21冲裁工艺设计基础

南阳理工学院模具设计与制造南阳理工学院模具设计与制造一.冲裁工艺概述冲裁工艺概念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。*****南阳理工学院模具设计与制造冲裁加工冲裁加工示意图1—凸模；2—凹模冲裁加工必须使用模具。图中1为凸模，2为凹模，凸模端部及凹模洞口边缘的轮廓形状与工件形状对应，并有锋利的刃口。凸模刃口轮廓尺寸略小于凹模，其差值称为冲裁间隙。冲裁过程：板料放在凹模平面上，在压力机滑块连同凸模一起向下运动将凸模推入凹模的过程中，就会对板料实行剪切，将所需形状的工件从板料上分离下来。南阳理工学院模具设计与制造一.冲裁工艺概述冲裁工艺分类落料冲孔切边切口落料和冲孔有何不同？落料、冲孔工序应用最多。南阳理工学院模具设计与制造落料和冲孔的区别：落料是从板料上冲下所需形状的工件（或毛坯）；冲孔是在工件上冲出所需形状的孔。南阳理工学院模具设计与制造二.冲裁变形过程弹性变形阶段塑性变形阶段断裂阶段*****南阳理工学院模具设计与制造三.冲裁件的断面特征断面特征：4个光亮带断裂带毛刺区断面粗糙、有斜度（4°～6°）；所占比例↑，冲件质量↓；模具间隙↑，断裂带↑，模具寿命↑。断面光亮、垂直，通常占全断面的1/2～1/3；所占比例↑，冲件质量↑；模具间隙↓，光亮带↑，但模具寿命↓。圆角带（塌角区）：弹性变形时，刃口附件的板料被牵连，产生弯曲和拉深变形而形成的，是塑性变形时定形。毛刺↑，冲件质量↓；刃口钝、间隙不均匀、间隙大，毛刺↑*****南阳理工学院模具设计与制造三.冲裁件的断面特征一块板料冲后形成的冲孔、落料件断面特征关系？南阳理工学院模具设计与制造四.冲裁件的工艺性冲裁件的结构工艺性形状力求简单、规则，利于选取少废料、无废料排样。冲裁件的结构、形状、尺寸和精度等，对冲裁工艺的适应性称为冲裁件的工艺性。南阳理工学院模具设计与制造四.冲裁件的工艺性内、外形转角处避免尖角尖角会给模具加工、热处理带来困难和危害，模具使用中也容易损坏。冲裁件的最小过渡圆角半径rmin零件种类黄铜、纯铜、铝合金钢软钢备注落料≥90°90°0.18t0.35t0.35t0.70t0.25t0.50t≮0.25mm≯0.50mm冲孔≥90°＜90°0.20t0.40t0.45t0.90t0.30t0.60t≮0.30mm≯6mm南阳理工学院模具设计与制造四.冲裁件的工艺性强调：特殊之处!少废料、无废料排样或镶拼模具结构时，必须采尖角。南阳理工学院模具设计与制造四.冲裁件的工艺性避免过长的悬壁与狭槽目的：降低模具制造难度，增加模具强度。允许的悬壁与狭槽尺寸：有色金属和低碳钢板料：宽度b≥1.5t，深度h≤5b。中、高碳钢钢板：b≥2t南阳理工学院模具设计与制造四.冲裁件的工艺性孔间距、孔边距不能太小目的：增加模具强度。允许的孔间距、孔边距尺寸：矩形孔：c、c′≥1.5t；圆形孔：c、c′≥t。在弯曲和拉深件上冲孔时南阳理工学院模具设计与制造四.冲裁件的工艺性冲孔时，孔径不能太小。不带保护套凸模冲孔的最小孔径南阳理工学院模具设计与制造四.冲裁件的工艺性带保护套凸模冲孔的最小孔径可稍小一些南阳理工学院模具设计与制造冲裁件尺寸精度和表面粗糙度四.冲裁件的工艺性尺寸精度金属冲裁件经济精度不低于IT11级。非金属冲裁件经济精度不低于IT14级。南阳理工学院模具设计与制造冲裁件尺寸精度和表面粗糙度四.冲裁件的工艺性表面粗糙度南阳理工学院模具设计与制造冲裁件的尺寸标注四.冲裁件的工艺性原则：符合冲压工艺要求标注不合理：两孔位置尺寸会随模具磨损而增大，孔心距误差会随模具的磨损而增大。