92所示工件落料凹模的外形及尺寸。 解：由于所冲形状接近于长方形，因此其凹模外形选择矩形。 根据工件的最大外形尺寸b=40+20=60mm和材料的厚度2mm查表3-29得：K=0.28，则可计算出凹模的各尺寸如下： H=Kb=0.2860=16.8mm c=（1.52）H=（1.52）16.8=25.2mm33.6mm， 取c=30mm。 则：L=40+19.88+302=119.88mm B=19.88+302=79.88mm

48、 这是计算出来的凹模外形尺寸，依据计算出来的尺寸查表3-31可知实际的凹模尺寸应该是： LBH=125mm80mm18mm,矩形凹模板的部分数据（JB/T7643.1-2008）,凸凹模是复合模中同时具有落料凸模和冲孔凹模作用的工作零件。它的内外缘均为刃口，内外缘之间的壁厚取决于冲裁件的尺寸,（3）凸凹模的设计,凸凹模的最小壁厚,求图示零件模具刃口尺寸及公差。已知材料Q235，未注尺寸公差按m级查表。,练习1,未注公差的线性尺寸极限偏差,未注公差的冲裁圆角线性尺寸极限偏差,作用：确定送进模具中的毛坯在模具中的准确位置,送进模具中的毛坯有两种形式：,条料（带料或卷料） 单个毛坯,3.6.2 定位

49、零件的设计与标准的选用,单个毛坯是被 “放进”模具指定位置,条料是沿着一定方向 被“推进”模具,单个毛坯定位举例,条料定位举例,1导料零件,常见的导料零件有： 导料板 导料销 侧压装置,作用是保证条料沿正确的方向送进模具,（1）导料板,通常为2块，分布在条料送进方向的2侧，利用螺钉销钉直接 固定在凹模上，有两种形式： 标准结构：推荐材料45钢，热处理硬度2832HRC 非标准结构 ：导料板和卸料板为一整体,作用是控制条料的送进方向,标准结构导料板的固定方式,导料板与凹模板外形平面尺寸相同,非标准结构导料板,导料板与卸料板做成一个整体,有承料板的结构,导料板比凹模板长,（2）导料销,一般至少需设

50、两个，并位于条料的同侧，为标准结构，材料推荐采用45钢，热处理硬度4348HRC,（3）侧压装置,挡料销,圆头挡料销 钩形挡料销,固定挡料销,始用挡料销 回带式挡料销 弹顶挡料销,活动挡料销,作用是控制条料送进模具的距离，即控制进距的. 常见的结构有挡料销，侧刃，导正销等。,2挡料零件,（1）固定挡料销,标准件，在送料的前方，直接固定于凹模上，操作不方便，适用于手工送料的模具。 选用依据：所冲板料厚度t，见表3-34,作用是控制条料的送进距离，即控制进距,固定挡料销工作原理,钩型挡料销,始用挡料销 回带式挡料销 弹顶挡料销,活动挡料销,（2）活动挡料销,均为标准结构，挡料块或销材料推荐选用45

51、钢，热处理硬度4348HRC,始用挡料装置,常装于导料板内，多用于级进模的首次送料,有三种形式： 弹簧弹顶挡料装置 橡胶弹顶挡料装置 扭簧弹顶挡料装置,弹顶挡料装置,装于弹性卸料板内，多用于倒装式复合模中,弹簧弹顶挡料装置,橡胶弹顶挡料装置,扭簧弹顶挡料装置,回带式挡料装置,装于刚性卸料板内，多用于手工送料的模具中,送料,将料往回带,回带式挡料装置工作原理,侧刃：在级进模中，为了限定条料送进距离，在条料侧边冲切出一定形状缺口的工作零件。 侧刃有标准件，推荐选用T10A，热处理硬度5660HRC。 标准侧刃选用方法：依据进距，侧刃的刃口长度进距,（3）侧刃,作用是控制条料的送进距离，即控制进距。

52、,标准侧刃,侧刃定距原理,双侧刃定距的冲孔落料级进模,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 17-侧刃挡块,侧刃磨钝后产生的毛刺位置,非标准件，由冲件的形状决定。,特殊侧刃,侧刃挡块,杆部,导正部分,导入部分,（4）导正销,主要用于级进模中条料的精确定位。是标准件，由头部和杆部两部分组成，导正销杆部用于固定， 头部由导入部分和导正部分组成。导正销推荐选用9Mn2V 选用依据是预冲孔的孔径d。,h,d,标准A型导正销的结构及固定方式,A型导正销,B

53、型导正销,标准B型导正销的结构及固定方式,导正销是活动的，可以上、下移动,C型导正销,标准C型导正销的结构及固定方式,D型导正销,标准D型导正销的结构及固定方式,直接导正即是利用工件上的孔进行导正，导正销常装 于落料凸模内。 间接导正即是利用预先冲出的工艺孔进行导正，导正 销常装于凸模固定板内。,直接导正,间接导正,导正销的两种导正方式：,导正销可以直接导正，也可以间接导正。,与挡料销的位置关系：,导正销通常与挡料销、侧刃和自动送料装置配合使用。,导正销不能独立使用！,（3）定位板和定位销,利用毛坯外形进行定位,利用毛坯内形进行定位,3.6.3 压料、卸料、送料零件设计与标准的选用,卸料装置（

