精密冲裁工艺及精冲（PPT42页)

第九节精密冲裁工艺及精冲模具设计简介2．9．1精密冲裁概述1．精密冲裁的工作原理及过程尺寸精度高、冲裁面光洁、翘曲小且互换性基本要素:精冲机床、精冲模具、精冲材料、精冲工艺及精冲润滑普通冲裁和精冲两种工艺方法的区别(1)采用带齿圈的压板起强烈的压边作用，使之造成三向压应力状态，增加变形区及其邻域的静水压。(2)凹模(或凸模)刃尖处制造出0.02～0.2mm左右的小圆角，抑制剪裂纹的发生，限制断裂面的形成，有利于工件断面的挤光作用。(3)采用较小的间隙(甚至零间隙)，使变形区的拉应力尽量小，压应力增大。(4)施加较大的反顶力，减小材料的弯曲，同时起到增加压应力的作用。精冲过程2.9.2精密冲裁的工艺方法1．整修将普通冲裁后的毛坯放在整修模中，进行一次或多次的整修加工，除去粗糙不平的冲裁断面和锥度，从而得到光滑平整的断面的方法。2．光洁冲裁(1)小间隙圆角刃口冲裁(2)负间隙冲裁3．往复冲裁4．对向凹模冲裁1．精冲件材料的工艺性精冲的材料必须具有良好的变形特性，以便在冲裁过程中不致发生撕裂现象。2.9.3精冲件的工艺性2.9.3精冲件的工艺性2．精冲件的结构工艺性(1)圆角半径为了保证零件的质量和模具的寿命，要求零件避免有尖角太小的圆角半径(2)孔径、槽宽和壁厚精冲件的孔径d和槽宽b不能太小，否则也会影响模具寿命和零件质量(3)齿形精冲齿轮时若节圆上的齿厚小于料厚，则凸模上承受很高的压力。一般要求节圆齿厚s≥0.6t。当齿形合理、材料的精冲性能良好时，精冲最小齿厚可为材料的40％，即s=0.4t2.9.4精密冲裁模的设计要点1．设计要求和内容(1)模具结构必须满足精冲工艺要求，并能在工作状态下形成立体压应力体系。(2)模具具有较高的强度和刚度，导向精度良好。(3)认真考虑模具的润滑、排气，并能可靠清除冲出的零件及废料。(4)模具结构简单、维修方便，具有良好的经济性2．精冲的排样和精冲力的计算(1)精冲排样设计①合理的材料利用率②足够的齿圈位置③稳定的废料栅(搭边)送料刚度④最佳的排样方法1)零件形状复杂的部分或光洁面要求较高的部分应尽可能放在送料侧2)如果零件光洁面部分要求少或到条料边缘的局部冲裁长度L小于5倍料厚，排料时可低于正常边距值。3)通常允许齿圈压痕重叠，但不能损伤冲裁面质量。2．精冲的排样和精冲力的计算⑤搭边计算由于精冲时压边圈上带有V形齿圈，故搭边、边距和步距数值都较普通冲裁为大。影响它们的因素主要有：零件冲裁面质量、料厚及强度、零件形状、齿圈分布。搭边和边距数值一般为：零件与零件间搭边，零件与料边边距口．ta2ta5.112．精冲的排样和精冲力的计算(2)精冲力由于精冲是在三向受力状态下进行冲裁的，其变形抗力比普通冲裁要大得多。保证精冲需要的工艺力，是实现精冲工艺的重要工艺参数。精冲总压力为FP∑=FP冲裁+FP压边+FP反压(2．9．1)根据有关设计资料有FP冲裁=Ltσbf1FP压边=Lhσbf2FP反压=SFP式中系数f1=0．6～0．9，常取0.9；L为剪切轮廓线长；系数f2常取4；h为齿圈高度；SF为零件受压面积；p为零件的单位反压力，取20-70MPa，大面积时取大值，小面积、薄零件时取小值1．精冲模与普通冲模的结构比较(1)精冲模有凸出的齿形压边圈，材料在压边圈和凹模、反压板和凸模的压紧下实现冲裁，工艺要求压边力和反压力大大地大于卸料力的顶件力，以满足在变形区建立三向不均匀压应力状态的要求，因此精冲模受力比普通冲模大，刚性要求更高。(2)精冲模凸模和凹模之间的间隙小，大约是料厚的0．5％～1％，而普通冲裁模的间隙约为料厚的5％～15％(甚至更大)。．(3)精冲模冲裁完毕模具开启时，反压板将零件从凹模内顶出，压边圈将废料从凸模上卸下，不另外需要顶件和卸料装置。(4)由于精冲模为上出件，模具无漏料孔，可使凸凹模和模座更加坚固。2．精冲模的结构(1)活动凸模式精冲模活动凸模式精冲模的优点是：维修简单，安装方便，适于冲裁力不大的中小零件。