第二章冲裁工艺与冲裁模

第2章冲压工艺与冲裁模教学要点：◆冲裁工艺设计基础◆冲裁工艺计算◆排样设计◆冲裁模典型结构◆冲裁模零部件结构设计◆综合案例重点：★冲裁件的断面特征；★凸凹模刃口尺寸的计算原则和方法；★冲裁模零部件的结构设计。难点：冲裁变形过程和冲裁模零部件的设计。冲裁工艺定义指利用装在压力机上的模具使板料沿着一定的轮廓形状产生分离的一种冲压工艺。它可以直接冲出所需形状的零件，也可为弯曲、拉深等成形工序制备毛坯。2-1冲裁工艺设计基础一.冲裁工艺概述若是为了获取具有所需内孔形状的零件，则称为冲孔。冲下来的是废料，得到的是工件。若是为了获取具有所需外形轮廓的零件，则称为落料。冲下来的是工件，剩余的是废料。冲裁模冲裁工艺分类1弹性变形阶段下沉，上翘—初始塌角；撤力后恢复。2塑性变形阶段凸、凹模都切入板料，形成光亮的剪切断面。三个阶段：二.冲裁变形过程3断裂阶段裂纹不断扩展；上下裂纹重合；分离圆角带：发生在弹性变形后期和塑性变形初期，由金属的弯曲和拉伸而形成。其大小与材质有关。光亮带：产生于塑性变形阶段，断面主要受剪应力和压应力作用。断面平整、光滑。通常占整个区域的1/3（或者小于1/3），与材质有关。断裂带：产生于冲裁变形的第三阶段，受拉应力作用，得到表面粗糙无光泽且有一定斜度的表面。毛剌区：是由于冲裁间隙的存在而产生，该区域一般不可避免。三.冲裁件的断面特征注意事项a、粗大毛刺的产生部位：当凸模刃口磨钝时，落料件的上端会出现粗大的毛刺；当凹模刃口磨钝时，冲孔件的下端会出现粗大的毛刺；当凸、凹模刃口同时磨钝时，则冲裁件上、下端都会产生毛刺。对于落料件，光亮带是工件的最大实体尺寸，当它与孔类配合时，光亮带尺寸就是工件的工作尺寸。对于冲孔件，光亮带是工件的最小实体尺寸，当它与轴类零件相配合时，光亮带尺寸就是工件的工作尺寸。因此，冲裁件是以光亮带作为其工作、配合、检测的标准。b、关于实际应用与尺寸测量的问题:冲裁间隙是凸、凹模刃口尺寸之差。单边间隙：Z/2=（Dd－Dp）/2双边间隙：Z=（Dd－Dp）凸模凹模冲裁板料单边间隙2-4冲裁工艺计算一.冲裁间隙1、冲裁间隙定义冲裁件质量包括：冲裁件断面质量、尺寸精度和弯曲度三个方面间隙对断面质量的影响a、冲裁间隙对冲裁件质量的影响间隙小，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。2、冲裁间隙对冲裁过程的影响间隙对冲裁件尺寸精度的影响冲裁件的尺寸精度是指冲裁件的实际尺寸与基本尺寸的差值。因冲裁时，材料的弹性变形，从而使得工件尺寸与模具刃口尺寸不一样。间隙较大时，受拉伸的材料？落料件冲孔间隙较小时，受压缩的材料？落料件冲孔间隙对弯曲的影响通常间隙越大，则冲裁件就弯曲越严重。b、间隙对冲裁力的影响一般情况下，间隙越小，则所需的冲裁力越大；但冲裁间隙在一定范围内增大时，冲裁力也相对减小。C、间隙对模具寿命的影响间隙越小，摩擦越严重，模具寿命就越短；而较大的间隙，可以相对地提高模具寿命。冲裁间隙对冲裁过程的影响3、合理冲裁间隙的确定合理冲裁间隙的概念：使模具寿命高、冲裁件质量好的冲裁间隙范围，称为合理冲裁间隙。间隙范围的上限为最大合理间隙Zmax;间隙范围的下限为最小合理间隙Zmin。注意：考虑到刃口磨损，设计制造新模具时，应选用最小合理间隙Zmin，使用过程中当间隙大于Zmax时，需修理模具。经验确定法:Zmin=ct注意：1、行业不同，经验公式及数值不同；2、没经验时，取中间值。3、经验公式及数值都不是准确数值，需经过具体生产情况验证、修正后确定。确定合理冲裁间隙的方法软材料：t＜1mm，c=3%～4%t＜1-3mm，c=5%～8%t＜3-5mm，c=8%～10%硬材料：t＜1mm，c=4%～5%t＜1-3mm，c=6%～8%t＜3-5mm，c=8%～13%查表确定法③Zmax为初始间隙的最大值，即最大合理间隙。