第2章冲裁工艺与模具设计.

冲裁变形分析2.1凸凹模刃口尺寸的计算2.3冲裁模具的间隙2.2冲裁力和压力中心的计算2.4第2章冲裁工艺与模具设计排样设计2.5冲裁工艺设计2.6冲裁模的结构设计2.72.1冲裁变形分析2.1.1变形区的力学分析冲裁时作用于材料上的力(如图2.1.1)冲裁时板料的应力状态图(如图2.1.2)2.1.2冲裁变形过程(如图2.1.3)弹性变形阶段板料产生弹性压缩、弯曲和拉伸等变形塑性变形阶段板料的应力达到屈服极限，板料开始产生塑性剪切变形断裂分离阶段已成形的裂纹沿最大剪应变速度方向向材料内延伸，呈楔形状发展2.1.3冲裁力--凸模行程曲线如图2.1.42.1.4冲裁件断面质量及影响因数1.断面特征圆角带光亮带断裂带毛刺2.材料的性能对断面质量的影响塑性好的材料，裂纹出现较迟，材料被剪切的深度较大；塑性差的材料，剪切开始不久即被拉裂，断面光亮带少。3.模具冲裁间隙大小对断面质量的影响(如图2.1.6)2.2冲裁模具的间隙模具间隙的概念:指凹模与凸模刃口横向尺寸的差值，是设计模具的重要工艺参数。间隙的大小影响冲裁件断面质量、尺寸精度、冲裁力、模具寿命。2.2.1间隙对冲裁件尺寸精度的影响尺寸精度：指冲裁件的实际尺寸与基本尺寸的差值，差值越小则精度越高。影响冲裁件尺寸精度的因素：间隙/材料/工件形状和尺寸。当模具制造精度确定后，间隙较大时，拉伸作用增大，落料件尺寸小于凹模尺寸，冲孔孔径大于凸模直径；间隙较小时，挤压力大，落料件尺寸增大，冲孔孔径变小。2.2.2间隙对模具寿命的影响2.2.3间隙对冲裁工艺力的影响2.2.4间隙值的确定1.理论确定法由图2.2.2中三角形ABC的关系得：tan)/1(tan)(00ththtC2.经验确定法经验公式法ktC2.3凸凹模刃口尺寸计算2.3.1凸、凹模刃口尺寸计算的依据和原则观察冲压件,寻找计算的依据，根据观察的结果确定刃口尺寸计算和选择公差的原则：1、先确定基准件落料：以凹模为基准，间隙取在凸模上；冲孔：以凸模为基准，间隙取在凹模上。2、考虑冲模的磨损规律落料模：凹模基本尺寸应取最小极限尺寸；冲孔模：凸模基本尺寸应取最大极限尺寸。3、凸、凹模刃口制造公差应合理形状简单的刃口制造偏差：按IT6～IT7级；形状复杂的刃口制造偏差：取冲裁件相应部位公差的1/4；对刃口尺寸磨损后无变化的制造偏差：取冲裁件相应部位公差的1/8并冠以（±）；4、冲裁间隙采用最小合理间隙值（Cmin单边）凸凹模磨损到一定程度情况下,仍能冲出合格制件.5、尺寸偏差应按“入体”原则标注落料件上偏差为零,下偏差为负;冲孔件上偏差为正,下偏差为零.2.3.2凸、凹模刃口尺寸的计算方法1.凸模与凹模分别加工时(如图2.3.1)冲模的制造公差与冲裁间隙之间应满足：或适用于：圆形或简单刃口。)22(4.0)22(6.022minmaxminmaxminmaxccccccpdpd（1）落料凹模刃口尺寸：凸模刃口尺寸：（2）冲孔凸模刃口尺寸：凹模刃口尺寸：（3）孔心距8/LLd2、凸模与凹模配合加工是先按尺寸和公差制造出凹模或凸模其中一个(基准件)，然后依此为基准再按最小合理间隙配做另一件。优点：不仅容易保证凸、凹模间隙很小,而且制造还可以放大基准件的制造公差,使制造容易。适用于：异形或复杂刃口。设计时：基准件的刃口尺寸及制造公差应详细标注，非基准件上只标注公称尺寸，但在图样上注明：“凸(凹)模刃口按凹(凸)模实际刃口尺寸配作，保证最小双面合理间隙值2cmin”。