第三章(1)冲压工艺及模具设计课件

LOGO第三章冲裁工艺及冲裁模具冲压工艺及模具设计学习内容1、了解冲裁变形规律和冲裁件质量的影响因素2、掌握冲裁间隙3、掌握冲裁工艺性分析、工艺设计和工艺计算4、掌握冲裁模工作部分尺寸计算方法和排样设计5、了解冲裁模具分类6、掌握冲裁模典型结构及特点第三章冲裁工艺及冲裁模具冲压工艺及模具设计3.1冲裁变形过程分析3.2冲裁件质量分析及冲裁间隙3.3冲裁件工艺性分析3.4凸模和凹模工作部分尺寸计算3.5冲裁力的计算3.6冲裁工件的排样方法3.7冲裁模具分类3.8单工序模的典型结构3.9连续冲裁模的典型结构3.10复合冲裁模的典型结构3.11精密冲裁及精密冲裁模具3.12其他冲裁模具第三章冲裁工艺及冲裁模具冲压工艺及模具设计3.1冲裁变形过程分析普通冲裁工作(如图3-1）。第三章冲裁工艺及冲裁模具图3-1落料与冲孔1-工作台2-凹模3-板料4-凸模冲压工艺及模具设计普通冲裁板料分离过程(如图3-2)。1.弹性变形阶段→板料产生弹性压缩、弯曲和拉伸等变形。2.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。3.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。第三章冲裁工艺及冲裁模具图3—2冲裁变形过程冲压工艺及模具设计冲裁件断面质量断面特征（如图3-3）（1）圆角带。（2）光亮带。（3）断裂带。（4）毛刺。第三章冲裁工艺及冲裁模具图3-3冲裁件断面特佂1—毛刺2—断裂带3—光亮带4—圆角带冲压工艺及模具设计3.2冲裁件质量分析及冲裁间隙3.2.1冲裁件质量分析1.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。影响因素：(1)冲裁模的制造精度。（2）材料性质。•塑性好的材料，裂纹出现较迟，材料被剪切的深度较大，光亮带较大，断裂带较小，但塌角及毛刺高度相应增大。反之，光亮带较小，断裂带增大，塌角及毛刺较小。•弹性变形大小不同，导致回弹量不同。（3）冲裁间隙。•过大：使制件的尺寸向实体方向收缩；•过小：使制件的尺寸向实体反方向收缩；（4）冲裁件的形状。第三章冲裁工艺及冲裁模具冲压工艺及模具设计2.断面质量★冲裁间隙对断面质量起决定作用。•过大：板料受拉、弯的作用加大，光亮带高度缩短，断裂带高度增加，有明显的拉断毛刺，冲裁件平面产生穹弯现象。•过小：存在二次剪切，二个光亮带，对模具挤压作用加大，有较尖锐的毛刺。3.毛刺产生毛刺的原因：（1）冲裁间隙»过大：拉断毛刺；»过小：尖锐毛刺；»分布不均：局部毛刺。（2）凸模或凹模刃口磨钝后形成圆角，这是产生毛刺的主要原因。第三章冲裁工艺及冲裁模具冲压工艺及模具设计3.2.2冲裁间隙冲裁间隙是指冲裁凸、凹模之间工作部分的尺寸之差。第三章冲裁工艺及冲裁模具图3-4冲裁间隙冲压工艺及模具设计冲裁间隙的选择原则：对断面质量没有严格要求的，尽可能选大些；要求较高时应选择较小的间隙值；计算时用最小合理间隙值计算。间隙值的确定：1.理论计算法。2.经验确定法。3.查表法。生产上一般采用查表法。第三章冲裁工艺及冲裁模具冲压工艺及模具设计3.3冲裁件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能，即冲裁件的结构形状、尺寸大小、工件精度等对冲裁加工难易程度的影响。影响冲裁件工艺性的主要因素：1.冲裁件形状与尺寸（1）冲裁件的结构形状应力求简单、对称。（2）应避免尖角，并以圆角过渡。（3）孔径不能过小。（4）孔间距、孔壁与孔壁之间的最小距离不应太小。第三章冲裁工艺及冲裁模具冲压工艺及模具设计（5）在弯曲或拉深零件上冲孔时，其孔壁与零件直壁之间应保持一定的距离。第三章冲裁工艺及冲裁模具图3-5弯曲件和拉深件上的冲孔位置冲压工艺及模具设计（6）零件外形应尽量采用少、无废料结构设计。（7）零件的结构尺寸应尽可能设计成对称形或互成比例。