第二章冲裁工艺与冲裁模设计

冲裁工艺与冲裁模的设计2.1典型案例2.2冲裁工艺与模具的设计程序2.3冲裁工艺性分析2.4冲裁工艺过程2.5排样2.6冲裁模刃口尺寸计算2.7定位与卸料出料2.8凸、凹模结构设计2.9冲裁模总体设计2.1典型案例（1）垫圈垫圈是标准化的零件，具有通用性和互换性，材料一般为普通碳素钢（如Q215），属于大批量生产。t=1mm（2）电机转子与电机定子要求其具有较好的形状一致性，不存在（或存在较小的）毛刺，材料一般为电工硅钢（如D31），属于大批量生产。（3）录音机机芯自停杆材料一般为优质碳素结构钢（如10F），属于成批生产。2.2冲裁工艺与模具的设计程序冲裁模设计的总原则：在满足制件尺寸精度和形状精度的前提下力求使模具结构简单、操作方便、材料消耗少、制件成本低。审图冲裁工艺性分析冲裁工艺方案制定排样刃口尺寸计算冲压力及压力中心计算凸、凹模结构设计总体结构设计冲压设备选择冲裁模装配图绘制非标零件图绘制冲裁模设计程序示意图（1）审图审阅制件图的正确性和完整性，包括：投影关系、尺寸标注、公差、技术要求、材料等标注。材料：D31（2）冲裁工艺性分析冲裁件的工艺性是指冲裁件结构、形状、尺寸和材料等对冲裁工艺的适应性。（3）冲裁工艺方案制定依据制件对冲裁工艺的适应性，结合制件的生产批量和各种冲裁工艺的特点，制定适合于制件的冲裁工艺方案。单工序工艺方案复合工艺方案连续工艺方案（4）排样依据制件结构形状特点，在保证制件质量前提下，采用较为合理的排样方式，以达到较高的经济效益。冲压件排样实物（5）刃口尺寸计算（6）冲压力及冲压设备选择（7）压力中心计算（8）凸、凹模结构设计在设计中应尽可能采用标准冷冲模具结构尺寸。（9）总体结构设计（10）冲裁模装配图绘制（11）非标零件图绘制2.3冲裁工艺性分析2.3.1冲裁变形特征c）断裂分离阶段凸、凹模间隙正常且无弹压时，金属材料的冲裁变形过程a）弹性变形阶段b）塑性变形阶段普通冲裁零件断面冲裁件断面示意图冲裁件断面质量1—光亮带2—毛刺3—断裂带4—塌角带a)间隙过小b)间隙适中c)间隙过大2.3.2冲裁工艺性要求冲裁件的工艺性是指该工件在冲裁加工中的难易程度。良好的冲裁工艺性应保证材料消耗少、工序数少、模具结构简单且寿命长、产品质量稳定、操作安全方便等。（1）冲裁件的形状与结构冲裁件的形状应尽可能的简单、对称。1）应避免冲裁件上有过长的悬臂和狭槽。冲裁件悬臂与窄槽尺寸最小宽度：b2t2）冲裁件的孔与边缘间、孔与孔之间的距离b1、b2不能太小。最小孔边距离一般取b1＞1.5t，b2＞2t3）冲裁件的外形或内孔的转角处，应避免有锐角的清角，应采用圆弧过渡。4）冲孔的尺寸不能太小。（2）冲裁件的尺寸精度和粗糙度普通冲裁件1）尺寸精度一般在IT10~IT11级以下2）粗糙度低于Ra=6.3μm3）冲孔精度比落料精度高一级（3）冲裁材料选材原则：1）取决于零件的要求2）“廉价代贵重，薄料代厚料，黑色代有色”3）采用国家标准规格材料（4）典型案例分析1）垫圈：无悬臂狭槽，孔边距较大，无尖锐转角，孔径较大；制件尺寸精度较低，无粗糙度要求；材料为普通碳素钢，冲裁性能较好，但容易产生毛刺。2）电机转子：制件结构复杂，形状对称，无悬臂狭槽，孔边距较大；转子轴孔Φ10的公差为0.027mm（IT8级）；外圆Φ47.2的公差为0.05mm（IT9级）；毛刺高度应小于0.05mm；材料为电工硅钢，材料具有一定的脆性。90º的转角处3）电机定子：分析同电机转子电机定子外形R3圆弧处锐角4）录音机机芯暂停杆展开件：制件结构复杂，形状不对称；制件A部为一悬臂（1.4×8.65）；孔边距较小；制件转角未注半径为0.3mm。