第三章冲裁工艺

第三章冲裁工艺使板料分离的冲压工序称为冲裁冲裁工序是冲压工艺中最基本工序之一。既可以直接冲出成品零件，也可以作为弯曲、拉深和挤压等其他工序的坯料，还可以在已成形的工件上进行再加工（如：切边、切口、冲孔等）冲裁工艺一、概述二、冲裁过程分析三、冲裁件的质量分析四、冲裁间隙五、凸模与凹模工作部分尺寸计算六、冲裁工艺力及压力中心七、排样、搭边以及送料步距与条料宽度的计算冲裁：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。基本工序：落料和冲孔。既可加工零件，也可加工冲压工序件。一、概述根据冲裁变形机理分类:普通冲裁、精密冲裁图3-1垫圈的落料与冲孔二、冲裁过程分析1、冲裁变形时板材变形区受力情况分析冲裁时作用于板料上的力1-凸模2-板材3-凹模F1、F2──凸、凹模对板料的垂直作用力；F3、F4──凸、凹模对板料的侧压力；μF1、μF2──凸、凹模端面与板料间的摩擦力μF3、μF4──凸、凹模侧面与板料间的摩擦力相关链接：弯曲模具a、弹性变形阶段b、塑性变形阶段c、断裂分离（剪裂）阶段2、变形过程变形过程1、弹性变形阶段2、塑性变形阶段3、(应力屈服点)出现剪裂纹点4、断裂阶段(剪裂纹重合)5、断裂分离3、4、5—剪裂阶段a、圆角带b、光亮带c、断裂带d、毛刺圆角带又称为塌角，产生在板料不与凸模或凹模相接触的一面，是由于板料受弯曲、拉深作用而形成的。材料塑性越好，凸、凹模之间间隙越大，形成的塌角也越大。紧挨着圆角带的是光亮带，它是由于凸模切入板料、板料被挤入凹模而形成的。光亮带的长度约占整个断面的1/3～1/2左右。光亮带垂直于底面。材料塑性越好，模间间隙越小，光亮带的高度越高。光亮带下来紧接着的是断裂带。断裂带是由冲裁时产生的裂纹扩张而形成的断裂带表面粗糙，并带有4°～6°的斜角。模间间隙越大，断裂带高度越大，斜角也越大。毛刺紧挨着断裂带的边缘，是由裂纹在分离面上形成的粗糙部分。理论上讲冲裁的过程必然造成毛刺的产生。也就是说毛刺是不可避免的；但是如果间隙合适，毛刺的高度可以很小。3、四个特征带关于实际应用与尺寸测量的问题: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。4、注意点冲裁模凸、凹模与冲裁件之间的关系若不考虑弹性变形的影响：冲孔件的光亮带尺寸决定了它与轴类零件的配合性质冲孔件的光亮带尺寸近似等于凸模尺寸落料件的光亮带尺寸决定了它与孔类零件的配合性质落料件的光亮带尺寸近似等于凹模尺寸凸、凹模的设计依据：冲孔尺寸＝凸模尺寸落料尺寸＝凹模尺寸落料是以最大部分尺寸为其尺寸→以凹模尺寸为准冲孔是以最小部分尺寸为其尺寸→以凸模尺寸为准三、冲裁件的质量分析冲裁后的零件应该保证一定的尺寸精度、良好的断面质量和没有明显的毛刺一、尺寸精度冲裁件应保证图纸规定的公差范围二、断面质量冲裁件的切断面应平直、光洁；无裂纹、撕裂、夹层等缺陷三、毛刺应该避免粗大的毛刺1、尺寸精度a、冲模的制造精度b、材料性质c、冲裁件的形状d、冲裁间隙冲模的制造精度a、冲模的制造精度冲模的制造精度对冲裁件的尺寸精度有直接的影响。冲模的精度越高，冲裁件的精度也越高。冲模制造精度板料厚度t(mm)0.50.81.01.523456781012IT6~7IT8IT8IT9IT10IT10IT7~8IT9IT10IT10IT12IT12IT12IT9IT12IT12IT12IT12IT12IT14IT14IT14IT14IT14材料性质、冲裁件形状b、材料性质材料性质的问题主要：是由于存在的弹性恢复(“回弹”)现象造成的，使得冲裁件的尺寸与凸、凹模不符，从而影响精度。