02-第二章-冲裁工艺及模具设计-(上)(冷冲压工艺及模具设计)

总目录第一章冲压(裁)加工基本理论第二章冲裁工艺及模具设计第三章弯曲及弯曲模设计第四章拉深第五章其他成形工艺及模具设计第六章多工位精密自动级进模设计第七章冲压工艺规程的编制第八章典型冲压模具零件制造与装配第二章冲裁工艺与冲裁模设计内容简介：冲裁是最基本的冲压工序。本章是本课程的重点章。在分析冲裁变形过程及冲裁件质量影响因素的基础上，介绍冲裁工艺计算、工艺方案制定和冲裁模设计。涉及冲裁变形过程分析、冲裁件质量及影响因素、间隙确定、刃口尺寸计算原则和方法、排样设计、冲裁力与压力中心计算、冲裁工艺性分析与工艺方案制定、冲裁典型结构、零部件设计及模具标准应用、冲裁模设计方法与步骤等。第二章冲裁工艺与冲裁模设计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：第二章冲裁工艺与冲裁模设计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。第一节冲裁变形机理第三节凸、凹模间隙的决定第二章冲裁工艺与冲裁模设计第四节冲裁力、推件力、卸料力的计算及降低冲裁力的方法第五节凸、凹模刃口尺寸的计算第六节冲裁工作的排样第七节齿圈压板精密冲裁第八节冲裁的工艺设计第九节冲裁模的典型结构第十节冲裁模零部件设计本章目录第二节影响冲裁件质量的因素第十一节冲裁模设计程序第二章冲裁工艺与冲裁模设计分类:冲裁模：冲裁：利用模具使板料沿着一定的轮廓形状产生分离的一种冲压工序。基本工序：落料和冲孔。既可加工零件，也可加工冲压工序件。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。凸、凹模刃口锋利，间隙小。普通冲裁、精密冲裁第一节冲裁变形机理第二章冲裁工艺与冲裁模设计一、冲裁时板料所受的力和变形区四对力冲裁时作用于板料上的力1-凸模2-板料3-凹模了解和掌握冲裁变形规律，有利于冲裁工艺与冲裁模设计，控制冲裁件质量。凸、凹模间隙存在，产生弯矩。间隙正常、刃口锋利情况下，冲裁变形过程可分为三个阶段：第二章冲裁工艺与冲裁模设计二、冲裁变形过程(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1.冲裁过程第二章冲裁工艺与冲裁模设计冲裁变形过程冲裁变形过程.swf第二章冲裁工艺与冲裁模设计冲裁时，剪切区应力状态如图2－5所示，其中：A点——凸模下压引起轴向拉应力σ3，在径向，板料内层弯曲与凸模侧压力引起径向压应力σ1；在切向，板料内层弯曲引起的压应力与侧压力在该方向引起的拉应力的合成应力，即切向压应力σ2。B点——凸模下压及板料内层径向、切向弯曲引起三向压缩应力。2．冲裁时的应力状态2－5冲裁应力状态图第二章冲裁工艺与冲裁模设计C点——径向板料被拉深，σ1为拉应力，板料沿剪切面相对错移，引起压应力σ3D点——凹模端面挤压板料，产生轴向压应力σ3，板料外层径向、切向弯曲，引起径向拉应力σ1和切向拉应力σ2。E点——凸模下压，引起轴向拉应力σ3。外层板料弯曲，径向、切向均引起拉应力，凹模侧压力在径向、切向均引起压应力，拉、压应力合成就产生应力σ1与σ2，该合成应力可能是拉应力，也可能是压应力，这与间隙大小有关。从以上各点的应力状态可以断定，凸模与凹模端面（B、D点处）的静水压应力比侧面（A、E处）的高，且凸模刀口附近的静水压应力又比凹模刃口附近的高，这就是裂纹首先从凹模刃口侧面（E处）产生的原因。第二章冲裁工艺与冲裁模设计3.冲裁时的F一h曲线冲裁变形过程中冲裁力与凸模行程关系曲线见图。图中OA段相当于弹性变形阶段。AB段为塑性变形阶段。切刃一旦挤入板料，力的上升就缓慢下来。这是由于承受力的板料面积虽然减少了，但是材料冷作硬化的影响超过了受剪面积减小的影响，冲载力仍然继续上升。当硬化与受剪面积两者影响达到相等时，冲裁力便达到最大值。BC为裂纹扩展直至极料断裂阶段。CD则是凸模的推料过程。冲裁力曲线第二章冲裁工艺与冲裁模设计断面特征：圆角带a：刃口附近的材料产生弯曲和伸长变形。光亮带b：塑性剪切变形。质量最好的区域。断裂带c：裂纹形成及扩展。毛刺区d：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。三、冲裁断面分析冲裁断面由圆角带、光亮带、断裂带和毛刺4部分组成。第二章冲裁工艺与冲裁模设计冲裁区应力、变形和冲裁件正常的断面状况a）冲孔件b）落料件三、冲裁断面分析（续）第二章冲裁工艺与冲裁模设计无论是孔还是落下的料，其尺寸都有大小两部分。小部分的尺寸等于凸模尺寸，而大的部分尺寸等于凹模尺寸。四、冲裁件的尺寸大小对于孔来说，小的部分尺寸是有用的，因为这部分尺寸能用量具测量得到。且这部分最光滑，孔与其他零件配合也是靠这部分尺寸，其大小与凸模尺寸一样。因而得出：冲孔尺寸=凸模尺寸。对于落料件来说，大的部分尺寸是有用的，同样也可以得到：落料尺寸=凹模尺寸的结论。五、剪切面周围材料性能的变化冲裁后，剪切面周围变形区域的材料产生加工硬化，随着加工硬化的加剧，材料的强度、硬度上升，而塑性和韧性下降。