录音机机芯转录杆展开件2.4冲裁工艺过程2.4.1垫圈冲裁工艺方案制定单一工序复合工序级进工序2.4.2电机转子冲裁工艺方案制定a）b）c）单一工序a）落Φ47.2mm外圆b）冲Φ10mm孔和定向槽口R0.3mmc）冲12个槽口复合工序级进工序2.4.3电机定子冲裁工艺方案制定（1）冲裁工艺方案a）b）c）单一工序a）落外形b）冲两个腰形孔和4个Φ4mm孔c）冲Φ48.2mm孔和2个Φ5mm孔复合工序落料式级进工序切废式级进工序2.4.4录音机机芯暂停杆展开件冲裁工艺方案制定切废式级进工序2.5排样2.5.1冲裁排样排样：指制件在板料或条料排上的布置方法。冲裁排样从废料的角度来分，可分为有废料排样、少废料排样和无废料排样三种。a)有废料排样b)少废料排样c)无废料排样冲裁排样按制件在材料上的排列形式来分，可分为直排法、斜排法、对排法、混合排法、多排法和冲裁搭边法等多种形式。1）直排：适用于方形、矩形零件。2）斜排：适用于椭圆形、T形、Г形、S形零件。3）直对排：适用于梯形、三角形、半圆形、T形、Π形、Ш形零件。4）斜对排：适用于椭圆形、T形、Г形、S形零件。6）多行排：适用于大批量生产中尺寸不大的圆形、六角形、方形、矩形零件。7）交叉排：适用于C形、Π形、Ш形等零件。5）组合排：适用于材料与厚度相同的两种以上零件。8）裁搭边法——整裁法：适用于尺寸较小且形状较简单的细长零件。9）裁搭边法——分次裁切法：适用于尺寸较小且形状较复杂的细长零件。典型案例冲裁排样分析垫圈电机转子电机定子电机转子与电机定子套排（级进工序）录音机机芯暂停杆展开件录音机机芯暂停杆展开件2.5.2搭边值的确定搭边：指排样时制件与制件之间、制件与条（板）料边缘之间的余料。搭边的作用1）搭边能够补偿定位误差，保证冲出合格的制件；2）保证条料具有一定的刚性，便于送料；3）起到保护模具的作用，以免模具过早地磨损而报废。（1）普通冲裁搭边值的选取。（见表2-10~表2-12）（2）多工序连续冲压1）切断工序中其搭边值的选取：主要指制件与制件之间被切除的废料的宽度。（表2-13）2）切口工序中工艺废料值的确定：设计时可参照切断加工工艺废料标准值。3）材料侧面切口值的确定：一般取侧刃长度等于进距L，然后根据料厚t与侧刃切进长度L（或料宽B）求出切边宽度F。侧刃切口值（3）典型案例冲裁搭边值确定1）垫圈冲裁搭边值确定料厚为1mm，由表2-10可查得，工件间搭边值a1=0.8mm，沿边搭边值a=1.0mm。2）电机转子和电机定子冲裁搭边值确定料厚为0.35mm，由表2-10可查得，工件间搭边值a1=1.2mm，沿边搭边值a=1.5mm。3）录音机机芯暂停杆展开件冲裁搭边值确定料厚为0.8mm，由表2-10可查得，工件间搭边值a1=1.5mm，沿边搭边值a=1.8mm。案例排样图垫圈（单排）级进工序复合工序级进工序复合工序垫圈（多排）电机转子（单排）级进工序复合工序电机转子（多排）级进工序复合工序电机定子（单排）复合工序电机定子（单排）级进工序电机定子（多排）级进工序复合工序电机转子与电机定子套排（级进工序）录音机机芯暂停杆展开件（直排）录音机机芯暂停杆展开件（直对排）录音机机芯暂停杆展开件（斜排）2.5.3材料利用率的计算（1）条料宽度尺寸的确定1）有侧压装置：B=(L+2b)-Δ2）无侧压装置：B=(L+2b+C)–Δ式中：L——制件垂直于送料方向的基本尺寸；Δ——条料的宽度公差（见表2－16）；b——侧面搭边值；C——送料保证间隙：B≤100，C=0.5~1.0；B＞100，C=1.0~1.5。簧片压块式侧压1—簧片2—压块3—基准导料板3）采用侧刃：B=(L+1.5b+nF)–Δ式中：L——制件垂直于送料方向的基本尺寸；n——侧刃数；F——侧刃裁切宽度；Δ——条料的宽度公差；b——侧面搭边值。（2）材料利用率的计算一般常用的计算方法是：一个进距内的实际面积与所需板料面积之比的百分率，一般用η表示：式中：A—在送料方向，排样图中相邻两个制件对应点的距离（mm）；B—条料宽度（mm）；S—一个进距内之间的实际面积（mm）；S0—一个进距内所需毛坯面积（mm）。（3）典型案例冲裁材料利用率计算（见表2-17）2.6冲裁模刃口尺寸计算2.6.1冲裁间隙冲裁间隙是指冲裁模凸模与凹模刃口间缝隙的距离。