冷冲模具教程

冷冲模具教程第二章冲裁工艺一、概况冲裁的含义：是利用安装在压力机上的模具使材料按一定的轮廓形状产生分离的一种冲压工序。（最基本、最重要的冲压加工工序。）冲裁的分类：普通冲裁和精密冲裁。一般所说的冲裁是指普通冲裁，包括冲孔、落料、切口、切边、剖切等多种分离工序。型孔：除了圆形以外的所有形状的通孔。沉孔：各种不通的，且底面为平面的圆孔或型孔称为沉孔。精密冲裁：主要是应用于精密级进模具。二、冲裁模的分类按工序性质分类：落料模具：沿封闭轮廓将冲件与板料分离，冲下来的是零件。冲孔模具：沿封闭轮廓将废料与板料分离，冲下来的是废料。（其余见大学教材。）第一节冲裁变形过程及质量分析一、冲裁变形过程分析二、冲裁断面质量分析冲裁件的三个质量指标是断面质量、尺寸精度和形状误差。对三者的要求：断面状况尽可能垂直、光滑、毛刺小（肯定需要断面光滑，不仅外观好，而且能够保证断面方向的精确尺寸。）；尺寸精度应该保证在图样规定的公差范围之内（其实我心里面再想你们会不会想我说这个要求是再讲废话，因为如果超差就是废品。）；零件外形应该满足图纸要求：表面尽可能平直，即拱弯小。（首先，圆形的东西不能做成方形。其次，有些零件有形状方面的特殊要求。比如我在公司做的这个零件，这张UT的零件图上明确的指出了对这个零件平面度的要求±0.1mm。1．冲裁断面质量及其影响因素由冲裁变形的特点，冲裁件的断面明显地分为了四个特征区，即圆角带（塌角带）、光亮带、断裂带、毛刺区。圆角带-该区域的形成主要是当凸模刃口刚压入板料时，刃口附近的材料产生弯曲和伸长变形，材料被带进模具间隙的结果。光亮带-该区域发生在塑性变形阶段，当刃口切入金属板料后，板料与模具侧面挤压而形成的光亮垂直的断面。通常占全断面的1／２～１／３。断裂带-该区域是在断裂阶段形成。是由刃口处产生的微裂纹在拉应力的作用下，不断扩展而形成的撕裂面其断面粗糙，具有金属本色，且带有斜度。毛刺的形成是由于在塑性变形阶段后期，凸模和凹模的刃口切入被加工板料一定深度时，刃口正面材料被压缩，刃尖部分是高静水压应力状态，使微裂纹的起点不会在刃尖处发生，而是在模具侧面距刃尖不远的地方发生，在拉应力的作用下，裂纹加长，材料断裂而产生毛刺。在普通冲裁中毛刺是不可避免的。各个部分，在整个断面上所占的比例，随材料的性能、厚度、模具冲裁间隙、刃口状态及摩擦等条件的不同而变化。（1）材料力学性能的影响材料的塑性越好，冲裁时出现裂纹较迟，材料被剪切的深度较大，所得的光亮带所占的比例就大，但圆角也大。塑性差，材料容易拉断，被剪切不久就会出现裂纹，使断面光亮带所占的比例小，圆角小，大部分是粗糙的断面。（2）模具间隙的影响模具间隙的含义：凸模与凹模工作部分尺寸之差称为间隙。用Z表示（）一般在工厂里面都是指的单边间隙。（举例：比如我们公司的屏蔽罩设计规范中指出用的材料的间隙只是指出怎么计算或是查找，没有明确指出是单边还是双边间隙。）冲裁间隙增大时，材料内拉应力增大，使得拉伸断裂发生早，于是断裂带变宽（其实间隙合适的时候，材料也是利用凸模下行深度越深，拉应力越大的原理使材料产生裂纹。），光亮带变窄（提问：为什么？因为间隙增大，压应力减小，使得凸、凹模对材料的挤压减小，同时拉应力增大，使裂纹很早就出现，使得挤压面积减小），弯曲变形增大，因而圆角也增大。冲裁间隙减小时，压应力成分增大，使得凹模刃口附近产生的裂纹进入凸模下面的压应力区而停止发展；由凸模刃口附近产生的裂纹进入凹模上表面的压应力区也停止发展；上、下裂纹不重合，在两条裂纹之间发生第二次剪切。当上裂纹压入凹模时，受到凹模壁的挤压，产生第二光亮带，同时部分材料被挤出，在表面形成薄而高的毛刺。（提问：为什么？）（3）模具刃口状态对质量的影响见大学教材。2．冲裁件尺寸精度及其影响因素冲裁件的尺寸精度是指冲裁件的实际尺寸与公称尺寸之差。差值越小，精度越高。冲裁件的尺寸精度与很多因素有关。如冲模的制造精度，材料性质、冲裁间隙和冲裁件的形状误差等。