第二节影响冲裁件质量的因素冲裁件质量：第二章冲裁工艺与冲裁模设计垂直、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。第二章冲裁工艺与冲裁模设计１)材料性能的影响一、影响断质量的因素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4）模具和设备的情况二、影响冲裁件尺寸精度的因素第二章冲裁工艺与冲裁模设计冲裁件的尺寸精度：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（4）零件形状尺寸第二章冲裁工艺与冲裁模设计三、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。第二章冲裁工艺与冲裁模设计垫圈的落料与冲孔a)落料b)冲孔第二章冲裁工艺与冲裁模设计落料冲孔复合模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-挡料销第二章冲裁工艺与冲裁模设计第二章冲裁工艺与冲裁模设计间隙对剪切裂纹与断面质量的影响ａ）间隙过小ｂ）间隙合理ｃ）间隙过大第二章冲裁工艺与冲裁模设计凸、凹模刃口磨钝时毛刺的形成情况a)凹模磨钝b)凸模磨钝c)凸、凹模均磨钝复习上次课内容1.冲裁的概念？第二章冲裁工艺与冲裁模设计2.冲裁变形过程分为哪三个阶段？裂纹在哪个阶段产生？首先在什么位置产生？3.冲裁件质量包括哪些方面？冲裁件的断面分成哪四个特征区？影响冲裁件断面质量的因素有哪些？4.影响冲裁件尺寸精度、形状误差的因素有哪些？第三节凸、凹模间隙的决定第二章冲裁工艺与冲裁模设计冲裁间隙Z：指冲裁模中凹模刃口横向尺寸DA与凸模刃口横向尺寸dT的差值。第二章冲裁工艺与冲裁模设计一、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。第二章冲裁工艺与冲裁模设计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。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。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第二章冲裁工艺与冲裁模设计二、冲裁模间隙值的确定1.理论法确定法2.经验确定法较小间隙值（表2.2）较大间隙值（表2.3）tan12tan200ththtZ三、间隙的方向第四节冲裁力、推件力、卸料力的计算冲裁力：冲裁过程中凸模对板料施加的压力。第二章冲裁工艺与冲裁模设计一、冲裁力的计算用普通平刃口模具冲裁时，冲裁力F一般按下式计算：bKLtF注：F——冲裁力；L——冲裁周边长度；t——材料厚度；b——材料抗剪强度；K——系数。一般取K＝1.3卸料力：第二章冲裁工艺与冲裁模设计二、卸料力、推件力及顶件力的计算推件力：顶件力：从凸模上卸下箍着的料所需要的力。将梗塞在凹模内的料顺冲裁方向推出所需要的力。逆冲裁方向将料从凹模内顶出所需要的力。卸料力第二章冲裁工艺与冲裁模设计二、卸料力、推件力及顶件力的计算推件力顶件力FKFXXFnKFTTFKFDD——卸料力、推件力、顶件力系数，见表2.4；n——同时卡在凹模内的冲裁件(或废料)数。DTXKKK、、thn式中h——凹模洞口的直刃壁高度；t——板料厚度。式中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第二章冲裁工艺与冲裁模设计三、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：TXZFFFF采用弹性卸料装置和上出料方式的冲裁模时：DXZFFFF采用刚性卸料装置和下出料方式的冲裁模时：TZFFF1．阶梯凸模冲裁第二章冲裁工艺与冲裁模设计四、降低冲裁力的方法2．斜刃冲裁3．加热冲裁（红冲）模具的压力中心：第二章冲裁工艺与冲裁模设计五、冲模压力中心的确定为了保证压力机和模具的正常工作，应使模具的压力中心与压力机滑块的中心线相重合。冲压力合力的作用点。第二章冲裁工艺与冲裁模设计五、冲模压力中心的确定（续）1．简单几何图形压力中心的位置1）对称冲件的压力中心，位于冲件轮廓图形的几何中心上。2）冲裁直线段时，其压力中心位于直线段的中心。3）冲裁圆弧线段时，其压力中心的位置，按下式计算：bRsRy//sin180第二章冲裁工艺与冲裁模设计五、冲模压力中心的确定（续）2．确定多凸模模具的压力中心确定多凸模模具的压力中心，是将各凸模的压力中心确定后，再计算模具的压力中心。第二章冲裁工艺与冲裁模设计五、冲模压力中心的确定（续）复杂形状零件模具压力中心的计算原理与多凸模冲裁压力中心的计算原理相同。3．复杂形状零件模具压力中心的确定除上述的解析法外，还可以用作图法。冲裁模总体结构尺寸必须与所选用的压力机相适应:①模具的总体平面尺寸应与压力机工作台或垫板和滑块下平面尺寸相适应；②模具的封闭（闭合