它是考虑到凸模和凹模的制造误差，在Zmin的基础上增加一个数值而得。①表中经验数据适用于一般条件下的冲裁。⑤模具在使用过程中，由于工作部分的磨损，间隙将会有所增加，因而使凸模和凹模之间的间隙可能超出表中所列最大合理间隙Zmax的数值。注意：②Zmin为初始间隙的最小值，即最小合理间隙。④模具初始间隙应在Zmin和Zmax之间。二.刃口尺寸计算冲裁件的尺寸精度主要决定于模具刃口的尺寸精度；模具的合理间隙值也靠模具刃口尺寸来保证。因此，在设计冲裁模时，要正确确定模具刃口尺寸及其公差。重要性：冲裁件断面带有锥度的；落料件的大端尺寸等于凹模尺寸，冲孔件的小端尺寸等于凸模尺寸。在测量与使用中，落料件是以大端尺寸为基准，冲孔件孔径是以小端尺寸为基准。凸模越磨越小，凹模越磨越大。生产实践发现的规律：凸模刃口尺寸按凹模尺寸减去最小间隙值Zmin确定。⑴落料件以凹模为基准件（因为落料工件的尺寸更接近于凹模的刃口尺寸）先确定凹模刃口尺寸：凹模刃口尺寸接近或等于工件最小极限尺寸，以保证模具在一定范围内磨损后，仍能冲出合格零件。1、凸、凹模刃口尺寸计算原则⑵冲孔件以凸模为基准件（因为冲孔工件的尺寸更接近于凸模的刃口尺寸）先确定凸模刃口尺寸：凸模刃口尺寸接近或等于孔的最大极限尺寸，以保证模具在一定范围内磨损后，仍能冲出合格零件。凹模刃口尺寸按凸模尺寸加上最小间隙值Zmin确定。⑶凹模和凸模制造公差主要与冲裁件的精度和形状有关。模具制造精度应比冲裁件精度高2～3级,一般为IT6级左右,可查表。为使新模具间隙不小于最小合理间隙,一般凹模公差标成,凸模公差标成。dp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。所谓“入体”原则是指标注工件尺寸公差时应向材料实体方向单向标注。但对于磨损后无变化的尺寸，一般标注双向偏差。对于轴，其尺寸越加工越小——这样对于轴，其尺寸上偏差取0，下偏差为负——是为“入体”（即入材料体），即其尺寸越来越小；对于孔，其尺寸越加工越大——这样对于孔，其尺寸下偏差为0，上偏差为正——是为“入体”（即入材料体），即尺寸越来越大。⒉凸、凹模刃口尺寸计算根据冲裁件形状的复杂程度，模具制造中，凸、凹模的加工有两种方法，一种是按互换原则组织生产，另一种是按配合加工组织生产。⑴互换加工中凸、凹模刃口尺寸计算—适用于圆形和规则形状的冲裁件①冲孔设冲裁件的孔径为,根据刃口尺寸计算原则,计算公式为：D0d重点0pp)xd(dD凸模:dZxdddD0min)(凹模:式中：d—冲孔工件孔的基本尺寸，mmdp、dd—冲孔凸、凹模刃口尺寸，mmΔ—工件公差，mmX—磨损系数（查表）—凸、凹模制造偏差（查表），mmdp设冲裁件的落料尺寸为,根据刃口尺寸计算原则,计算公式为:0DD②落料d0d)xD(DD凹模:凸模:0minppZxDDD)(dpDD、—落料凸、凹模刃口尺寸，mm式中：③中心孔（孔心距）模具L模=DDDD28141LLDL设孔心距为为零件孔心距公差，为零件孔心距偏差。DD因为凸、凹模分开加工，要分别标注凸、凹模刃口与制造公差，所以为保证冲裁间隙在合理范围内，应保证下式成立：minmaxZZdp④计算结果校验如不满足，则应提高模具制造精度，即减小、dp⑤优点凸、凹模具有互换性，制造周期短，便于批量生产。⑥缺点：模具制造公差小，模具制造困难，成本高。刃口尺寸计算注意点:1.分清是冲孔还是落料2.冲裁间隙Z的确定：与材料和料厚有关3.冲裁件的尺寸标注是否标准D0d孔的标注：0DD落料的标注：D中心距标注：L4.模具制造精度一般IT6级，查表得δP和δｄ。d凹模的公差标成8.未标注公差的尺寸，依据表2-14确定精度后查表。5.凸模公差标成p7.磨损系数X：只与公差和料厚有关。