合理南阳理工学院§2-3排样设计南阳理工学院模具设计与制造排样设计：指冲裁件在条料、带料或板料上的布置方式§2-3排样设计*****南阳理工学院模具设计与制造一.排样设计原则1排样设计原则在不影响零件性能的前提下，尽可能提高材料利用率。（1）提高材料利用率纵裁：沿板料长度方向剪裁，得到条料较长，降低劳动强度；优先采用。横裁：沿板料宽度方向剪裁。南阳理工学院模具设计与制造一.排样设计原则（2）改善操作性工人操作方便、安全，劳动强度低，换条料和翻动条料次数少。工件宽、厚时，选用哪种排样形式？工件窄、薄时，选用哪种排样形式？南阳理工学院模具设计与制造一.排样设计原则（3）使模具结构简单、合理（4）保证冲裁件质量冲裁件断面质量（要搭边）弯曲件纤维方向一次冲两个，模具结构复杂，凹模璧薄，寿命低。南阳理工学院模具设计与制造一.排样设计条料在板料中的布置、裁剪形式：尽量采用纵裁（减少裁板次数和换条料次数）。在以下情况时，采用横裁：①条料太重，超过12kg时；②横裁的材料利用率明显高于纵裁时；③纵裁不能满足弯曲件坯料对纤维方向要求时。南阳理工学院模具设计与制造2排样的分类有废料排样：材料利用率低，冲裁件断面质量最好一.排样设计原则少废料排样：材料利用率中等，冲裁件断面质量稍差无废料排样：材料利用率最高，冲裁件断面质量最差南阳理工学院模具设计与制造一.排样设计原则3排样的形式见书表2-9南阳理工学院模具设计与制造二.排样设计1搭边冲裁件之间、冲裁件与条料侧边之间的工艺废料称为搭边。概念：南阳理工学院模具设计与制造二.排样设计补偿送料和定位误差，避免制件缺角、缺边。搭边搭边作用：保证条料有一定刚性，便于送料。提高冲裁件断面质量使凸、凹模受力均衡，减少磨损，延长寿命。南阳理工学院模具设计与制造二.排样设计搭边取值：经验取值南阳理工学院模具设计与制造二.排样设计2送料进距（A）概念：模具每冲裁一次，条料在模具上前进的距离称为送料进距。送料进距的计算：当单个进距内只冲裁一个零件时1ADa注：D为送料方向上冲裁件的最大宽度，mm南阳理工学院模具设计与制造二.排样设计0(2)BDa3条料宽度（B）的确定有侧压装置时的条料宽度：0(2())BDac无侧压装置时的条料宽度：式中：δ—条料下料宽度公差（表2-12选取）；c—条料与导料板间隙a—搭边值南阳理工学院模具设计与制造二.排样设计南阳理工学院模具设计与制造%100%1000BAFFF%100BLFn一个步距内冲件的材料利用率：考虑料头、料尾消耗，计算板料总利用率η：4材料利用率不准确准确二.排样设计南阳理工学院模具设计与制造5排样图二.排样设计排样图是排样设计的最终表达形式，是编制冲裁工艺与设计冲裁模具的基础；排样图应在冲裁模具装配图右上角画出。排样图包含内容：条料宽度及偏差、送料进距、搭边值，送料方向应和装配图中送料方向一致。南阳理工学院模具设计与制造二.排样设计条料宽度及偏差；送料进距；搭边值；送料方向应和装配图中送料方向一致。排样图南阳理工学院模具设计与制造二.排样设计南阳理工学院§2-4冲裁工艺计算一、冲裁间隙；二、凸、凹模刃口尺寸的计算；三、冲裁工序力的计算；四、压力中心的计算。南阳理工学院模具设计与制造一.冲裁间隙概念冲裁间隙：指冲裁模具中凸、凹模刃口部分的尺寸之差，用“Z”表示。指双面间隙Z=D凹-d凸冲裁间隙是冲裁模设计的一个重要参数，多方面影响冲裁过程，设计中要综合考虑，合理选取。*****南阳理工学院模具设计与制造一.冲裁间隙冲裁间隙对冲裁过程的影响南阳理工学院模具设计与制造一.冲裁间隙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＞Zmax时，需修理模具。南阳理工学院模具设计与制造一.