屈服点低，回弹小c、冲裁件形状形状越简单，精度越高冲裁间隙冲裁间隙对于冲裁件精度是一个关键。当间隙合适时，板料在比较纯的剪切作用下被分离，使落料尺寸等于凹模尺寸，冲孔尺寸等于凸模尺寸。间隙太大：同时存在拉伸和弯曲变形，冲裁后尺寸向实体方向收缩落料件尺寸小于凹模尺寸；冲孔件尺寸大于凸模尺寸间隙太小：同时受到较大的挤压作用，冲裁后尺寸向实体反方向胀大落料件尺寸大于凹模尺寸；冲孔件尺寸小于凸模尺寸2、断面质量断面质量取决于冲裁间隙。间隙合理：由凸、凹模刃口所产生的裂纹重合间隙不合理：则上下裂纹不重合间隙对剪切裂纹与断面质量的影响ａ）间隙过小ｂ）间隙合理ｃ）间隙过大3、毛刺a、由冲裁的过程可以知道，冲裁件产生微小的毛刺是不可避免的，因此，对于要求较高的工件，必须增加一道去毛刺的工序。b、一旦冲裁过程不合理，毛刺会明显增大，这是不允许的。A)、冲裁间隙不合理B)、刃口磨钝间隙不合理时的毛刺间隙太大，会产生明显的拉断毛刺间隙太小，会产生尖锐的挤出毛刺刃口磨钝时的毛刺在模具的工作过程中，刃口磨钝是产生毛刺的主要原因当凸模刃口磨钝时，落料件上端会产生毛刺当凹模刃口磨钝时，冲孔件下端会产生毛刺当凸模和凹模刃口磨钝时，冲裁件的上、下端同时产生毛刺四、冲裁间隙冲裁间隙是凸模与凹模刃口轮廓相应尺寸之差。（双边间隙）Z=D凹-d凸冲裁间隙是保证合理冲裁过程的最主要的工艺参数。冲裁间隙的重要性•间隙对冲裁件质量的影响•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。间隙是影响冲裁件质量的主要因素。冲裁间隙的重要性•间隙对模具寿命的影响模具失效的原因一般有：磨损、变形、崩刃、折断和涨裂。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、小凸模折断等异常损坏。所以，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。冲裁间隙的理论确定tgbtz)(2tgtbtz)1(2b/t：冲裁时模具挤入材料的相对深度(光亮带相对宽度)(可以通过查表确定)结论：t↑→Z↑b/t↑→Z↓板料愈厚，塑性愈差，合理的间隙愈大；板料愈薄，塑性愈好，合理的间隙愈小冲裁间隙的经验确定确定冲裁间隙的总的原则是：在保证满足冲裁件断面质量和尺寸精度的前提下，使模具寿命最高。在实际生产中初始合理间隙的数值是参照查表得出的。（参看课本p46.表3-3、表3-4）依据不同的材料、材料厚度得出一个许可的取值范围。（Zmim∽Zmax）五、凸模与凹模工作部分尺寸计算1、尺寸计算的原则：2、分别加工法的尺寸计算3、配合加工法的尺寸计算1、尺寸计算的原则a、设计基准的选择对于落料工序：应以凹模刃口尺寸作为设计基准，间隙取在凸模。对于冲孔工序：应以凸模刃口尺寸作为设计基准，间隙取在凹模。b、设计公称尺寸和模具间隙的确定对于落料工序：凹模刃口公称尺寸取接近或等于工件最小极限尺寸，间隙取最小合理间隙对于冲孔工序：凸模刃口公称尺寸取接近或等于工件最大极限尺寸，间隙取最小合理间隙c、尺寸设计方法的确定分别加工法：分别规定凸模和凹模的尺寸和公差，分别制造，用凸模与凹模的尺寸及制造公差来保证间隙要求配合加工法：用凸模和凹模相互单配的方法来保证合理间隙分别加工法适用于简单件，用于间隙较大，精度要求低的模具，凸、凹模具有互换性。配合加工法用于复杂件，用于精度要求高，间隙较小的模具，凸、凹模之间无互换性。d、模具公差的确定分别加工法：对于有规则成形工件（如圆形）可按IT6（凸模）和IT7（凹模）取公差，也可以通过查表得到。配合加工法：基准件刃口制造公差可取工件公差(△)的25%。！凸、凹模制造精度一般比制件精度高2-3级。