（1）、冲模的制造精度冲模的制造精度对冲裁件尺寸精度有直接影响。提问：100万件产品尺寸精度是否一致？如果不一致，导致不一致的原因？对于冲孔件，其尺寸精度由谁保证？对于落料件其尺寸精度由谁保证？对于冲孔加工，设计凸模时应该以孔的什么尺寸作为设计基准？对于落料加工，设计凹模时应该以落料件的什么尺寸作为设计基准？冲模的制造精度越高，冲裁件的尺寸精度也就越高！见表2-2公差等级：确定尺寸精确程度的等级称为公差等级。国家标准共规定了20个公差等级，用符号IT01，IT0，IT1……IT18表示。公差等级依次降低。（2）、材料的性质对于塑性好的材料，由于它的伸长率高，屈服点低较小，所以弹性变形量较小，冲裁结束后，冲裁件回弹较小，因而尺寸精度高。而硬质材料，塑性较差，弹性变形量大，所以冲裁结束后，冲裁件回弹较大，因而尺寸精度较低。（3）冲裁间隙当间隙合理时，在冲裁过程中，板料的变形区在比较纯的剪切应力作用下被分离，使落料件的尺寸等于凹模尺寸；冲孔件的尺寸等于凸模尺寸。当间隙过大时，板料在冲裁过程中除了受到剪切外还会受到较大的拉伸和弯曲变形，冲裁后因材料的弹性恢复，将使冲裁件尺寸向实际方向收缩。对于落料件，其尺寸会小于凹模尺寸；对于冲孔件，其尺寸会大于凸模尺寸。当间隙过小时，板料的冲裁过程中除剪切外还会受到很大的挤压作用。冲裁后，材料的弹性恢复使冲裁件尺寸向实体的反方向胀大。对于落料件，其尺寸会大于凹模尺寸。对于冲孔件，其尺寸会小于凸模尺寸。3．合理间隙值的确定（1）、间隙对冲压力的影响补充：试验证明，间隙对冲压力影响明显。随着间隙的增大，材料所受的拉应力增大，容易断裂分离，因此冲裁力减小。由于间隙增大，使光亮带变窄以及材料的弹性变形，使落料件的尺寸小于凹模孔口尺寸，冲孔尺寸大于凸模尺寸，因而使卸料力、推件力或顶件力随之减小。（提问：为什么？）（2）、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。（解释为什么要刃磨！）凸、凹模可经历多次刃磨。正常情况下，冲裁凸模和凹模每次的刃磨量为0.10～0.15mm或稍多一些。两次相邻刃磨之间，冲模能冲制合格冲件的总数即刃磨寿命。（解释。举例公司模具镶件磨刃口，加垫块。）模具总寿命是指模具失效时的总的合格冲件数表示。模具的失效形式一般有：磨损、变形（不经过深冷处理的零件的变形）、崩刃、折断和涨裂（举例公司模具底座没有铣通，废料把凹模板涨裂。）在冲裁过程中，由于材料有变形抗力，故会对材料凸、凹模产生反作用力，使凸、凹模刃口承受极大的垂直压力与侧压力的作用，高压使刃口与被冲材料接触面之间贴合很紧，当接触面相对滑动时，产生很大的磨擦而使凸、凹模磨损。这种磨损是冲裁模具的主要磨损形式。当间隙减小时，凸、凹模与材料接触压力也随之增大，同时相对滑动距离越大，模具材料越软，磨损就增大。并且由于间隙减小，冲件的光亮带增加，使得材料与凸、凹模的摩擦距离增大，摩擦发热严重，可能出现模具与材料之间出现粘结现象；而接触压力的增大，还会引起刃口的压缩疲劳破坏，引起崩刃。小的间隙，如果凸、凹模的制造精度出现问题，还可能出现相互啃刃的现象。为了提高模具寿命一般采用较大的间隙。（3）、间隙值的确定确定合理间隙的方法有理论确定法与经验确定法、图表法。①理论确定法的主要依据是保证上下裂纹会合，以便获得良好的断面。根据图中三角形ABC的关系可求得间隙值c为：Z/2=(t-s)tanβ=t(1-s/t)tanβ从上式看出，间隙z/2与材料厚度t、相对切入深度s／t以及裂纹方向β有关。而s与β又与材料性质有关，材料愈硬，s／t愈小。因此影响间隙值的主要因素是材料性质和厚度。材料愈硬愈厚，所需合理间隙值越大。由于理论计算方法在生产中使用不方便，故目前间隙值的确定广泛使用的是经验公式与图表。②查表法见表2-3提问：为什么抗剪强度越大，冲裁间隙越大？抗剪强度越大，材料变形抗力越大，出现剪裂纹越困难，因此需要增大冲裁间隙，以提高拉应力，使裂纹能够在冲裁行程之内出现，保证冲裁的顺利进行。