第三章冲裁工艺及冲裁模具冲压工艺及模具设计2.冲裁件的精度对于普通冲裁，冲裁件的尺寸精度在IT10～IT11以下，粗糙度高于Ra12.5μm。冲孔精度可比落料精度高一级。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。第三章冲裁工艺及冲裁模具冲压工艺及模具设计3.4凸模和凹模工作部分尺寸计算3.4.1工作部分尺寸计算原则观察冲裁件，寻找计算的依据，根据观察的结果确定工作部分尺寸计算原则：落料时，应先确定凹模工作部分尺寸，间隙取在凸模上。冲孔时，应先确定凸模工作部分尺寸，间隙取在凹模上。凸、凹模的制造公差一般应比冲裁件本身所要求的精度高2～3级。第三章冲裁工艺及冲裁模具冲压工艺及模具设计第三章冲裁工艺及冲裁模具3.4.2工作部分尺寸计算方法1.凸模和凹模分开加工时工作部分尺寸计算凸模和凹模分开加工时,应分别计算和标注凸模和凹模工作部分尺寸与制造公差。适合圆形或形状简单的凸模和凹模及大量生产冲模时采用。模具的制造公差与冲裁间隙之间应满足：|δp|＋|δd|≤Zmax－Zmin（1）冲孔（设工件孔的尺寸为d0+△）凸模刃口尺寸：)△x+(d=dδp－0t冲压工艺及模具设计第三章冲裁工艺及冲裁模具凹模刃口尺寸：（3-4）（2）落料（设工件的尺寸为D0-△）凹模刃口尺寸：（3-5）凸模刃口尺寸：（3-6）)△x-(D=Dd0a0min0minatpp)Zx(D)Z(DDdd0min0minta)Zx(d)Z(dd冲压工艺及模具设计（3）同一工步冲出冲裁件上两个以上孔时，因凹孔模磨损后孔尺寸不变，故凹模型孔中心距可按下式确定：Ld=(Lmin+0.5Δ)±Δ/8Ld：凹模型孔中心距（mm）；Lmin：冲裁件孔心距的最小极限尺寸（mm）；Δ：冲件孔心距公差（mm）第三章冲裁工艺及冲裁模具冲压工艺及模具设计第三章冲裁工艺及冲裁模具图3-6垫圈冲压工艺及模具设计2.凸模和凹模配合加工时工作部分尺寸计算配合加工方法是先按工件的尺寸和公差制造出凹模或凸模中的一个(基准件，一般落料件先加工出凹模，冲孔件先加工出凸模)，然后以此件为基准件再按最小合理间隙配作另一件。特点：（1）模具的冲裁间隙在配作中保证，不需受到|δp|＋|δd|≤Zmax－Zmin条件限制，加工基准件时可适当放大公差，使加工容易。根据经验，普通冲裁模具的制造偏差δp或δd一般可取Δ/4（Δ为工件公差）。第三章冲裁工艺及冲裁模具冲压工艺及模具设计（2）尺寸标注简单，只要把基准件的工作部分的尺寸及公差在图样上标注清楚，另一件只需在图样的技术要求中注明“凸模（或凹模）按凹模（或凸模）的实际尺寸配作，保证配合间隙”即可。但该方法制造的凸模、凹模是不能互换的。第三章冲裁工艺及冲裁模具冲压工艺及模具设计尺寸计算：三类不同磨损性质的尺寸：落料件与凹模第三章冲裁工艺及冲裁模具图3-7落料件和落料凹模尺寸a）工件尺寸b）落料凹模尺寸冲压工艺及模具设计冲孔件和凸模第三章冲裁工艺及冲裁模具(a)工件图(b)凸模刃口图图3—8冲孔形状和凸模刃口图冲压工艺及模具设计尺寸计算三类不同磨损性质的尺寸：①凸模或凹模磨损会变大的尺寸；②凸模或凹模磨损后会变小的尺寸；③凸模或凹模磨损后大小不变的尺寸。第三章冲裁工艺及冲裁模具冲压工艺及模具设计3.5冲裁力的计算3.5.1冲裁力的计算1.冲裁力是指从板料或卷料上冲出所需轮廓尺寸的工件或坯料以及在工件或坯料上冲孔时，材料对凸模的最大抵抗力，也就是压力机在此时应具有的最小压力。2.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强度。第三章冲裁工艺及冲裁模具冲压工艺及模具设计3.冲裁力普通平刃口冲裁力：P=kLtτ（3-17）式中：P——冲裁力（N）；L——冲裁件周边长度(mm)；t——材料厚度(mm)；τ——材料抗剪强度（MPa）；k——系数，是考虑到实际生产中的各种因素影响而给出的，通常取k=1.3。