54、废料切断刀） 推件装置 顶件装置,作用是压住板料和卸下或推出制件与废料的零件,1卸料装置,根据卸料力的来源不同分为： 刚性卸料装置 弹性卸料装置 废料切断刀（拉深件切边时卸料用）,作用是卸下箍在凸模或凸凹模外面的制件或废料。,卸料板,（1）刚性（固定）卸料装置,由一块板(称为卸料板）组成，利用螺钉、 销钉直接固定在凹模上，卸料力是由于板料毛坯与卸料板的刚性撞击而产生。主要适用于所需卸料力较大、对板平面度无要求的厚板卸料。,刚性卸料装置卸料原理,卸料板与料刚性撞击产生的力进行卸料,（刚性）卸料板的设计,外形的形状及尺寸一般与凹模相同 孔形取决于本次冲压的凸模外形，两者之间留有间隙。若同时起导板作

55、用，则与凸模之间采用H7/h6间隙配合。 卸料板的厚度由板料厚度决定，见下表。 材料推荐选用45钢，淬火处理硬度4348HRC,（2）弹性卸料装置,由卸料板、弹性元件和卸料螺钉三部分组成，通常装于上模，也可装于下模。卸料力是由于弹性元件的被压缩所产生的。这种卸料板常用于料较薄、所需卸料力不大，板平面度有要求的冲压。,弹性卸料装置的工作过程,弹性卸料装置的几种结构形式,导料销导料,导料板导料,卸料装置装在上模,卸料装置装在下模,一般情况下，卸料板的外形和尺寸与凹模一致，如果弹性元件过多或过大，允许将卸料板尺寸加大，以便于安置弹性元件。卸料板的孔型与本次冲压的凸模外形相吻合，两者之间留有一定间隙，

56、卸料板的厚度取决于所冲板料的厚度。 卸料螺钉是标准件（不同于固定用螺钉，是模具中专用的），可直接从标准中选用。 常用的弹性元件有弹簧和橡皮，均为标准件，可按条件选用。,需要设计：卸料板，弹性元件和卸料螺钉。,弹性卸料装置的连接卸料螺钉,（3）废料切断刀,对拉深件切边时，应用废料切断刀进行卸料。 废料切断刀通常装于切边凸模边上，其刃口约低于凸模刃口23个料厚，利用冲裁时，凹模向下压废料于切刀刀刃上把废料切断进行卸料。,废料切断刀标准结构形式,2.推件装置,刚性推件装置 弹性推件装置,作用是顺着冲压方向推出卡在凹模孔内的制件或废料。,根据推件力的来源不同有：,（1）刚性推件装置,刚性推件装置组成零

57、件,打料横杆,挡块,滑块,刚性推件装置推件原理,刚性推件装置结构形式,刚性推件装置的设计,1-打杆：由模柄孔尺寸确定其直径 2-推板：标准件 3-推杆：依模具结构设计 4-推件块：外形与本次冲压凹模孔 型一致，孔型与本次冲 压凸模外形一致。,推件块的设计,推板结构：可选用标准件,弹性推件装置,需要设计： 推件块和弹性元件。,由弹性元件和推件块组成,3.顶件装置,作用是逆着冲压方向顶出卡在凹模洞口内的料。,顶件装置工作过程,导柱导套 导板,滑动导柱导套 滚珠导柱导套,3.6.4 导向零件的设计与标准的选用,作用是保证运动导向和确定上、下模相对位置，目的是使凸模能正确的进入凹模，并尽可能的使凸、凹

58、模周边间隙均匀。,（1）导柱、导套导向,滑动导柱导套,滑动导柱形式,滑动导套形式,滑动导柱导套是标准件,滑动导柱和导套的装配,H模具闭合高度,滚珠导柱导套,滚珠导向装置,滚珠导向装置 钢球保持架,滚珠导向装置实物图片,滚珠导柱导套在模具中的安装位置,（2）导板导向,导板就是刚性卸料板，不同的是，导板与凸模之间采用的是H7/h6间隙配合，为保证导板起导向作用，导板应与凸模有足够的接触长度，其厚度H一般取： H=（0.81）H凹（H凹为凹模厚度） 同时保证在模具的整个工作过程中（含模具回程），凸模与导板孔始终不脱离。,模具闭合状态,模具开启状态,模座（架） 模柄 垫板 固定板 螺钉 销钉,3.6.5 连接与固定零件的设计与标准的选用,作用是将凸模、凹模固定于上、下模，以及将上、下模固定在压力机上。,包括：,（1）模座,有上模座和下模座，作用是用于装配和支撑上模或下模所用零部件。,标准模架,滑动导向模架 滚动导向模架,上模座 下模座