Ch2冲裁工艺.

第二章冲裁工艺授课：廖抒华第二章冲裁工艺冲裁的定义：是利用冲裁模在压力机上使板料的一部分与另一部分分离的冲压分离工序§2-1冲裁的变形过程冲裁的界定：为冲压分离工序的总称，包括：冲孔、落料、修边、切口等多种冲压分离工序冲裁变形阶段：弹性变形阶段、塑性变形阶段、断裂阶段(a)落料(b)冲孔图2-1落料与冲孔冲裁的分类:普通冲裁与精密冲裁定义普通冲裁：以裂纹破坏形式实现的分离精密冲裁：以塑性变形形式实现的分离冲裁件的剪切断面特征：三个特征区：圆角带、光亮带、断裂带1-圆角带;2-光亮带;3-断裂带;4-毛刺图2-2冲裁件的剪切断面特征表2-1冲裁变形过程§2-2冲裁间隙冲裁间隙定义：是指凸、凹模刃口工作部分尺寸之差冲裁间隙的表示:Z—双面间隙，C—单面间隙冲裁间隙的影响因素:冲裁件的断面质量、尺寸精度、模具寿命、冲裁力、卸料力、顶件力一、冲裁间隙的影响(a)间隙过小；(b)间隙合适；(c)间隙过大图2-3间隙大小对冲裁件质量的影响1-断裂带;2-光亮带;3-圆角带;1.对冲裁件质量的影响间隙的特征:大小、均匀程度、偏差2.对冲裁件尺寸精度的影响间隙过小：落料时制件尺寸会大于凹模口尺寸；冲孔时，冲孔尺寸会小于凸模口尺寸；间隙过大：落料时制件尺寸会小于凹模口尺寸；冲孔时，冲孔尺寸会大于凸模口尺寸；一、冲裁间隙的影响（续）图2-4冲裁时作用在模具刃口部位的力3.对冲模寿命的影响4.对冲裁时各种力的影响间隙小：侧压力加大，摩擦力也增大，刃口磨损加剧，寿命下降间隙大：坯料弯曲相应增大，刃口端面上的压力分布不均匀，易崩刀或产生塑性变形，降低使用寿命二、冲裁间隙的确定冲裁间隙大小的影响:冲裁件的断面质量、尺寸精度、冲裁力大小、模具寿命冲裁间隙的确定原则：保证冲裁件质量和尺寸精度的前提下，使模具寿命最高。新模具采用最小合理间隙Zmin。影响冲裁间隙选择的因素：材料牌号、厚度、供应状态表2-2冲裁模双面间隙（汽车行业用）§2-3冲裁模刃口尺寸冲裁模刃口尺寸（工作部分）——最重要尺寸，决定了冲裁件的尺寸和间隙大小一、刃口尺寸确定的原则落料时,落料件的尺寸由凹模决定,应以落料凹模为设计基准。冲孔时的尺寸由凸模决定，应以冲孔凸模为设计基准。凸、凹模应考虑磨损规律新模具：凹模尺寸→落料件的Zmin；凸模尺寸→冲孔件的Zmax凸、凹模之间应保证有合理间隙对于落料件,凹模为设计基准,间隙应由减小凸模尺寸来取得对于冲孔件,凸模为设计基准,间隙应由增大凹模尺寸来取得设计凸凹模时均取最小合理间隙Zmin凸凹模的制造公差应与冲裁件的尺寸精度相适应刃口尺寸确定要考虑模具制造的特点二、刃口尺寸确定的方法模具制造特点：分别加工法、配合加工法1.凸、凹模分别加工法要求：分别规定凸、凹模的尺寸和公差，分别制造。适用范围：冲裁件的形状简单、间隙较大、精度较低的模具，或用线切割加工的模具特点：凸、凹模具有互换性，制造周期短，便于成批制造(a)落料；(b)冲孔图2-5凸、凹模刃口尺寸的确定假设：Dmax—落料件的最大极限尺寸；D—冲裁件公差；x—磨损系数，x=0.5~1.0；dmin—冲孔件的最小极限尺寸D凹、D凸—落料凹、凸模的刃口尺寸；d凹、d凸—冲孔凹、凸模的刃口尺寸；d凹、d凸—凹、凸模的制造公差；0minmaxmin0max凸凹）（）（）（落料：凹凸凹ddDDZxDZDDxDD1.凸、凹模分别加工法（续）(a)落料；(b)冲孔图2-5凸、凹模刃口尺寸的确定0minminmin0min凹凸）（）（）（冲孔：凸凹凸dZxdZddxddDDd2.凸、凹模配合加工目的:用凸模与凹模相互单配的办法来保证合理间隙方法：在作为基准模的零件图上标注尺寸和公差，相配的非基准模的零件图上标注与基准模相同的刃口尺寸(基本尺寸)，但不注公差。在技术条件上注明按基准模的实际尺寸配作，保证间隙在Zmin~Zmax之间。