缺点是：在冲内孔多的零件时，凸模1的支承推板13强度不够。(2)固定凸模式精冲模优点是结构稳定，凸模的支承好。缺点是制造和调整麻烦，且需专用的结合环。(3)简易精冲模简易精冲模利用碟簧(见机械零件手册)在机械作用下变形产生的轴向压缩力，对冲裁过程产生齿圈压力和顶件力2．9．6精冲模齿圈的设计1．齿圈的作用(1)固定被加工板料，避免材料受弯曲或拉伸。(2)抑制冲件以外的力。(3)压应力提高了被加工材料的塑性变形能力。(4)减少塌角。(5)兼退料作用。2．9．6精冲模齿圈的设计2．齿圈的分布(1)在塌角大的部分，V形齿圈应和刃口的形状相一致。(2)在塌角较小的部分，V形齿圈与刃口形状可以不一致(3)冲小孔时一般不需要V形齿圈；冲大孔时(直径在30～~40mm以上时)，建议在顶杆上加V形齿圈。(4)如果料厚t3mm时，可使用平面压板。如果料厚t≤4．5mm，可在压板或凹模面上使用一个单齿圈；如t4．5mm，或材料强度高(σb≥800MPa)，或者对于齿轮和带锐角的零件，通常使用两个v形齿圈，一个做在齿圈压板上，另一个做在凹模上，即双齿圈。2．9．6精冲模齿圈的设计3．齿圈的结构(1)齿圈的形式“精冲齿圈常用三角形凸起，也可使用台阶形和圆锥形(截面斜角为45`～20)压板来压边图2．9．22齿圈形式a)V形环;b)台阶形；c)圆锥形2．9．6精冲模齿圈的设计(2)齿形参数①齿形角度α和β②齿圈高度h,齿圈高度h与材料厚度、机械性能和齿圈位置等因素有关。h=Ktt为料厚，K系数，由图2．9．23选取4．齿圈的尺寸V形齿圈已标准化2．9．6精冲模齿圈的设计4．齿圈的尺寸（续）①根据Feintool资料,当t=4.5mm，而仅在压板或凹模上使用齿圈时，其值可由表2.9.4选取；当t4.5mm，而在压板和凹模上同时使用齿圈时，其值可由表2.9.5选取。②根据Schmid资料，如图2.9.25所示，当t≤4mm时，使用单面齿圈；当t4mm时，使用双面齿圈。其值由表2.9.6选取。2．9．6精冲模齿圈的设计5．齿圈的保护精冲时，齿圈与材料接触。为了防止齿圈与凹模相碰或采用双齿圈时的互撞而造成破坏，在齿圈压板或凹模上设计高出齿顶的保护面，其高度必须小于料厚，以免冲裁时发生干涉。图示在设计保护面时，还应考虑其位置的正确性，特别是受力状态，以防止弯曲或损坏。另外，当两侧都有保护面时，保护面高度必须一致，以避免工作时产生倾斜力。图示第十节硬质合金冲裁模2.10.1硬质合金材料的性能及模具的寿命所谓硬质合金冲模一般是指凸模或凹模为硬质合金材斟，或凸模和凹模均为硬质合金材料的冲模硬质合金耐磨性好、抗压强度高、弹性模量大，但冲击韧度较差、抗弯强度低、加工性差。硬质合金具有高硬度、耐磨损等特性，用它制造的模具寿命比用合金工具钢制造的高几十倍至1百倍第十节硬质合金冲裁模1．硬质合金冲模与钢冲模的比较硬质合金冲模的模座、凸模及凹模、固定板等的强度及硬度要求较高。导向装置的精度与刚度要求也高。卸料板一般还要求起导板的作用。硬质合金模凸、凹模的间隙比钢冲模稍大。压力机精度要高。第十节硬质合金冲裁模2.10.1硬质合金材料的性能及模具的寿命（续）2．硬质合金的牌号与性能a)一般硬质合金是以碳化钨和碳化钛为基，以钴、镍或铁做粘结剂，经烧结而成。因其主要成分是硬质相，所以不能进行切削加工。表2.10.1。b)钢结硬质合金既有近似硬质合金的高硬度、高耐磨性，又有一般工具钢的可切削加工、锻造、焊接、热处理等性能。表2.10.2。第十节硬质合金冲裁模2．10．2硬质合金冲裁模的结构设计特点1．排样的要求在级进模中大部分采用侧刃定位，侧刃位置要适当。排样时也应避免凸、凹模单边工作2．对模架的要求模架要求刚性好、精度高。上、下模座的厚度比钢冲模要大。模架材料以45钢为好，调质处理到25～30HRC。为提高模架的导向精度，可采用滚动导向装置。模柄一般多采用浮动式，如图2．10．3所示。