模具第二章冲裁模

第二章冲裁模第一节冲裁模的设计基础第二节冲裁模设计示范第一节冲裁模的设计基础冲裁是利用模具使板料产生分离的冲压工序,主要包括落料和冲孔。经过冲裁得到的制件,可以用它作为零件或为弯曲、拉深、成形等工序准备毛坯。从板料冲压所需形状的零件（或毛坯）称落料,在工件上冲出所需形状的孔称为冲孔。一、冲裁件的工艺分析冲裁件的工艺性：工件在冲裁中的难易程度。良好的冲裁工艺性应保证：材料消耗少、工序数目少、模具结构简单寿命长、产品质量稳定、操作简单等。影响冲裁件工艺性的因素：很多,如冲裁件的形状特点、尺寸大小、尺寸标注方法、精度要求和材料性能等。1、冲裁件的形状和尺寸冲裁件的形状应尽量简单、对称,最好由圆弧和直线组成。并应避免冲裁件上有过长的悬臂和狭槽,其最小宽度要大于料厚t的两倍,即b2t,冲裁件上的孔与孔,或孔与边缘的距离b、b1(见下图)其值也不能过小,一般取b≥1.5t,b1≥t。为了防止冲裁时凸模折断或压弯,冲孔的尺寸不能太小,有关要求见下表(一)一般冲孔模可冲压的最小孔径值(mm)注:t—材料厚度材料钢г700MPa钢г=400~700MPa钢г400MPa黄铜、铜铝、锌纸胶板、布胶板硬纸、纸d≥1.5td≥1.3td≥td≥0.9td≥0.8td≥0.7td≥0.6tb≥1.35tb≥1.2tb≥0.9tb≥0.8tb≥0.7tb≥0.7tb≥0.5tb≥1.1tb≥0.9tb≥0.7tb≥0.6tb≥0.5tb≥0.4tb≥0.3tb≥1.2tb≥tb≥0.8tb≥0.7tb≥0.6tb≥0.5tb≥0.4t为了防止冲裁时凸模折断或压弯,冲孔的尺寸不能太小,有关要求见下表(二)带保护套凸模冲孔最小值(mm)材料硬钢软钢及黄铜铝及锌圆形孔径d0.5t0.35t0.3t长方孔宽b0.4t0.3t0.28t2、冲裁件的尺寸精度一般冲裁件内、外形所能达到的经济精度、两孔中心距离公差、孔中心与边缘距离尺寸公差、冲裁件的角度偏差值以及剪切段面粗糙度值,分别见表2-3~表2-7。表2-3冲裁件内外形所能达到的经济精度基本尺寸/mm材料厚度t/mm≤33~66~1010~1818~500≤3IT12~IT13IT111~2IT14IT12~IT13IT112~3IT14IT12~IT133~5--IT14IT12~IT13表2-4两孔中心距离公差(mm)材料厚度t一般精度(模具)较高精度(模具)孔距基本尺寸≤5050~150150~300≤5050~150150~300≤11~22~44~60.10.120.150.20.150.20.250.30.20.30.350.400.030.040.060.080.050.060.080.100.080.10.120.15注:1.表中所列孔距公差,适用于两孔同时冲出的情况;2.一般精度指模具工作部分达IT8,凹模后角15’~30’的情况,较高精度指模具工作部分达IT7以上,凹模后角不超过15’;3.表中数值均为正负值。表2-5孔中心与边缘距离尺寸公差(mm)注:本表适用于先落料再进行冲孔的情况;表中数值均为正负值。表2-6冲裁件角度偏差值(表中数值均为正负值)材料厚度t孔中心与边缘距离尺寸≤5050~120120~220220~360≤22~440.50.60.70.60.70.80.70.81.00.81.01.2短边长度/mm精度等级1~33~66~1010~1818~3030~5050~8080~120120~180180~260260~360360~500500较高精度一般精度2°30’4°2°3°1°30’2°30’1°15’2°1°1°30’50’1°15’40’1°30’50’25’40’20’30’15’25’12’20’10’15’表2-7一般冲裁件剪断面表面粗糙度注:如果冲压件剪断面表面粗糙度要求高于本表所列,则需要另加整修工序。