2、分别加工法的尺寸计算对于分别加工法，我们必须给出凸、凹模的设计尺寸以及它们的公差a、凸、凹模公差的确定首先我们必须先确定一下冲裁间隙，通过查表可以得到：Zmim∽Zmax。按凸模IT6、凹模IT7进行设计，或者按照课本p.49表3-6查表确定凸、凹模的设计公差。然后必须校核一下，保证由凸、凹模制造公差而形成的间隙落在合理冲裁间隙范围之内。如果校核不合格的话，我们按照以下公式确定凸、凹模的设计公差：minmaxZZ凹凸）（）（凸凹minmaxminmax4.06.0ZZZZb、落料件设计a)、设计思路：为保证制件的精度，以凹模为设计基准。以为设计公称尺寸。设计完毕凹模尺寸后，以凹模公称尺寸为设计基准设计凸模。）（xDmaxx称为磨损系数，其取值根据制件的精度要求：当精度要求IT10以上时，取x=1IT11-IT13时，取x=0.75IT14以下时，取x=0.5也可以通过课本p.49表3-5查得b)、凸、凹模尺寸设计Ⅰ、将制件图纸尺寸化为标准尺寸Ⅱ、凹模尺寸设计Ⅲ、凸模尺寸设计0D凹）（凹0maxxDD0min凸）（凹凸ZDDc、冲孔件设计a)、设计思路：为保证制件的精度，以凸模为设计基准。以为设计公称尺寸。设计完毕凸模尺寸后，以凸模公称尺寸为设计基准设计凹模。x称为磨损系数，其取值根据制件的精度要求：当精度要求IT10以上时，取x=1IT11-IT13时，取x=0.75IT14以下时，取x=0.5也可以通过课本p.49表3-5查得）（xdminb)、凸、凹模尺寸设计Ⅰ、将制件图纸尺寸化为标准尺寸Ⅱ、凸模尺寸设计Ⅲ、凹模尺寸设计0d0min凸）（凸xdd凹）（凸凹0minZddd、中心距尺寸的设计确定设中心距尺寸为：模具相应尺寸为：L81L分别加工法简单模工作零件设计例：冲制图示零件，材料40#，料厚t=0.8mm。计算冲裁凸、凹模刃口尺寸及公差。解：（1）确定冲裁间隙由课本表3-3，根据：材料40#，料厚t=0.8，查得：mmZZmmZmmZ032.0072.0104.0104.0072.0minmaxmaxmin设、分别按IT6和IT7级加工制造，图纸中冲孔工序尺寸为：，查公差表，得：凸凹18.0012分别加工法简单模工作零件设计mmmm018.0011.0凹凸，校核：032.0029.0018.0011.0minmaxZZ凹凸由公差表查得：属于IT12，所以：x=0.7518.0012（2）冲孔件设计：分别加工法简单模工作零件设计由设计公式得：0011.00011.00min135.12)18.075.012(凸）（凸xdd018.00018.000min207.12)072.0135.12(凹）（凸凹Zdd由公差表查得：属于IT14，所以：x=0.5062.036（3）落料件设计：分别加工法简单模工作零件设计设、分别按IT6和IT7级加工制造，图纸中落料工序尺寸为：，查公差表，得：凸凹062.036mmmm025.0016.0凹凸，校核：032.0041.0025.0016.0minmaxZZ凹凸分别加工法简单模工作零件设计013.0032.04.0)(4.0019.0032.06.0)(6.0minmaxminmaxZZZZ凸凹0013.00013.00min019.00019.000618.35)072.069.35()(69.35)62.05.036()(5.0凸凹凹凸凹ZDDxDDx09.018L023.01809.02125.018125.0LL模图纸中中心距尺寸为：设计尺寸为：（4）中心孔尺寸设计确定：3、配合加工法的尺寸计算a、设计思路：设计过程，一般为首先根据制件类型（冲孔、还是落料）确定首先设计的基准件；然后根据基准件磨损后制件尺寸变化趋势，套用不同的公式，设计基准件尺寸、公差；最后在图纸上注明另一半工作零件按照