配合加工：通常：落料件选择凹模为基准模。冲孔件选择凸模为基准模。适用范围：冲裁件的形状复杂、间隙较小的模具特点：使模具制造容易，可降低制造成本§2-4冲裁力和冲压模压力中心一、冲裁力计算冲裁力目的：合理选择压力机和设计模具。影响冲裁力的因素：材料的机械性能，材料的厚度，冲裁件周边长度，模具间隙，刃口的锋利程度冲裁力F平的计算：式中：A—剪切断面面积；t—材料抗剪强度；K—修正系数；L—冲裁件周长；t—材料厚度ttLtKAKF平平刃口：讨论：修正系数K：考虑模具间隙波动和不均匀性、刃口钝化、板料机械性能和厚度的波动，一般：K=1.3；简化公式，钢板一般t=0.8sb，故：F平≈Ltsb二、降低冲裁力的措施1.加热冲裁温度范围:700~900℃;冲裁力特点:常温时的1/3优点：冲裁力显著降低缺点：断面质量较差，精度低，冲裁件上会产生氧化皮适用范围：模具精度要求不高的厚件冲裁2.斜刀冲裁特点:凸模或凹模刃口做成斜的，整个刃口与冲裁件周边是逐步切入，冲裁力可以减小冲裁力规律：刃口倾斜程度H愈大，冲裁力愈小H取值：t3mm:H=2t；t=3~10mm:H=t(a)落料用；(b)冲孔用图2-6斜刀冲裁质量措施:落料时选择凹模做斜刃口冲孔时选择凸模做斜刃口斜刃冲裁力F斜的计算：式中：K斜—降低冲裁力系数；H=t：K斜=0.4~0.6，H=2t；K斜=0.2~0.4bLtKFKFs斜平斜斜斜刃口：优点：压力机能在柔和条件下,冲裁件很大时,降低冲裁力很显著缺点：模具制造难度提高,刃口修磨困难,刃口形状有时需修正适用范围：形状简单，精度要求不高、料不太厚的厚件冲裁3.阶梯冲裁三、卸料力、推件力和顶件力特点:在多凸模中，将凸模做成不同高度，可使各凸模冲裁力最大值不同时出现，冲裁力可以减小卸料力：从凸模上卸下板料所需的力F卸。推件力：从凹模内向下推出工件或废料所需的力F推。顶件力：从凹模内向上顶出工件或废料所需的力F顶。各凸模布置要求：对称布置,受力平衡各凸模间高度相差值H的计算:t≤3mm:H=t；t＞3mm:H=0.5t定义：图2-7接替凸模冲裁图2-8卸料力、推件力和顶件力优点：可降低冲裁力，能适当减小振动，工件精度不受影响，可避免与大凸模相近的小凸模的倾斜或折断缺点：模具制造较复杂,刃口修磨困难适用范围：多个凸模且位置较对称的模具三、卸料力、推件力和顶件力（续）F卸、F推、F顶的确定:影响因素：与冲裁件轮廓的形状、冲裁间隙、材料种类和厚度、润滑情况、凹模洞口形状等因素有关计算公式：式中：K卸—卸料力系数；K推—推料力系数；K顶—顶料力系数；n—梗塞在凹模内的冲裁件数（n=h/t）；h—凹模直壁洞口的高度。平顶顶平推推平卸卸，，FKFFnKFFKF系数确定原则：形状复杂、冲裁间隙小、润滑较差、材料强度高时应取大值；反之取小值图2-8卸料力、推件力和顶件力表2-3卸料力、推件力和顶件力系数四、压力机所需的总冲压力的计算推卸斜平总）（FFFFF采用弹性卸料装置和下出件模具时：计算步骤：采用弹性卸料装置和上出件模具时：顶卸斜平总）（FFFFF采用刚性卸料装置和下出件模具时：推斜平总）（FFFF五、冲模压力中心定形状：按比例画出凸模工作剖面的轮廓图；选坐标：在任一位置作x－x轴和y－y轴；求周长：计算各凸模冲裁件周长L1,······Ln；算各重心：计算各凸模重心到x－x轴的距离y1,······yn以及到y－y轴的距离x1,······xn;冲压中心：冲模压力中心位置由右式确定：图2-9求冲裁件的压力中心定义：模具压力中心—冲压力的作用点方法：作图法、解析法niiniiiniiniiiLxLyLyLx110110;§2-5冲模及冲裁模一、冲模设计对冲模的要求：1.