各种材料通过整修后的表面粗糙度Ra:黄铜0.4μm,软钢0.4~0.8μm,硬钢0.8~1.6μm。材料厚度t/mm≤11~22~33~44~5剪切断面表面粗糙度Ra/μm3.26.312.525503、尺寸标注冲裁件的尺寸标注应符合冲压工艺要求。如上图a的尺寸标注方法不合理,这样标注,两孔的中心距会随着模具磨损而增大。应为图b的标注方法,则两孔的中心距与模具磨损无关,其公差值也可减少。二、模具类型的确定常见的模具形式：单工序模、复合模、级进模（三种）。确定模具形式的基本方法：应以冲裁工作的要求，生产批量、模具加工条件等为主要依据。三、冲裁间隙（一）冲裁间隙：冲裁模凸、凹模刃口部分尺寸之差。且有双面冲裁间隙与单面间隙之别。其双面冲裁间隙用Z表示，单面间隙为Z/2，如右图所示。冲裁间隙的大小对冲裁件的断面质量、冲裁力、模具寿命等影响很大，所以冲裁间隙是冲裁模设计中一个很重要的工艺参数。冲裁间隙（二）合理间隙考虑到模具制造中的偏差及使用中的磨损，生产中通常要选择一个适当的范围作为合理间隙（最小合理间隙、最大合理间隙），只要间隙在这个范围内，就可以冲出良好的零件。考虑到模具在使用过程中的磨损使间隙增大，故设计与制造新模具时应采用最小合理间隙值。间隙Z的确定：1、直接查表2—10。2、利用下述经验公式计算。Z=mt式中t——材料厚度m——系数，与材料性能及厚度有关。当t3时：软钢、纯铁m=6%～9%铜、铝合金m=6%～10%硬钢m=8%～12%当t3时：软钢、纯铁m=15%～19%铜、铝合金m=16%～21%硬钢m=17%～25%四、凸、凹模刃口尺寸的计算冲裁件的尺寸精度取决与凸、凹模刃口部分的尺寸。冲裁的合理间隙也靠凸、凹模刃口部分的尺寸来实现和保证。所以正确地确定刃口部分尺寸是相当重要的。1、尺寸计算原则（在决定模具刃口尺寸及制造公差时）：1）落料件的尺寸取决于凹件尺寸，冲孔件的尺寸取决于凸模尺寸。因此，设计落料模时，以凹模为基准，间隙取在凸模上。设计冲孔模时，以凸模为基准，间隙取在凹模上。2）考虑到冲裁时，凸、凹模的磨损，在设计凸、凹模刃口尺寸时，对基准件刃口尺寸在磨损后增大的，其刃口的公称尺寸应取工件尺寸公差范围内较小的数值。对基准件刃口尺寸在磨损后减小的，则反之。这样，在凸、凹模磨损到一定程度的情况下，仍能冲出合格的零件。3）在确定模具刃口制造公差时，要既能保证工件的精度要求，又能保证有合理的间隙数值。一般模具制造精度应比工件精度高3～4级。若零件没有标注公差，则可通过查表确定。2、尺寸计算方法由于模具加工和测量方法的不同，凸模和凹模刃口部分尺寸的计算公式和制造公差的标注也不同，基本上可分为两类（分开加工、配合加工）：1)凸模和凹模分开加工采用这种方法，要分别标注凸模和凹模刃口尺寸与制造公差，它适用于圆形或简单形状的工件。为了保证间隙值，必须满足关系式：δ凸+δ凹≤Zmax-Zmin。式中：δ凸——凸模的制造公差；δ凹——凹模的制造公差；δ凸、δ凹已有标准见表２－１２。下面对冲孔和落料两种情况分别进行讨论。（1）冲孔设工件孔的尺寸为。根据刃口尺寸计算原则，冲孔时应首先确定凸模刃口尺寸。由于基准件凸模刃口尺寸在磨损后会减小，因此，应使凸模的基本尺寸接近工件孔的最大极限尺寸，再增大凹模尺寸以保证最小合理间隙Zmin。凸模的制造取负偏差，凹模取正偏差。其计算式为:式中:d凸、d凹——冲孔凸、凹模基本尺寸(mm);△——工件制造公差(mm);X——因数，见表2-130d0凸凸xdd凹凹凸凹0min0minZxdZdd冲孔时各部分尺寸公差的分配位置如右图a)（2）落料设工件尺寸为D-△。根据刃口尺寸计算原则，落料时应首先确定凹模刃口尺寸。由于基准件凹模的刃口尺寸在磨损后会增大，因此应使凹模的基本尺寸接近工件轮廓的最小极限尺寸，再减小凸模尺寸以保证最小合理间隙值Zmin。仍然是凸模取负偏差,凹模取正偏差。