冲裁(冲压与模具)

第2章冲裁本章内容冲裁是冷冲压最基本的工序之一。本章介绍了冲裁基础、冲裁工艺、冲裁模具结构以及典型冲裁模设计实例。涉及冲裁变形过程分析、冲裁件质量及影响因素、冲裁间隙确定、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。本章重点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．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。本章难点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。2.1冲裁基础冲裁：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。包括落料、冲孔、切断、修边、切舌、剖切等。分类：普通冲裁、精密冲裁。落料:若使材料沿封闭曲线相互分离，封闭曲线以内的部分作为冲裁件时，称为落料；落料工序中使用的模具叫落料模。工件的尺寸由冲裁凹模尺寸决定。冲孔:若使材料沿封闭曲线相互分离，封闭曲线以外的部分作为冲裁件时，则称为冲孔。冲孔工序中使用的模具叫冲孔模。工件的尺寸由冲孔凸模尺寸决定。1.冲裁变形时板料变形区力态分析四对力凸、凹模间隙存在，产生弯矩。1-凸模2-板材3-凹模2.1.2冲裁变形过程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2.1.2冲裁变形过程3.冲裁件质量及其影响因素指断面状况、尺寸精度和形状误差。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2.1.2冲裁变形过程3.冲裁件质量及其影响因素（1）冲裁件断面质量及其影响因素A.断面组成圆角带a：光亮带b：断裂带c：毛刺区d：刃口附近的材料产生弯曲和伸长变形。塑性剪切变形。质量最好的区域。通常占全断面1/3─1/2。裂纹形成及扩展。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。2.1.2冲裁变形过程B.模具间隙的影响B.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C.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。(2)冲裁件尺寸精度及其影响因素冲裁件的尺寸精度：指冲裁件的实际尺寸与图纸上基本尺寸之差。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。影响因素：（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(3)冲裁件形状误差及其影响因素冲裁件的形状误差：指翘曲、扭曲、变形等缺陷。翘曲：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。Z=DA—dT2.1.3冲裁间隙1.冲裁间隙对冲裁工艺的影响(1)间隙对冲裁件质量的影响：间隙是影响冲裁件质量的主要因素。(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。(3)间隙对模具寿命的影响：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。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。2.冲裁模间隙值的确定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。（1）理论法确定法tan12tan200ththtZ（2）表格法（表2.3）（3）经验公式法刃口尺寸计算的作用：凸模和凹模的刃口尺寸和公差，直接影响冲裁件的尺寸大小。模具的合理间隙值也靠凸、凹模刃口尺寸及其公差来保证。1.凸、凹模刃口尺寸计算原则(１)设计落料模先确定凹模刃口尺寸。以凹模为基准，间隙取在凸模上，即冲裁间隙通过减小凸模刃口尺寸来取得。设计冲孔模先确定凸模刃口尺寸。以凸模为基准，间隙取在凹模上，冲裁间隙通过增大凹模刃口尺寸来取得。2.1.4凸模和凹模的刃口尺寸计算(２)由于凸模在使用中越磨越大，凹模在使用中则越磨越小，因此在设计落料模时，凹模基本尺寸应取接近或等于工件的最小极限尺寸；设计冲孔模时，凸模基本尺寸则取接近或等于工件孔的最大极限尺寸。模具磨损预留量与工件制造精度有关。(３)冲裁（设计）间隙一般选用最小合理间隙值（Zmin）。(４)选择模具刃口制造公差时，要考虑工件精度与模具精度的关系，即要保证工件的精度要求，又要保证有合理的间隙值。(５)工件尺寸公差与冲模刃口尺寸的制造偏差原则上都应按“入体”原则标注为单向公差。但对于磨损后无变化的尺寸，一般标注双向偏差。2.凸、凹模刃口尺寸计算方法（1）分开加工具有互换性、制造周期短，但Zmin不易保证，需提高加工精度，增加制造难度。（2）配合加工Zmin易保证，无互换性、制造周期长。（3）凸模与凹模分开加工A.落料AxDDA0max0minmax0minTTZxDZDDATB.冲孔0minTxddTAAZxdZddTA0minmin0minC.