Z=Dp-Dd式中Z——冲裁间隙（mm）；Dd——凹模刃口尺寸（mm）；Dp——凸模刃口尺寸（mm）。（1）间隙对冲裁件断面质量的影响播放动画间隙过小间隙适合间隙过大（2）冲裁间隙对冲裁件尺寸精度的影响冲裁件的尺寸偏差主要是由两个方面造成的：一是冲模的制造偏差，二是冲裁件实际尺寸与冲模刃口尺寸之间的偏差。Z（t%）Z（t%）—————平行纤维方向――――垂直纤维方向a）b）间隙对冲裁件尺寸精度的影响a）落料b）冲孔间隙越小，冲裁力就越大；反之，间隙越大，冲裁力就小。间隙越小，卸料力和推料力随之增加；间隙越大，卸料力和推料力随之减小。（3）冲裁间隙对冲裁力、卸料力、推料力、顶料力的影响（4）冲裁间隙对冲模寿命的影响凸、凹模刃口磨损情况较小的间隙可提高模具的使用寿命。过小的间隙对模具的寿命极为不利。（5）合理间隙值的确定合理间隙是一个范围值，其上限为最大合理间隙，其下限为最小合理间隙。在具体设计冲裁时，根据零件在生产中的具体要求可按下列原则进行选取：①当冲裁件尺寸精度要求不高，或对断面质量无特殊要求时，一般采用较大的间隙值。②当冲裁件尺寸精度要求较高，或对断面质量有较高要求时，应选择较小的间隙值。③在设计冲裁模刃口尺寸时，应按最小间隙值来计算刃口尺寸。确定合理间隙的方法通常有理论分析法、经验确定法及查表法。（6）典型案例冲裁间隙的确定1）垫圈冲裁间隙垫圈零件对冲裁断面质量无要求，一般为Ⅰ类断面，由表2-18可查得Zmax≤40%t，即Zmax≤0.4mm。2）电机转子和电机定子的冲裁间隙电机转子和电机定子对冲裁断面质量要求较高，一般为Ⅲ类断面，由表2-18可查得Z=（14%~18%）t，即Z=0.049~0.063mm。3）录音机机芯暂停杆展开件冲裁间隙录音机机芯暂停杆对冲裁断面质量要求较高，一般为Ⅲ类断面，由表2-18可查得Z=（14%~18%）t，即Z=0.112~0.144mm。2.6.2凸、凹模刃口尺寸计算的原则①落料尺寸取决于凹模尺寸，冲孔尺寸取决于凸模尺寸。②根据磨损规律，设计落料模时，凹模基本尺寸应取制件尺寸公差范围内的较小尺寸；设计冲孔模时，凸模基本尺寸则应取制件孔尺寸公差范围内的较大尺寸。③冲裁间隙一般采用最小合理间隙值。④刃口尺寸的制造偏差方向，原则上单向注向金属实体内部。凸、凹模刃口尺寸计算关系2.6.3凸、凹模刃口尺寸的计算方法冲裁模加工方法的不同，其刃口尺寸的计算方法也不同。冲裁模的加工方法分为互换加工法和配做加工法两种。（1）凸、凹模互换加工时，凸、凹模刃口尺寸的计算适用于圆形等简单形状的冲裁件，设计时需在图纸分别标注凸、凹模的刃口尺寸及制造公差。为了保证冲裁间隙在合理范围内，需满足下列关系式：或取：δd=0.6(Zmax-Zmin)δp=0.4(Zmax-Zmin)1)落料3)孔心距Ld=(Lmin+0.5Δ)±0.125Δ2)冲孔（2）凸、凹模配合加工时，凸凹模刃口尺寸的计算配合加工方法，是先按照工件尺寸计算出基准件凸模（或凹模）的公称尺寸及公差尺寸，然后配做另一个相配件凹模（或凸模）。设计时，只要把基准件的刃口尺寸及制造公差详细注明，而另外一个相配件只需在图纸上注明：凸（凹）模刃口尺寸按凹（凸）模的实际尺寸配制。保证双面间隙Z即可。刃口尺寸计算方法1）落料模刃口尺寸计算以凹模为基准件，配制凸模，由于工件比较复杂，故凹模磨损后刃口尺寸有变大、变小和不变三种情况。a）b）c）工件和凸、凹模尺寸a）工件尺寸b）落料凹模尺寸c）冲孔凸模尺寸播放动画①模具磨损后刃口尺寸变大的，如图中尺寸A1、A2、A3，计算时应使其具有最小极限尺寸。其基准件尺寸为：②模具磨损后刃口尺寸变小的，如图中尺寸B1、B2，计算时应使其具有最大极限尺寸。其基准件尺寸为：③模具磨损后刃口尺寸大小不变化的，如图中尺寸C1、C2、C3，计算时按凹模孔距公式进行。其基准件尺寸为：式中Ad、Bd、Cd——凹模刃口尺寸；Amax、Bmin、C平均——工件的最大、最小和平均尺寸