有色金属实用知识简介纯铜是玫瑰红色金属，表面形成氧化铜膜后呈紫色，故工业纯铜常称紫铜或电解铜。黄铜是铜与锌的合金。最简单的黄铜是铜—锌二元合金，称为简单黄铜或普通黄铜。改变黄铜中锌的含量可以得到不同机械性能的黄铜。黄铜中锌的含量越高，其强度也较高，塑性稍低。青铜是历史上应用最早的一种合金（越王的青铜剑），原指铜锡合金，因颜色呈青灰色，故称青铜。为了改善合金的工艺性能和机械性能，大部分青铜内还加入其它合金元素，如铅、锌、磷等。以镍为主要添加元素的铜基合金呈银白色,称为白铜。铜镍二元合金称普通白铜，加锰、铁、锌和铝等元素的铜镍合金称为复杂白铜，纯铜加镍能显著提高强度、耐蚀性、电阻和热电性。工业用白铜根据性能特点和用途不同分为结构用白铜和电工用白铜两种，分别满足各种耐蚀和特殊的电、热性能。③经验公式法软钢：低、中碳钢硬钢：高碳钢提问：间隙会不会改变，是否始终保持一致。第二节冲裁模刃口尺寸计算普通冲裁件的断面呈锥形，因此在测定落料件或者是冲孔件的时候我们都应该以光亮带为测量标准。（提问：为什么？光亮带为垂直、光亮的断面。）一、刃口尺寸计算的基本原则提问：落料件的大端（光面），是由谁挤压而成的？冲孔件的（小端）光面是由谁挤压而成的？在冲裁过程中，凸、凹模具要和冲裁零件或废料发生摩擦，凸模越磨越小，凹模越磨越大，结果使间隙增大，因此，在确定凸、凹模刃口尺寸时必须遵循下述原则：1．落料件尺寸由凹模尺寸决定，冲孔时孔的尺寸由凸模尺寸决定。故设计落料模时，以凹模为基准，间隙取在凸模上（解释）；设计冲孔模时，以凸模为基准，间隙取在凹模上。2．考虑到冲裁中凸、凹模的磨损，设计落料模时，凹模基本尺寸应取尺寸公差范围的较小尺寸；设计冲孔模时，凸模基本尺寸则应取工件孔尺寸公差范围内的较大尺寸。这样，在凸、凹模磨损到一定程度的情况下，仍能冲出合格制件。凸、凹模间隙则取最小合理间隙值。3．确定冲模刃口制造公差时，应考虑制件的公差要求。如果对刃口精度要求过高(即制造公差过小)，会使模具制造困难，增加成本，延长生产周期；如果对刃口精度要求过低(即制造公差过大)，则生产出来的制件可能不合格，会使模具的寿命降低。一般取制件公差Δ值的1/3～1/4。（举例：比如这个孔尺寸为16.8±0.1，按照此方法，应该为多少？但是同时要考虑对间隙值的影响。比如在精密冲裁中，同样以16.8±0.1为例，由于我们使用材料厚度只有0.2mm，冲裁间隙计算出来只有0.015mm。如果你的凸、凹模具的制造公差按照1/3～1/4来计算，那肯定不能生产出合格的冲压件。所以，在我们公司凸、凹模具的制造公差都在±0.005mm之内。）当凸、凹模具采用分开加工时，|δp|+|δd|≤Zmax-Zmin（解释最大、最小合理间隙的含义。）（解释原因：以落料为例，对于凸模来说，制造公差等级较低，使凸、凹之间间隙超出合理间隙范围，对落料间断面质量影响较大。对于凹模来说，由于落料件的尺寸精度由凹模决定，如果凹模制造公差等级较低，会使凹模的可磨损量减小，降低了凹模的使用寿命，从而增加成本。）二、计算方法分开加工时，凸、凹模按照各自设计图纸分开加工。而配合加工以落料为例，先加工出凹模，然后通过实际测量出凹模刃口尺寸，然后以此为基准减去最小间隙，配做出凸模（凸模不需要设计图纸）。请看图2-8，采用分开加工，可以使凸、凹模自身的互换性较好，便于模具成批制造，但需要较高的公差等级才能保证合理间隙，模具制造困难，加工成本高。（比如，以我设计制造的这副精密级进模具为例，一副模具上有很多凸、凹模镶件。当模具在工作过程中，以冲孔为例，当凹模出现崩刃等失效形式时，需要更换，可是如果采用配合加工，凹模没有设计图纸，必须对凸模进行测量，然后进行配做。首先降低了生产效率，其次此时的凸模也有一定的磨损，配做出来的凹模不能保证在凸模磨损失效后更换后的最小合理间隙，从而影响冲裁件的断面质量。但是分开加工对凸、凹