落料时各部分尺寸公差的分配位置如右图b)其计算公式如下：D凹=(D-X△)+δ凹D凸=(D-Zmin)-δ凸=(D-X△-Zmin)-δ凸式中D凹、D凸——落料凹、凸模基本尺寸(mm)。２)凸模和凹模配合加工对于形状复杂或料薄的冲裁件，为了保证凸、凹模之间一定的间隙值，必须采用配合加工。此方法是先加工好其中的一件，（凸模或凹模）作为基准件，然后以此基准件为标准来加工另一件，使它们之间保持一定的间隙。这种加工方法的特点是：（１）模具间隙是在配制中保证的，因此不需要校核δ凸+δ凹≤Zmax-Zmin，所以加工基准件时可以适当放宽公差，使其加工容易。（２）尺寸标注简单，只需在基准件上标注尺寸和公差，配制件仅标注基本尺寸并注明配做所留间隙值。(因此目前工厂大多采用这种方法，但此方法制造的凸、凹模不能互换)由于复杂形状工件，其各部分尺寸性质不同，凸模和凹模磨损情况也不同，所以基准件的刃口尺寸需要按不同方法计算。如右图为一落料件，应以凹模为基准件，凹模的磨损情况可分为三类：第一类：凹模磨损后增大的尺寸（图中A类尺寸）第二类：凹模磨损后增小的尺寸（图中B类尺寸）第三类：凹模磨损后没有增减的尺寸（图中C类尺寸）同理，对于图ｂ的冲孔件，应以凸模为基准件，可根据凸模的磨损情况，按图示方法将尺寸分成A﹑B﹑C三类。当凸模磨损后，其尺寸的增减情况也是增大、减小、不变这一同样的规律。因此，对于复杂形状的落料件或冲孔件，其模具基准件的刃口尺寸均可按下式计算:A类：Aj＝(Amax-X△)+△/4B类:Bj＝(Bmin+X△)-△/4C类:Cj＝(Cmin+0.5△)±△/8式中Aj.Bj.Cj－基准件尺寸(mm);Amax.Bmin.Cmin－工件极限尺寸(mm);△－工件公差(mm)。对于与基准件相配合的非基准件凸模或凹模的刃口尺寸和公差一般不在图样上标注,而是仅标注基本尺寸,并注明其公差按基准件凹模或凸模的实际尺寸配做,并保证应留的间隙值。另外,如果由于加工的需要,希望对落料件以凸模为基准件,对冲孔件以凹模为基准件,则模具基准件的刃口尺寸可按右式计算:A类：Aj＝(Amax-X△-Zmin)-△/4B类:Bj＝(Bmin+X△+Zmin)+△/4C类:Cj＝(Cmin+0.5△)±△/8五﹑冲压力的计算计算冲压力的目的是为了合理地选择冲压设备和设计模具1﹑冲压力的计算采用平刃口凸模和凹模冲裁时,其冲裁力的计算为F0=Ltг式中:F0----冲裁力(N);L----冲裁件的周长(mm);t----材料厚度(mm);г----材料抗剪强度(MPa),见教材附录A。考虑到凸﹑凹模刃口的磨损,模具间隙的波动,材料力学性能的变化以及材料厚度偏差等因素,实际所需的冲裁力还需增加30%,故选择冲床时的冲裁力(N)应为:F=1.3F0≈Ltσb式中:σb----材料的抗拉强度(MPa),其值见附录A。2、降低冲裁力的方法1）采用斜刃口模具（落料时凹模斜；冲孔时凸模斜）。2）采用阶梯形布置的凸模：为了提高模具寿命，避免小冲头折断，一般都把小冲头做短一些。阶梯形布置的凸模间高度差H取决于材料厚度，一般为：t≤3时，H=t；t3时，H=0.5t。采用阶梯凸模冲材时，选用冲床的冲裁力为：F=1.3F0式中F0——阶梯模中同一高度凸模冲裁力之和的最大值（N）。3）材料加热红冲。3、卸料力、推件力和顶出力的计算由于冲裁中材料的弹性变形及摩擦的存在，冲裁后带孔部分的材料会紧箍在凸模上，而落下部分的材料会紧卡在凹模洞口中。从凸模上卸下紧箍着的材料所需的力称为卸料力；把落料件从凹模洞口顺着冲裁方向推出去的力称为推件力；逆着冲裁方向顶出来的力称为顶出力。如下图：1）影响卸料力﹑推件力和顶出力的因素（很多）：如材料的种类，材料厚度，冲材间隙，零件形状尺寸以及润滑情况等。2）卸料力﹑推件力和顶出力的计算：卸料力：F卸=K卸F推件力：F推=nK推F顶出力：F顶=K顶F式中：F——冲裁力（N）；n——卡在凹模洞口中的工件（或废料）的数目；K卸.K推.K顶——