孔心距dL=L±81为了保证可能的初始间隙不超过Zmax，即AT+Zmin≤Zmax，选取必须满足以下条件：ATminmaxZZ≤凸、凹模的制造公差，可按ＩＴ６～ＩＴ７级来选取。但需校核。或取T≤minmax4.0ZZ≤Aminmax6.0ZZ例2-1如图所示零件，材料Q235钢，料厚t=0.5mm。计算冲裁凸、凹模刃口尺寸及公差。解：该零件属于无特殊要求的一般冲孔、落料件。外形mm062.036由落料获得，mm12.0062和18±0.09由冲孔同时获得。查表2-4得，mmZmmZ06.004.0maxmin，，则mmmmZZ02.0)04.006.0(minmax例2-1（续）由公差表查得：mm12.0062为IT12级，取x=0.75；mm062.036为IT14级，取x=0.5；设凸、凹模分别按IT6和IT7级加工制造，则冲孔：0008.00008.00min09.6)12.075.06(TxddTmmmmZddATA012.00012.000min13.6)04.009.6(校核：AT≤minmaxZZ0.008+0.012≤0.06-0.040.02=0.02（满足间隙公差条件）例2-1（续）孔距尺寸：dL=L±=18±0.125×2×0.09=(18±0.023)mm落料：mmmmxDDAA025.00025.000max69.35)62.05.036(mmmmZDDtAT0016.00016.00min65.35)04.069.35(校核：0.016+0.025=0.040.02（不能满足间隙公差条件）因此，只有缩小，提高制造精度，才能保证间隙在合理范围内，由此可取：T≤minmax4.0ZZ=0.4×0.02=0.008mmA≤minmax6.0ZZ=0.6×0.02=0.012mm故：mmDA012.0069.35mmDT0008.065.35（4）凸模与凹模配合加工配合加工就是先按设计尺寸制出一个基准件（凸模或凹模），然后根据基准件的实际尺寸再按最小合理间隙配制另一件。设计时，基准模的刃口尺寸及制造公差应详细标注，而配制件上只标注公称尺寸，不注公差，但在图纸技术要求上注明:“凸（凹）模刃口按凹（凸）模实际刃口尺寸配制，保证双面合理间隙值Zmin～Zmax”。特点：模具的间隙由配制保证，工艺比较简单，不必校核≤的条件，并且还可放大基准件的制造公差，使制造容易。ATminmaxZZA.根据磨损后轮廓变化情况，正确判断出模具刃口尺寸类型：即：磨损后变大，变小还是不变。B.根据尺寸类型，采用不同计算公式。磨损后变大的尺寸，采用分开加工时的落料凹模尺寸计算公式。磨损后变小的尺寸，采用分开加工时的冲孔凸模尺寸计算公式。磨损后不变的尺寸，采用分开加工时的孔心距尺寸计算公式。C.刃口制造偏差可按工件相应部位公差值的1/4来选取。对于刃口尺寸磨损后无变化的制造偏差值可取工件相应部位公差值的1/8并冠以（±）。例2-2如图所示零件，材料10钢，料厚t=1mm。计算冲裁凸、凹模刃口尺寸及制造公差。mm40034.0bmm80042.0amm35034.0cd=22±0.14mmmm15012.0e解：该冲裁件属落料件，选凹模为设计基准件，只需要计算落料凹模刃口尺寸及制造公差，凸模刃口尺寸由凹模实际尺寸按间隙要求配作。由表2-4查得：mmZmmZ14.010.0maxmin，例2-2（续）由公差表查得：尺寸80mm，选x=0.5；尺寸15mm，选x=1；其余尺寸均选x=0.75。落料凹模的基本尺寸计算如下：第一类尺寸：磨损后增大的尺寸mmmma105.0042.0079.79)42.05.080(41凹mmmmb085.0034.0075.39)34.075.040(41凹mmmmc085.0034.0075.34)34.075.035(41凹例2-2（续）第二类尺寸：磨损后减小的尺寸mmmmd0070.0028.007.22)28.075.014.022(41凹第三类尺寸：磨损后基本不变的尺寸mmmme015.094.1412.081)12.05.015(凹落料凸模的基本尺寸与凹模相同，分别是79.79mm，39.75mm，34.75mm，22.07mm，14.94mm，不必标注公差，但要在技术条件中注明：凸模实际刃口尺寸与落料凹模配制，保证最小双面合理间隙值例2-2（续）1.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；——材料抗剪强度；K——系数。一般取K＝1.3。b2.1.5冲裁力计算和模具压力中心的确定2.辅助力的计算从凸模上卸下箍着的料所需要的力。推件力：将梗塞在凹模内的料顺冲裁方向推出所需要的力。顶件力：逆冲裁方向将料从凹模内顶出所需要的力。卸料力：卸料力FKFXX推件力FnKFTT顶件力FKFDD——卸料力、推件力、顶件力系数。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。上式中3.压力机公称压力的确定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4.降低冲裁力的措施(1)阶梯凸模冲裁(2)斜刃冲裁（3）加热冲裁（红冲）5.确定模具压力中心模具的压力中心：冲压力合力的作用点。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。5.确定模具的压力中心（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5