第十节硬质合金冲裁模2.10.2硬质合金冲裁模的结构设计特点3．对其他零件的要求(1)硬质合金模具的间隙比普通模具要大，一般取普通钢模的1.5倍。(2)当采用弹性卸料板时，卸料板应装有导向装置，对凸模进行导向。为了防止弹性卸料板在冲裁时撞击凹模的硬质合金镶块，模具闭合时卸料板与硬质合金凹模之间应有的间隙，如图2．10．4所示。(3)为防止硬质合金凹模在冲裁时因弯曲变形而碎裂，在凹模底部应加淬硬的厚垫板。(4)对小凸模应将其根部加粗，或配以护套以增加小凸模的刚性，并采用卸料导向。mmt05.0max第十节硬质合金冲裁模2.10.2硬质合金冲裁模的结构设计特点4．对压力机的要求压力机应有良好的刚性压力机精度要高采用快速压力机为宜，并配备自动送料装置。压力机的离合器必须能对故障信号作出迅速反应，及时停机。第十节硬质合金冲裁模2．10．2硬质合金冲裁模的结构设计特点2．10．3硬质合金块的固定(1)焊接固定法(2)机械固定法(3)热套(或冷压)固定法(4)黏结固定法普通冲裁与精冲的区别1一落料凸模2一凹模3一冲孔凸模4一顶件板5一顶杆6一压板7一压杆8一齿圈9一精冲材料lO一精冲件1l一内形废料c一冲裁间隙图2．9．2精冲示意图1一齿圈压板2一凹模(落料)3一凸凹模4一顶板5一材料6一零件7一冲孔废料图2．9．3精冲过程a)模具初始位置．b)齿圈压入；c)冲裁；d)冲裁过程结束；e)模具开启；f)卸出冲孔废料；g)顶出零件及卸出带料；h)排出零件和废料，向前送料1一凹模；2一切屑；3一凸模；4一工件图2．9．4整修图2．9．5小间隙圆角刃口冲裁图2．9．6负间隙冲裁a)落料．b)冲孔图2．9．7往复冲裁图2．9．8对向凹模冲裁的过程图2．9．17精冲模与普通复合模的比较a)活动凸模式精冲模与普通复合模；b)固定凸模式精冲模与普通复合模1一凸模；2一凹模；3一顶件板；4一压边圈；5一冲孔凸模；6—顶杆；7一传力杆；8一垫板；9一支承环；10一冲孔凸模垫板；11一传力杆；12一凸模座；13一推板；14一座圈；15一垫板；16一模座；17一导向装置；18一压床上工作台；19一压床下工作台；20一标准结合环；21一顶柱；22一顶柱；23一定位板；24一液压活塞图2．9．18活动凸模式复合精冲模1一凹模；2一压边圈；3一凸模；4一顶件板；5一冲孔凸模；6一顶杆；7一冲孔凸模；8一顶杆；9一垫座；10一凸模座板；11一垫板；12一下垫板；13一传力杆；14一闭锁销；15一模座；16一支板；17一导向件；18一压床上工作台；19一压床下工作台；20一专用上结合环；21一专用下结合环；22一压板；23一支承销；24一液压活塞；25一缩紧环图2．9．19固定凸模式复合精冲模l一导柱；2一导套；3一上托；4一螺钉；5一销钉；6一螺钉；7一模柄；8一销钉；9一垫板；lO一凸模；11一凸模固定板；12一齿圈压板；13一销钉套；14一销钉；15一凹模；16一限位螺柱；17一固定板；18一顶杆；19一螺母；20一缀钉；21一底座；22一螺钉；23一推件板；24一螺钉；25一螺母；26一垫片；27一卸辩板；28一糠簧；29一螺钉图2．9．20简易精冲落料模图2．9．23齿高系数K图2．9．24齿圈尺寸表2．9．4压板或凹模有齿圈时的齿圈尺寸单面齿圈料厚Ah(H)rR1～1.710.30.20.21.8～2.21.40.40.22.3～2.71.70.50.22.8～3.22.10.60.20.63.3～3.72.50.70.20.73.8～4.52.80.80.20.8t一料厚；K一凸模退回距离；K一顶板顶出距离；R。一凹模圆角，R。=(0．1～0．2)tl一压板；2一凹模；3一凸模；4一顶件板；5一传力杆图2．9．25齿圈尺寸图2．9．26齿圈的保护a)单齿圈保护面(压板侧)；b)双齿圈保护面(两侧)；c)双齿圈保护面(压板侧)图2．9．27齿圈保护面的位置选择a)单齿圈保护面；b)双齿圈保护面图2.10.1侧刃位置a）不正确；b)正