minmaxdZZp6.验算minmaxZZdp若应提高模具制造精度。如图冲压件，材料为45号钢，料厚t=0.5mm，计算凸凹模刃口部分尺寸？例1：解：此冲压件的外形属落料，内孔属冲孔查表得：mmZZmmZmmZ02.010.008.0minmaxmaxmin由公差值可查表得磨损系数X为：Φ6：X=0.75，Φ36：X=0.5（1）孔Φ6006.00006.000min0004.00048.00116.6)08.0048.075.06()(036.6)048.075.06)DD凹凸凹凸（（Zxddxdd校核：0.004+0.006=0.0100.020（2）Φ36落料0004.00004.00min006.00006.00061.35)08.069.35)(69.35)62.05.036()DD（（凸凹凸凹ZxDDxDD校核：0.004+0.006=0.0100.020冲裁如图的垫圈，材料为10号钢，厚度为1mm，计算凸凹模工作部分的尺寸？请问若冲压件的厚度为3mm，请问模具制造精度能否为IT6级？例2：解：由10号钢和厚度1mm查表得：(1)冲孔：Φ51.5-0.50为Φ510+0.5012.00012.000min0008.00008.0038.51)13.025.51()(25.51)5.05.051()(DdpZddxddpdpmmZZmmZmmZ03.016.013.0minmaxmaxmin由公差值可查得磨损系数x为：Φ51.5：X=0.5,Φ68:X=0.5（2）落料：Φ改为Φ0008.00008.00min012.00012.00077.67)13.09.67()(9.67)6.05.02.68()(DpdZDDxDDdpd验证：03.0020.0dp若t=3mm,IT6级0.060.063δδdp20.040.06806.02.68所以，精度应高于IT6级。例3：冲制图示零件，材料为Q235钢，料厚t=0.5mm。计算冲裁凸、凹模刃口尺寸及公差。解：由图可知，该零件属于无特殊要求的一般冲孔、落料。则mmmmZZ02.0)04.006.0(minmax外形由冲孔同时获得。由落料获得，062036.120062.和18±0.09mmZmmZ06.004.0maxmin，查表得，由公差表查得：为IT12级，取x=0.75；120062.062036.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：000800008000961207506..minp.)..(xddTD01200012000136040096..minTd.)..(ZddA0.008+0.012≤0.06-0.040.02=0.02（满足间隙公差条件）校核：minmaxZZdp孔距尺寸：L模=18±0.25×0.09=(18±0.023)mm因此，只有缩小公差，提高制造精度，才能保证间隙在合理范围内，由此可取：落料：0250002500069356205036..maxd.)..(xDDAD0016000160065350406935..minAp.)..(ZDDt≤=0.4×0.02=0.008mmpminmax4.0ZZ=0.6×0.02=0.012mmd≤minmax6.0ZZ校核：0.016+0.025=0.040.02（不能满足间隙公差条件）⑵配合加工中凸、凹模刃口尺寸计算—适用于形状复杂或薄料冲裁件（注：目前，一般工厂均采用此法）首先加工凸、凹模中的一件作为基准件（落料时选凹模为基准件，冲孔时选凸模为基准件），然后以选定的间隙配合加工另一件。特点：允许在加工基准件时适当放宽公差，降低模具加工难度。①配合加工②计算过程形状复杂的冲裁件，各部分尺寸性质不同，凸凹模的磨损情况也不同，其基准件的