对冲模的要求及冲模类型足够的强度、刚度和相应的形状尺寸精度；主要零件应有足够的耐磨性及使用寿命；结构应确保操作安全、方便，便于管理与维修；应有使材料顺利送进、工件方便取出、定位可靠的装置，以保证生产的工件质量稳定；为使冲模上下运动准确，需要有导向装置；加工和装配应尽可能简单，尽量采用标准件，通用件，缩短模具的制造周期，降低成本；冲模的工作依赖压力机的运动和能力，冲模的结构应与压力机的主要技术参数相适应；冲模所具有与压力机连接的部位，有搬运吊装部位，以适应安装和管理的需要。冲模的种类：2.冲模结构组成及其作用一、冲模设计（续）按工艺性质分为冲裁模、弯曲模、拉深模和成形模等；按工序组合分为单工序模、连续模（级进模）和复合模；按材料送进方式分为手动送料模、半自动送料模、自动送料模；按运用范围分为通用模和专用模；按导向方式分为无导向模、导板导向模和导柱导向模；按冲模的材料可分为钢模、塑料模、低熔点合金模和锌基合金模等。表2-4冲模结构的组成及其零件的作用1-模板；2-凸模固定板；3-橡皮；4-凸模；5-固定挡料销；6-凹模；7-下模板；8-凹模衬套；9-圆柱销；10-内六角螺钉图2-10无导向简单冲裁模二、冲裁模设计冲裁模的类型:落料模、冲孔模、切口模、修边模设计要点：简单模定义：在一次工作行程中，只完成一种工序（冲料或落料）的冲压模具确定凸、凹模刃口的形状尺寸；选择进料定位；选择出料方式。1.简单模简单冲裁模的细分：按凸凹模装配位置分为顺序式、倒装式按工件出模方式分上出件、下出件和打料出件按卸料方式分刚性卸料、弹性卸料按导向方式分无导向、导板导向和导柱导向模优点：结构简单、成本低廉缺点：冲模安装调整麻烦，不安全，不易保证间隙，制品精度低特点：适用范围：批量不大、精度要求不高、形状简单的零件冲裁2.连续模（级进模）连续模：能在压力机一次行程中，在不同工位上连续冲出一个或多个制件的冲压模具3.复合模特点：生产效率高，送料方便，安全，制件可达到较高精度优点：结构紧凑，生产效率高，工作精度高，安全可靠缺点：结构复杂，相对运动构件多，制造精度要求高，加工难度大，自动连续送料较困难，工件形成受凸、凹模强度限制，特点：适用范围：批量较大、自动化程度高的生产1、2-凸模；3-导尺；4-初始挡料销；5-挡料销；6-导正销；7-凸模图2-11连续冲裁模适用范围：批量大、自动化生产复合模定义：几个工序（冲料或落料）能同时在一个工位上完成的冲压模具复合模的工作原理4.简单模、连续模与复合模的比较1-下模座；2-螺钉；3-导柱；4-复位弹簧；5-弹性卸料板；6-活动定位销；7-连接螺钉；8-导套；9-上模座；10-固定板；11-顶件板；12-顶件杆；13-打料板；14-打料杆；15-模柄；16-紧固螺钉；17-凸模；18-上垫板；19-凸模；20-落料凹模；21-凸、凹模；22-凸、凹模固定板图2-12落料冲孔复合模3.复合模（续）表2-5简单模、连续模与复合模的比较三、冲模的闭合高度H冲模闭合高度H的定义:指工件行程终了时，冲模的上表面与下模的下表面之间的距离压力机装模高度的定义：指压力机滑块在下死点位置时，滑块下表面到工作垫板上表面之间的距离式中：5mm—考虑装模方便所留间隙；10mm—保证修模所留的尺寸图2-13压力机、模具的闭合高度图中：Hmax—压力机的最大装模高度Hmin—压力机的最小装模高度510maxminHHH一般应有：压力机封闭高度：压力机装模高度与垫板厚度之和。没有垫板的压力机，其装模高度与封闭高度相等模具设计要求：冲模封闭高度必须与压力机装模高度相适应，一般模具设计最好接近压力机的最大装模高度§2-6冲裁件缺陷原因及分析一、毛刺产生的原因冲模间隙大。制件形状产生挠曲，即当制件形状复杂时，由于制件周围的剪切力不均匀产生挠曲材料内部应力所产生的挠曲。二.制件表面挠曲不平产生的原因冲裁模刃口间隙大或不均匀，均能产生毛利。影响因素：除制造与装配的尺寸与形状的误差外