冲裁间隙经验确定法:Z=ct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%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南阳理工学院模具设计与制造一.冲裁间隙查表确定法南阳理工学院模具设计与制造二.冲裁模刃口尺寸计算刃口尺寸计算的原则基准问题落料件尺寸决定于凹模刃口尺寸，以凹模为基准；冲孔件尺寸决定于凸模刃口尺寸，以凸模为基准。南阳理工学院模具设计与制造二.冲裁模刃口尺寸计算0(ddDDx）刃口磨损规律刃口磨损后：凹模刃口尺寸扩大，凸模刃口尺寸减小。为使模具有一定使用寿命，磨损到一定程度仍能冲出合格制件：落料时凹模刃口尺寸接近制件尺寸的下限值；冲孔时凸模刃口尺寸接近制件尺寸的上限值。0(ppddx－）南阳理工学院模具设计与制造二.冲裁模刃口尺寸计算凸、凹刃口制造公差凸、凹制造精度比冲裁件高2～3级，可参考下表南阳理工学院模具设计与制造二.冲裁模刃口尺寸计算配作时，基准件公差按冲裁件公差的1/4即：δ=Δ/4凸、凹模制造公差:凸模为轴类尺寸，公差为凹模为孔类尺寸，公差为中心距类尺寸公差为±0.5Δ南阳理工学院模具设计与制造二.冲裁模刃口尺寸计算0D凸、凹模刃口尺寸计算冲裁件的公差标准规范落料件为轴类尺寸，公差为冲孔件为孔类尺寸，公差为中心距类尺寸公差为±0.5Δ凸凹模刃口尺寸计算以冲裁件尺寸、公差为基础。0d南阳理工学院模具设计与制造计算方法互换加工法（分开加工法）①落料时：冲裁件尺寸公差为，则：基准件凹模计算公式为：0D非基准件凸模计算公式为：0min(pPDDxZ）0(ddDDx）二.冲裁模刃口尺寸计算南阳理工学院模具设计与制造二.冲裁模刃口尺寸计算南阳理工学院模具设计与制造互换加工法（分开加工法）②冲孔时：冲裁件尺寸公差为，则：基准件凸模计算公式为：非基准件凹模计算公式为：0d0(ppddx－）min0(ddddxZ）二.冲裁模刃口尺寸计算南阳理工学院模具设计与制造二.冲裁模刃口尺寸计算注意：为保证初始间隙值小于最大合理间隙，必须满足下列条件：δp＋δd≤Zmax－Zmin若不满足，应提高制造精度，以减小δp、δd值，取：δp＝0.4（Zmax－Zmin）δd＝0.6（Zmax－Zmin）南阳理工学院模具设计与制造二.冲裁模刃口尺寸计算同时加工，不分先后顺序；装配简单；凸、凹模加工精度高，加工难度大，成本高。③互换加工法特点：④互换加工法适用场合：单套模具的大批量生产；圆形和形状规则的零件。南阳理工学院模具设计与制造配合加工法先作基准件，然后以基准件实际尺寸来配作非基准件，保证Zmin的方法。0D非基准件凸模按凹模的实际尺寸配制，保证最小冲裁间隙Zmin。0(ddDDx）二.冲裁模刃口尺寸计算①落料：冲裁件尺寸公差为，则：基准件为凹模，计算公式为：南阳理工学院模具设计与制造②冲孔时：冲裁件尺寸公差为，则：基准件为凸模，计算公式为：0d0(ppddx－）二.冲裁模刃口尺寸计算非基准件凹模按凸模的实际尺寸配制，保证最小冲裁间隙Zmin。南阳理工学院模具设计与制造③复杂冲裁件凸、凹模刃口尺寸计算二.冲裁模刃口尺寸计算如图冲裁件为落料件，基准件为凹模。南阳理工学院模具设计与制造二.冲裁模刃口尺寸计算0.25max0()jAAx0A0B配作关系：非基准件按基准件实际尺寸配制，保证最小冲裁间隙Zmin。复杂形状凸、凹模刃口存在三种不同类型的尺寸：随磨损增大的尺寸，设工件尺寸为：随磨损减小的尺寸，设工件尺寸为：随磨损不变的尺寸，设工件尺寸为：0.125jCC南阳理工学院模具设计与制造二.冲裁模刃口尺寸计算如何判断基准件刃口尺寸类型呢？引入“磨损图”概念南阳理工学院模具设计与制造二.冲裁模刃口尺寸计算冲裁图1工