一般σb=1.3τ，则冲裁力也可按下式计算：P=Ltσb(3-18)第三章冲裁工艺及冲裁模具冲压工艺及模具设计3.5.2降低冲裁力的方法1.斜刃冲裁（如图3-9）第三章冲裁工艺及冲裁模具图3—9斜刃口冲裁模冲压工艺及模具设计第三章冲裁工艺及冲裁模具图3-10阶梯凸模冲裁2.阶梯冲裁（如图3-10）图3—10阶梯凸模冲裁3.加热冲裁冲压工艺及模具设计3.5.3卸料力、推件力和顶件力的计算卸料力：将工件或废料从凸模上卸下时所需的力；推件力：将工件或废料顺着冲裁方向从凹模内推出的力；顶出力：将工件或废料从凹模洞口逆冲裁方向顶出所需的力。第三章冲裁工艺及冲裁模具图3-11卸料力、推件力和顶件力冲压工艺及模具设计卸料力:Px=KxP(3-19)推件力:Pt=nKtP(3-20)顶件力:Pd=KdP(3-21)式中Px、Pt、Pd——分别为卸料力、推件力和顶件力；Kx、Kt、Kd——分别为卸料力系数、推件力系数和顶件力系数，其值见表3-7；P——冲裁力；n——同时卡在凹模洞口内的件数。对圆柱形凹模洞口，n=H/t(H为洞口柱形的高度，t为材料厚度)；当采用锥形洞口时，因无工件卡在凹模内，故不计推件力。第三章冲裁工艺及冲裁模具冲压工艺及模具设计3.5.4总冲压力的计算原则：压力机公称压力≥总冲压力总冲压力：不能仅简单地将所有力累加，而应根据冲压工序和辅助装置（卸料、顶件、推件、压料）的组合方式及作用方式，确定某一时刻的最大冲压力为总冲压力。第三章冲裁工艺及冲裁模具冲压工艺及模具设计3.6冲裁工件的排样方法排样：指冲裁件在板料、带料或条料上的布置方式。目的：合理排样是降低成本和保证制件质量及模具寿命的有效措施。排样的原则：﹡提高材料利用率。﹡操作方便、安全，降低操作者劳动强度。﹡模具结构简单、寿命较高。﹡保证制件质量和制件对板料纤维方向的要求。第三章冲裁工艺及冲裁模具冲压工艺及模具设计排样设计的工作内容：选择排样方法。确定搭边的数值。计算条料宽度与送料步距。画出排样图。必要时，还应核算一下材料的利用率。第三章冲裁工艺及冲裁模具冲压工艺及模具设计3.6.1排样方法根据材料经济利用的程度，可分为以下三种：有废料排样法少废料排样法无废料排样法〈少、无废料排样〉优点：提高材料的利用率；简化模具结构、降低冲裁力。缺点：刃口单边磨损；模具寿命低；制件精度低。第三章冲裁工艺及冲裁模具冲压工艺及模具设计3.6.2搭边搭边：指排样时制件与制件之间及制件与条料侧边之间留下的工艺余料。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：通常根据经验确定，搭边值不可过小也不可过大。第三章冲裁工艺及冲裁模具冲压工艺及模具设计3.6.3材料利用率利用率：是指冲裁件的实际面积与所用材料面积的比。计算式:η=F0/F×100%（3-25）η——材料利用率；F——冲裁时所需要材料面积；F0——冲裁件面积。η值越大，材料的利用率就越高。第三章冲裁工艺及冲裁模具冲压工艺及模具设计废料的种类（如图3-12）第三章冲裁工艺及冲裁模具图3-12废料种类冲压工艺及模具设计3.6.4条料宽度与送料步距的计算1.条料宽度B=(D+2b+Δ)—Δ（3-26）式中，B——条料宽度尺寸(mm)；D——制件在条料宽度方向的基本尺寸(mm)；b——制件与条料侧边的搭边值(mm)；Δ——条料宽度公差值(mm)。第三章冲裁工艺及冲裁模具冲压工艺及模具设计2.送料步距条料在模具上每次送进的距离称为送料步距（简称步距或进距）。A=D+a(3-27)式中D——平行于送料方向的制件宽度(mm)；a——制件之间的搭边值(mm)；第三章冲裁工艺及冲裁模具冲压工艺及模具设计3.6.5排样图排样图是排样设计最终的表达形式，是编制冲压工艺与设计模具的重要工艺文件。在排样图上应标注条料宽度及其公差、送料步距及搭边值，如图3-13所示。采用斜排方法排样时，还应注明倾斜角度。必要时，还可用双点画线画出条料在送料时的定位元件的位置。对有纤维方向要求的排样图，则应用箭头表示条料的纹向。第三章冲裁工艺及冲裁模具图3-13排样图