2.4冲裁力和压力中心的计算2.4.1冲裁力的计算1、计算冲裁力的目的选用合适的压力机，设计模具以及检验模具的强度。2、冲裁工艺力（图2.4.1)普通平刃冲裁力：斜刃口冲裁力:卸料力:推料力:顶件力:tLKFPP)3.1(K)6.0~2.0(kKLtF斜pQKFFpQFnKF22pQKFF原则：压力机公称压力=冲裁工艺力总和弹压卸料+下出件的模具弹压卸料+上出件的模具刚性卸料+下出件的模具推卸总FFFFp顶卸总FFFFp推总FFFp2.4.2压力机公称压力的选取压力中心：冲压力合力的作用点。方法：求空间平行力系的合力作用点。原则：（1）对称形状的单个冲裁件冲模的压力中心就是冲裁件的几何中心。（2）工件形状相同且分布位置对称时，冲模的压力中心与零件的对称中心相重合。（3）形状复杂的零件、多孔冲模、级进模的压力中心可用解析计算法求出冲模的压力中心(如图2.4.2)2.4.3压力中心的计算斜刃冲裁阶梯凸模加热红冲减小冲裁力的设计(如图2.4.3)2.4.4降低冲裁力的措施2.5排样设计排样是指零件在条料或板料上的布置方法.(如图2.5.2)目的：提高材料的利用率。2.5.1排样的经济利用材料利用率：是指冲裁件的实际面积与所用板料的面积之比。计算式:废料的分类（如图２.５.１）%100)/(/0BAFFF排样考虑的原则：﹡提高材料利用率﹡保证零件质量﹡简化模具结构﹡生产率高﹡操作方便有废料排样法少废料排样法无废料排样法少无废料排样的优点：简化模具结构提高材料的利用率缺点：刃口单边磨损模具寿命低零件精度低2.5.2排样的方法1、搭边指零件与条料边缘之间或零件之间的余料。搭边作用：补偿定位误差、增加条料刚度、保证零件质量。搭边值的确定：根据经验定，搭边值不可过小也不可过大。2.5.3搭边和条料宽度的确定2、条料宽度的确定（１）有侧压装置时条料的宽度（图2.5.3）（２）无侧压装置时条料的宽度（图2.5.4）（３）有定距侧刃时条料的宽度（图2.5.5）2.6冲裁工艺设计2.6.1冲裁件的工艺性分析冲裁件的工艺性是指冲裁件对冲压工艺的适应性，即冲裁件的结构、形状、尺寸及公差等技术要求是否是否符合冲裁加工的工艺要求。1.冲裁件的形状和尺寸⑴冲裁件形状应尽可能简单、对称、排样废料少(如图2.6.1）⑵采用圆角过渡，避免清角；⑶避免冲裁件上产生过长悬臂与狭槽（如图２.６.２）⑷孔间距、孔与零件边缘之间的壁距离不能过小（如图２.６.３）⑸孔径不宜太小。２．冲裁件的尺寸精度和表面粗糙度要求对于普通冲裁，冲孔件公差最好低于ＩＴ９级；落料件公差最好低于ＩＴ１０级。３．冲裁件的尺寸基准冲裁件的尺寸基准应尽可能和制模时的定位基准重合，孔位置尺寸基准应尽量选择在冲裁过程中始终不参加变形的面或线上。冲裁件的尺寸标注（如图２.６.４）2.7冲裁模的结构设计2.7.1单工序冲裁模压力机在一次冲压行程内只完成一种冲压工序。1、落料模A、无导向的敞开式落料模B、导板式落料模C、导柱式弹顶落料模D、导柱式固定板卸料落料模2、冲孔模A、斜楔式侧面冲孔模B、超短凸模的冲孔模2.7.2复合冲裁模压力机的一次工作行程,在模具的同一工位同时完成数道冲压工序。基本结构(如图２.７.５）1、倒装复合模2、顺装复合模级进模是指压力机在一次行程中一次在模具几个不同的位置上同时完成多道冲压工序的冲模。1、用导正销定距的级进模2、用侧刃定距的级进模双侧刃冲孔落料级进模（如图２.７.９）弹压导板级进模（如图２.７.１０）2.7.3级进冲裁模